Учение В.И. Вернадского о биосфере

Вопрос 1. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

В основе учения лежит представление  о планетарной геохимической  роли живого вещества в образовании  биосферы как продукта длительного  превращения вещества и энергии  в ходе геологического развития Земли.

Биосфера охватывает верхнюю часть литосферы (до 15 км глубины), всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы (тропосферу и нижние слои стратосферы, до 25 км высоты). Следовательно, в целом биосфера представляет слой распространения жизни мощностью по вертикали около 40 км, хотя реальные границы распространения живого более сужены.

Биосфера имеет мозаичное строение, слагаясь из экосистем, которые представляют собой уменьшенную модель биосферы. Сама же биосфера - глобальная экологическая система.

Совокупность живых организмов, населяющих биосферу, Владимир Иванович называет живым веществом. Красной нитью в учении проходит мысль о том, что живое вещество - "функция биосферы", а биосфера - результат развития живого вещества.

Кроме живого вещества, В.И. Вернадский различал еще 3 категории  веществ, т.е. всего 4:

1) живое вещество;

2) биогенное вещество - то, что возникло из живого (каменный  уголь, нефть, торф, мел);

3) биокосное вещество - преобразованная  организмами неорганика (почва, осадочные  породы); 4) косное вещество - все,  что не имело связи с живым  (застывшая лава, вулканический пепел).

В пределах биосферы существуют 4 среды жизни: две мертвые (вода, воздух), одна биокосная (почва) и одна живая (организм). Среды жизни в пределах биосферы населены монобионтами (обитателями одной среды), дибионтами (обитателями двух сред) и полибионтами (живущими в трех или четырех средах).

Количество живого вещества в биосфере (биомасса) - величина постоянная или мало изменяющаяся с течением времени. Во все геологические эпохи  на Земле количество живого вещества было практически одинаковым. Ученый подчеркивал, что современное живое  вещество генетически родственно живому веществу прошлых геологических  эпох.

Границы биосферы совпадают  с границами распространения  живых организмов в оболочках  Земли, что определяется наличием условий  существования жизни (благоприятный  температурный режим, уровень радиации, достаточное количество воды, минеральных  веществ, кислорода, углекислого газа). Биосфера охватывает всю поверхность  суши, а также океаны, моря и ту часть недр Земли, где находятся  породы, созданные в процессе жизнедеятельности  живых организмов. Иначе говоря, биосфера - это часть литосферы, атмосферы, гидросферы, заселенная живым веществом.

Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном, представляющим собой тонкий слой (2-4 мм) газа озона. Роль озонового слоя в биосфере велика: он задерживает губительные для  живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Этот слой расположен на высотах 16 - 20 км.

Нижняя граница биосферы неровная. К примеру, в литосфере  живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить  на глубине 3,5-7,5 км, а в Мировом  океане организмы - на глубине 10 - 11 км.

Нижняя граница на суше связана с областями "былых  биосфер" - так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер  прошлых геологических эпох (накопления осадочных пород, углей, горючих  сланцев и др.). "Былые биосферы" служат доказательством длительной эволюции биосферы Земли.

Ученый отмечал, что живое  вещество распределено в биосфере неравномерно. Основная его масса сконцентрирована в приповерхностном слое суши толщиной 50-100 м и в приповерхностной толще  воды (10-20 м). Здесь находится более 90% биомассы Земли. Но и в приповерхностном слое имеются пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики, теплые моря), и менее заселенные территории (пустыни, высокогорья, арктические и антарктические области). Для остальных территорий биосферы характерно, по словам В.И. Вернадского, "разрежение живого вещества".

Тем не менее, в пределах биосферы нет абсолютно безжизненных пространств. Даже в самых суровых  условиях обитания можно найти бактерии и другие микроорганизмы. В.И. Вернадский высказал идею о "всюдности жизни", живое вещество способно "растекаться" по поверхности планеты; оно с  огромной скоростью захватывает  все незанятые участки биосферы, что обусловливает "давление жизни" на неживую природу.

Ещё одна заслуга В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

Энергетическая функция  заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца (бактерии-хемоавтотрофы  преобразуют энергию химических связей) и передаче ее по пищевым  цепям: от продуцентов - к консументам  и, далее, - к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, "консервируется" в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

В осуществлении газовой  функции ведущая роль принадлежит  зеленым растениям, которые в  процессе фотосинтеза поглощают  углекислый газ и выделяют в атмосферу  кислород. В то же время, большинство  живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная  функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

Концентрационная функция  заключается в способности живых  организмов накапливать различные  химические элементы. Например, осоки  и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод  и кальций. В скелетах позвоночных  животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление  данной функции способствовало образованию  залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Также В.И. Вернадский в своих работах подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы - это история возникновения жизни на Земле. Развитие биосферы идет вместе с эволюцией органического мира - изменяется состав ее компонентов, расширяются границы и т. д.

Живое вещество эволюционирует в сторону усложнения уровня организации, уменьшения прямой зависимости от среды  обитания, усовершенствования способов ориентации и передвижения в пространстве.

Перенеся идеи физики о  неразрывности пространства и времени  на явления природы, В.И. Вернадский объяснил направленность эволюции биосферы: она ограничена пространством, что  определяется телом планеты, и направлена в сторону прогрессивного развития, так как необходимо приобрести свойства, которые позволят это ограниченное пространство использовать по возможности максимально.

Особое внимание в своих  трудах ученый уделял возрастающему  влиянию человека на ход эволюции биосферы. Вернадский подчеркивал, что  человек разумный - невиданная по своим  масштабам геохимическая сила, которая  увеличивает свое влияние по мере развития научной мысли. Еще в 20-х  годах прошлого века ученый сумел  предугадать многие тенденции воздействия  человека на природу. Его теоретические  положения о биосфере и месте  в ней человека - блестящий пример научного обобщения.

Вопрос 2. Антропогенный  фактор. Взаимодействие общества и  природы в современном мире.

С появлением человека на Земле  естественные процессы, протекающие  в окружающей среде, меняются. Антропогенный фактор – природопреобразующая деятельность людей, явившаяся новой движущей силой развития природы.

Вначале воздействие этого  фактора проявлялось в ничтожных  масштабах, но постепенно - с накоплением знаний, с использованием огня, с совершенствованием орудий труда и ростом численности населения планеты – воздействие возрастало и становилось все более ощутимым.

Первобытные племена охотников - собирателей во многом напоминали других всеядных консументов естественных экосистем. Около 12 тыс. лет назад возникло сельское хозяйство. При этом происходил процесс отбора отдельных дикорастущих видов и создания условий для того, чтобы на нем развивались преимущественно данные растения. Эти растения защищаются человеком от конкуренции (с сорняками) и потенциальных консументов, а также обеспечиваются дополнительным питанием. Происходит приручение и селекция животных, которые охраняются от хищников и получают корма для оптимального роста и развития.

Люди, таким образом, стали  создавать собственную, отличную от естественных экосистему человека (антропоэкосистему). С точки зрения "мощности" (способности к росту, размножению и распространению) антропоэкосистема представляет собой исключение среди прочих. Ее возникновение позволило людям в десятки тысяч раз увеличить свою численность и расселиться по всей планете. Однако это не означает, что принцип лимитирующих факторов неприменим к экосистеме человека. Просто способность человека мыслить и изготовлять орудия труда позволила ему, хотя бы временно, преодолеть действие обычных лимитирующих факторов. Но, как писал Ф. Энгельс, разумная, по своим намерениям, деятельность людей в большинстве случаев в масштабе биосферы оказывается не только малоразумной, но и разрушительной. Ни одна экосистема на Земле не избежала влияния человека, некоторые из них уже полностью уничтожены.

Полностью отказаться от использования  природных ресурсов невозможно, но человеку надо тщательно контролировать свое воздействие на окружающую среду. Нельзя забывать, что, во-первых, даже единственный фактор, не соответствующий зоне оптимума, уже приводит к стрессу и угрозе для организма, а, во-вторых, изменение любого, биотического или абиотического, фактора вызывает цепную реакцию с далеко идущими последствиями. Современные тенденции развития ведут к изменениям условий среды в глобальных масштабах - это и кислотные дожди, и разрушение озонового экрана, и потепление климата из-за поступления в атмосферу двуокиси углерода при сжигании топлива. Наблюдается резкое изменение окружающей среды в результате загрязнения почв, водоемов, нерационального водопотребления. Большой вред естественным экосистемам наносит истребление различных видов животных и растений, а также случайная или целенаправленная интродукция видов из одних экосистем в другие.

Сейчас антропоэкосистема  находится в стадии быстрого роста, существование свое человек поддерживает за счет эксплуатации водных, почвенных, энергетических и других ресурсов. Истощение их запасов может привести к социальным конфликтам, чреватым разрушением всей цивилизации. К  счастью, у человечества есть альтернативный путь, ведущий к устойчивому развитию. Важнейшей особенностью последнего должно стать признание пределов нашего выбора, ограниченного такими природными факторами, как, например, истощение  ресурсов или нарушение экосистемы и проведение соответствующих мероприятий. Первые шаги в этом направлении уже  делаются. К ним относятся планирование семьи, создание заповедных территорий, контроль за загрязнением среды и  т.п.

Вопрос 3. Методы ограничения  роста численности населения.

1. Метод  регулирования численности через  экономическое развитие

Основные усилия по снижению численности населения сосредоточены  на снижении коэффициента рождаемости. На основе данных, полученных при изучении темпов прироста и убыли населения  западноевропейских стран, которые  индустриализировали свою экономику  в 19 столетии, американские и европейские  демографы разработали модель изменения  численности населения. Модель получила название - "переходный период естественного  движения населения". Ее основная идея состоит в том, что, когда государства  переходят в разряд промышленно  развитых, сначала в них резко  падает смертность, а вслед за этим и рождаемость. В результате быстрый  рост населения замедляется, а затем  показатели рождаемости и смертности выравниваются и постепенно численность  населения начинает сокращаться.

Переходный период состоит  из четырех стадий:

1. В допромышленной стадии  при суровых условиях жизни  наблюдается высокий коэффициент  рождаемости (чтобы компенсировать  высокую детскую смертность) и высокий коэффициент смертности. Население увеличивается медленно, если вообще увеличивается.

2. Переходная стадия - коэффициент смертности падает из-за увеличения производства продуктов питания, улучшения здравоохранения и санитарно-гигиенических условий жизни людей. Но коэффициент рождаемости остается высоким, и общая численность населения быстро возрастает (обычно на 2,5 - 3% в год).

3. В индустриальной стадии  коэффициент рождаемости снижается  и по значению постепенно приближается  к коэффициенту смертности. Количество  жителей продолжает увеличиваться,  но все медленнее, и возможны  колебания прироста, зависящие от  экономических условий. Большинство  развитых стран находятся в  настоящее время в этой стадии.