Вернадський і загальне поняття про біосферу. Будова біосфери

За сучасними уявленнями, біосфера - це особлива оболонка Землі, що містить всю сукупність живих організмів і частину речовини планети, що у безперервному обміні з цими організмами.

Ці уявлення базуються на навчанні В. І. Вернадського (1863-1945) про біосферу, що є найбільшим із узагальнень у галузі природознавства у XX ст. Виняткова значимість його вчення на весь зріст виявилася лише у другій половині минулого століття. Цьому сприяло розвиток екології, і насамперед глобальної екології, де біосфера є основним поняттям.

Вчення В. І. Вернадського про біосферу - це цілісне фундаментальне вчення, органічно пов'язане з найважливішими проблемами збереження та розвитку життя на Землі, що знаменує собою принципово новий підхід до вивчення планети як саморегулюючої системи, що розвивається в минулому, сучасному і майбутньому.

За уявленнями Ст. (Створюється за допомогою живих організмів), а також радіоактивна речовина, речовина космічного походження (метеорити та ін) та розсіювання атомів. Всі ці сім різних типів речовин геологічно пов'язані між собою.

Сутність вчення В. І. Вернадського полягає у визнанні виняткової ролі «живої речовини», що перетворює образ планети. Сумарний результат його діяльності за геологічний період величезний. За словами В. І. Вернадського, «на земній поверхні немає хімічної сили постійно діючої, а тому більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому». Саме живі організми вловлюють і перетворюють променисту енергію Сонця та створюють нескінченну різноманітність нашого світу.

Другим найголовнішим аспектом вчення В. І. Вернадського є розроблене ним уявлення про організованість біосфери, яка проявляється у узгодженій взаємодії живого та неживого, взаємної пристосовуваності організму та середовища. «Організм, - писав В. І. Вернадський, - має справу з середовищем, до якого він не тільки пристосований, але який пристосований і до нього» (В. І. Вернадський, 1934).

В. І. Вернадський обґрунтував також найважливіші уявлення про форми перетворення речовини, шляхи біогенної міграції атомів, тобто міграції хімічних елементів за участю живої речовини, накопичення хімічних елементів, про рушійні фактори розвитку біосфери та ін.

Найважливішою частиною вчення про біосферу В. І. Вернадського є уявлення про її виникнення та розвиток. Сучасна біосфера виникла не відразу, а внаслідок тривалої еволюції в процесі постійної взаємодії абіотичних та біотичних факторів. Перші форми життя, мабуть, були представлені анаеробними бактеріями. Однак творча і перетворююча роль живої речовини стала здійснюватися лише з появою в біосфері фотосинтезуючих автотрофів - ціанобактерій і си-незелених водоростей (прокаріотів), а потім і справжніх водоростей і наземних рослин (еукаріотів), що мало вирішальне значення для формування сучасної біо. p align="justify"> Діяльність цих організмів призвела до накопичення в біосфері вільного кисню, що розглядається як один з найважливіших етапів еволюції.

Паралельно розвивалися і гетеротрофи, і перш за все – тварини. Головними датами їх розвитку є вихід на сушу та заселення материків (до початку третинного періоду) та, нарешті, поява людини.

У стислому вигляді ідеї В. І. Вернадського про еволюцію біосфери можуть бути сформульовані так:

Спочатку сформувалася літосфера - провісник довкілля, та був після появи життя суші - біосфера.

Протягом усієї геологічної історії Землі ніколи не спостерігалися азойні геологічні епохи (тобто позбавлені життя). Отже, сучасна жива речовина генетично пов'язана із живою речовиною минулих геологічних епох.

Живі організми - головний фактор міграції хімічних елементів у земній корі, "принаймні, 90% за вагою маси її речовини у своїх суттєвих рисах обумовлено життям" (В. І. Вернадський, 1934).

Грандіозний геологічний ефект діяльності організмів обумовлений тим, що їхня кількість нескінченно велика і діють вони практично протягом нескінченно великого проміжку часу.

Основним рушійним фактором розвитку процесів у біосфері є біохімічна енергія живої речовини.

Вінцем творчості У. І. Вернадського стало вчення про ноосферу, тобто. сфери розуму.

В цілому, вчення про біосферу В. І. Вернадського заклало основи сучасних уявлень про взаємозв'язок та взаємодію живої та неживої природи. Практичне значення вчення про біосферу величезне. У наші дні воно служить естест-. військовонауковою основою раціонального природокористування та охорони навколишнього середовища.

Вперше термін біосфера (bios - життя, sphera - куля) вжив Ж. Б. Ламарк - знаменитий французький дослідник природи, ботанік, зоолог, геолог, автор «філософії зоології», який розумів природу як єдине ціле і вважав, що область життя і її вплив на процеси, що відбуваються землі, це і є біосфера. У більш розширеному розумінні як зону життя на нашій планеті використав цей термін австрійський геолог, президент Академії наук Австрії Едвард Зюсс у 1875 р. у роботі про походження Альпійської гірської системи. Однак він не дав ні визначення цього терміну, ні обґрунтування його застосування, ні його зв'язку із земною корою.

Безсумнівно, створення вчення про , її величезної значущості у формуванні сучасного образу нашої планети належить нашому чудовому співвітчизнику, одному з найбільших вчених світу першої половини XX століття, академіку Володимиру Івановичу Вернадському.

Отримавши 1922 р. запрошення прочитати в Сорбонні цикл лекцій з геохімії, Володимир Іванович синтезував свої уявлення про міграцію хімічних на нашій планеті та виклав основи вчення про біосферу. Повернувшись додому, В. І. Вернадський публікує в 1926 монографію «Біосфера», яка через три роки перевидається в Парижі. Однак робота над проблемами біосфери не припиняється і в остаточному вигляді вона завершується лише останніми роками життя великого вченого.

У цій роботі неможливо викласти в повному обсязі глибину і, я б сказав, велич вчення про біосферу і ми обмежимося лише конспективним викладом 12 найважливіших, найбільш принципових положень В. І. Вернадського про біосферу.

I. Наукове визначення біосфери належить У. І. Вернадському. Він дуже образно називав біосферу «плівкою життя», тонкою оболонкою планети, склад, структура та переміщення в якій переважно зумовлені діяльністю «живої речовини», під якою Володимир Іванович розумів всю сукупність – бактерій, рослин та тварин. Він писав, що життя може виявлятися лише у певному середовищі, що забезпечує дихання та харчування організмів. За способом харчування В. І. Вернадський ділить живу речовину на дві групи:

а) Організми автотрофні – у своєму харчуванні незалежні від інших організмів, які використовують неорганічну речовину. Це зелені рослини, життя яких залежить від інтенсивності сонячного випромінювання, що є основою біомаси живої речовини; бактерії, що живуть поза сонячного впливу в ґрунтах, мулах, що відіграють величезну роль у накопиченні енергії.

б) Організми, які використовують органічну речовину, створену іншими організмами (гетеротрофні організми).

Розподіл живої речовини планети нерівномірно. «Згущення життя» найбільше в приземному шарі і не перевищує кілька десятків метрів у висоту, а по горизонталі найбільше в екваторіальних тропічних лісах і найменше в пустелях і зонах полюсів.

Верхня межа життя визначається озоновим екраном, що поглинає короткохвильові, ультрафіолетові промені, що вбивають усі форми життя. Він розташований на висоті в 15-40 км. Нижню межу життя В. І. Вернадський визначав не глибше 3 км від земної поверхні. Водне середовище – цілком входить у біосферу. У найглибших океанічних западинах виявлено живі організми. «Згущення» життя у відзначається на мілководдях, наприклад, у Саргасовому морі площею близько 100 000 км 2 , у шельфових, прибережних водах до 500 м глибиною, де відзначається пишний розвиток життя, де густі ліси водоростей, коралів, де різноманітна фауна риб, голкошкірих і мшанок, але ці багаті на життя території займають менше 5% площі Світового океану. У глибинних ділянках океану «згущення» життя відзначається тільки у верхніх шарах, де є одноклітинні зелені водорості і відбувається фотосинтез. Тварина життя тут бідна і представлена ​​планктонними організмами та дуже нечисленними видами риб. Дані останніх років говорять про наявність у Світовому океані своєрідних «пустель» зі слабким виявом життя.

У біосферу входять і нижні шари, причому «густота» життя підвищується до приземного шару і зазвичай не перевищує 30-35 м, тобто зони розвитку деревної рослинності, і тільки в лісових секвойевих досягає 80-90 метрів. Таким чином, товщина біосфери не перевищує загалом 25 км.

Визначення В. І. Вернадського біосфери доповнювалося і уточнювалося рядом вчених, і, мабуть, зараз найбільш вдале визначення біосфери належить В. А. Ковді (1969), який пише, що ми повинні «розуміти біосферу як давню, вкрай складну, багатокомпонентну відкриту, саморегулюючу систему живої речовини та неживої матерії, що акумулює склад і динаміку земної кори, атмосфери та гідросфери». У цьому вся визначенні, на наш погляд, лише бракує ролі антропогенного чинника, бо нині дедалі більше накопичується фактів, що саморегуляція біосфери порушується діяльністю людини й у недалекому майбутньому її добробут значною мірою залежатиме від розумної діяльності людського суспільства.

ІІ. Роль живої речовини у формуванні та житті біосфери. Вперше історія науки В. І. Вернадський показав, що у формуванні сучасного образу нашої планети провідну роль зіграли живі організми - рослини, тварини, мікроорганізми. Жива речовина, перетворюючи сонячне випромінювання, залучає неорганічну матерію в безперервний кругообіг. Справді, хімічний склад живої речовини є досить складним і налічує понад 80 різних елементів. У ваговому відношенні найбільше місце належить кисню – близько 65%, водню – близько 10%, далі йдуть вуглець, кремній, алюміній, залізо, кальцій, барій, марганець, сірка, фосфор, азот, магній, кальцій, натрій, хлор, цинк, бром, йод, ванадій та інші. Встановлено десятки, навіть сотні рослин і тварин, здатних накопичувати у своєму тілі цілу низку вітамінів, пестицидів та радіоактивних речовин у концентраціях, у сотні і навіть тисячі разів перевищують концентрації цих речовин у навколишньому організмі середовищі. Відмираючи, вони утворюють концентровані відкладення тих чи інших речовин. Зараз зрозуміло, що крейда, сланці, вапняки, кам'яне вугілля, торф, сапропель є продуктами життєдіяльності організмів. Домінуюча більшість геологів вважають органічного походження і з кожним роком ця точка зору зміцнює свої позиції. В. І. Вернадський ще на початку цього століття говорив, що більшість родовищ руд, заліза, марганцю, фосфору та інших елементів має біогенне походження, їх створили мікроорганізми-концентратори (діатомові водорості, залізобактерії, серобактерії та інші).

Вперше, незважаючи на недостатність фактичних матеріалів, В. І. Вернадський спробував визначити біомасу (вага) всіх організмів, що живуть на планеті, і прийшов до висновку, що вона становить близько 10 15 тонн, що по відношенню до маси земної кори мізерно мало і становить менше 0 1%. Незважаючи на це, роль живої речовини у переміщенні хімічних елементів планети, як і в перетворенні неживої матерії, та залученні її до біосферного кругообігу, величезна.

Такий істотний вплив живих організмів на всі процеси, що протікають в біосфері, на думку В. І. Вернадського, в основному пов'язано з надзвичайно великою здатністю їх до розмноження. Використовуючи дані в літературі, Володимир Іванович підрахував, що якщо поставити ті чи інші організми у виключно сприятливі умови їхнього життя, то вони здатні «захопити поверхню планети» в наступні терміни:

Бактерії (на прикладі холерного вібріона) – 125 діб;

Туфельки - 67,3 діб;

Зелений планктон (фітопланктон) – 183 діб;

Великі водорості – 79 років;

Квіткові рослини (на прикладі конюшини) - 11 років;

Мухи домашні – 1 рік;

Курки - 18 років;

Свині домашні – 8 років;

Свині дикі (кабан) – 56 років;

Пацюки (пасюк) - 8 років;

Слони - 1000 років;

В. М. Корсунська, Н. М. Верзилін (1975) пишуть, що бактерії діляться кожні 23 хвилини, тобто 64 рази на добу, самка термітів за одну хвилину відкладає 60 яєчок, або 86 000 на добу. Л. І. Зенкевич (1970) визначив швидкість розмноження зелених водоростей в океані, і вона виявилася настільки великою, що за добу повністю відновлюються всі з'їдені тваринами водорості.

На щастя, в природі існує маса факторів, що стримують розмноження тих чи інших організмів, - нестача їжі, конкуренція, хижаки, несприятливі умови середовища і т. д., що робить малоймовірним створення ідеальних умов для розмноження якогось одного виду. Однак і зараз, головним чином для комах, що ушкоджують сільськогосподарські культури, створюються дуже сприятливі умови для масового розвитку, і якщо не вжити заходів, то врожай може бути повністю знищений.

Заслуга В. І. Вернадського у визначенні ролі живої речовини у становленні та житті біосфери величезна. Тільки одного цього вже достатньо для того, щоб говорити про велич заслуг В. І. Вернадського перед наукою.

ІІІ. В. І. Вернадському належить заслуга у затвердженні біогенного походження кисню, азоту та вуглекислоти в атмосфері.

Підрахувавши обсяг вільного кисню в атмосфері та визначивши щорічне надходження кисню в атмосферу в результаті фотосинтетичної діяльності зелених рослин та споживання кисню тваринами та мікроорганізмами, можна було говорити про терміни утворення зеленого покриву нашої планети. Цей термін приблизно збігся з геологічним віком появи осадових порід, що й переконало Володимира Івановича, що поява кисню в атмосфері землі є результатом діяльності живої речовини.

IV. В. І. Вернадським було визначено основні компоненти, що становлять біосферу.

За уявленням, біосфера складається із семи взаємозалежних елементів.

1. Жива речовина - рослинний світ, зелена оболонка землі, тваринний світ, що активно споживає рослинну масу, та мікроорганізми.

2. Біогенна речовина – осадові породи органічного походження. Вони досить добре поділяються на фітогенні, що складаються в основному з рослинних залишків, наприклад, кам'яне вугілля, і зоогенні породи, що складаються з залишків тварин організмів, наприклад, крейдових відкладень.

3. Кісне речовина - гірські породи, переважно магматичного неорганічного походження, складові земну кору.

4. Біокосна речовина, що виникає в результаті розпаду та переробки гірських та осадових порід тваринними організмами. Класичним прикладом біокосної речовини є ґрунт, поверхневий шар земної кори, якому притаманні властивості як живої, так і неживої природи. Грунт складається з окремих шарів (горизонтів), що виникають в результаті перетворення материнської породи (літосфери) під впливом води, і живої речовини, в першу чергу рослин і мікроорганізмів. Найважливішою властивістю ґрунту є її родючість, здатність забезпечувати рослини поживними речовинами та вологою. Батьком науки про ґрунти є вчитель В. І. Вернадського, Василь Васильович Докучаєв, який побудував класифікацію ґрунтів за генетичним принципом, розглядаючи ґрунтотворчі процеси «як функції, що вічно змінюються» природних факторів - , рослинності, рельєфу, тваринного населення і т. д.

5. Радіоактивна речовина. В. І. Вернадський вважає, що в результаті природних ядерних перетворень і при виверженні в біосферу надходить досить велика кількість різних радіоактивних речовин, які мігрують у воді, повітрі та ґрунті та, природно, потрапляють у живі організми. Інтенсивність надходження радіоактивних речовин у біосферу, мабуть, має якусь циклічність, про яку ми знаємо ще дуже мало.

6. Розсіяні. Далеко не всі атоми в результаті бурхливих біосферних процесів зв'язуються в певні хімічні сполуки, якась їх частина розпорошена в біосфері. За сприятливих умов розсіяні атоми можуть залучатися до тих чи інших хімічних процесів і давати несподівані хімічні угруповання.

7. Речовини космічного походження – космічний пил, метеорити. Як показали дослідження останніх років, за добу на землю випадає кілька десятків тонн метеоритної речовини. Ця речовина істотно впливає на. газовий, іонний та аерозольний склад верхньої атмосфери. У метеоритах виявлено залізо, натрій, магній, кальцій, кремній, азот та ін. Космічний пил становить близько 1% маси міжзоряної речовини та, безсумнівно, відіграє певну роль у проходженні сонячних променів до землі.

V. В. І. Вернадському належить заслуга у вивченні закономірностей проходження хімічних процесів у біосфері та міграції речовин за прямої чи непрямої участі живих організмів. Нині цей напрямок вилилося в самостійну велику науку - біогеохімію.

VI. В. І. Вернадський показав, що біогенна міграція атомів хімічних елементів у біосфері завжди прагне максимального прояву. «На земній поверхні немає хімічної сили, більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті загалом. І чим більше ми вивчаємо хімічні явища біосфери, тим більше ми переконуємося, що на ній немає випадків, де вони були б незалежними від життя… Зі зникненням життя не виявилося б на земній поверхні сили, яка могла б давати безперервно початок новим хімічним сполукам».

VII. В. І. Вернадський висловив дуже цікаве становище, що організми тварин і рослин не повторюють складу середовища, а витягують із нього необхідні їм елементи, концентруючи їх у своїх тілах. Наразі вже накопичено багато фактів, що підтверджують це становище. Виявлено рослини, що накопичують азот, тварини, що концентрують у своїх організмах вапно; очерет річковий здатний «збирати» та використовувати нафтову плівку; ряд рослин і тварин акумулюють у своїх тілах радіоактивні речовини і т. д. і т. п. Підтвердження цього ми бачимо у суттєвій різниці у хімічному складі осадових порід земної кори, ґрунтового покриву та рослинності.

VIII. Розподіл мікроелементів на планеті нерівномірно - писав В. І. Вернадський. Наступні дослідження А. П. Виноградова (1957, 1959, 1967), А. О. Войнара (1960, 1962), В. А. Ковда (1971, 1972, 1973 та ін) це повністю підтвердили і дали можливість намітити ряд біогеохімічних речовин. провінцій, ряд регіонів, найбагатших чи збіднених мікроелементами. Наприклад, у республіці Марій Ел не вистачає йоду і тут раніше була дуже поширена базедова хвороба, ендемічний зоб. Зараз збагачення харчового йоду дозволило майже повністю ліквідувати цю хворобу. Відомий повчальний приклад нестачі деяких мікроелементів у Новій Зеландії, що ускладнювала вирощування пшениці та розведення овець. Після того, як у Нову Зеландію почали ввозити мікроелементи, що бракують, врожаї пшениці різко зросли і загибель овець припинилася.

IX. В. І. Вернадський вперше в історії науки досить чітко сказав: «Людина в даний час стає все більш і більш могутньою геологічною силою, що надає на сучасну біосферу вплив». «Могутність людини пов'язана не з його матерією (біомасою), а з його мозком, з його розумом і спрямованим цим розумом працею».

Як би синтезуючи всі висловлені думки про роль людини в сучасному житті біосфери, ще в 1926 Володимир Іванович писав: «У геологічній історії біосфери перед людиною відкривається величезне майбутнє, якщо він зрозуміє це і не буде використовувати свій розум і свою працю на самовинищення». На жаль, в даний час через нерозумну витрату енергії, матеріалів і засобів на озброєння витрачається величезна кількість хімічних і рідкісних елементів і відбувається засмічення біосфери. Генеральний секретар Організації Об'єднаних Націй Курт Цальдхайм сказав, що у 1975 р. на нашій планеті витрачено на озброєння понад 300 мільярдів доларів.

Цілком природно, що використання цих коштів на покращення добробуту людства та розумне використання природних ресурсів без порушення законів, що керують життям біосфери, зробило б людство щасливішим.

Ми цілком усвідомлюємо, що викласти на кількох сторінках вчення В. І. Вернадського про біосферу, де синтезовано успіхи трьох наук - геології, хімії та біології, завдання дуже складне і практично здійсненне, але сподіваємося, що загальне уявлення про значення вчення В І. Вернадського про біосферу в проблемі нормалізації відносин між природою і суспільством читач все ж таки отримав.

Працюючи в останні роки свого життя над книгою про хімічну будову біосфери та кругообіг речовин у біосфері, що розвиває та уточнює положення, висловлені в монографії, опублікованій у 1926 році, Вернадський назвав її «моєю головною книгою», «книгою життя». Помер В. І. Вернадський 6 січня 1945 року у віці 82 років.

За життя В. І. Вернадського його вчення про біосферу не набуло широкого визнання та поширення. Вернадського вважали видатним мінералогом, кристалографом, геологом широкого профілю, Основоположником геохімії, біогеохімії, радіогеології, вченим, які багато зробили в гідрогеології та історії природознавства, у створенні вчення про біосферу. Зараз його вчення про біосферу гідно оцінено. З кожним роком воно набуває все більшого і більшого значення, доопрацьовується, поглиблюється і має особливе значення при довгостроковому прогнозуванні змін навколишнього природного середовища під впливом діяльності-людини.

Одним із найбільших та найцікавіших узагальнень В.І. Вернадського в галузі природознавства було розроблене ним вчення про біосферу Землі та неминучість її перетворення на сферу діяльності людського розуму - ноосферу.

В.І. Вернадський був людиною педантичною у питаннях наукової етики. Тому він у різних своїх роботах зазначає, що термін «біосфера» належить не йому, оскільки вперше був ужитий ще на початку минулого століття Жаном Батистом Ламарком. Певний геологічний сенс вклав у нього 1875 р. австрійський учений Едуард Зюсс. Однак пов'язане з цим терміном закінчене вчення створили не Ламарк, не Зюсс, а наш співвітчизник Володимир Іванович Вернадський.

Основні його ідеї з цієї проблеми склалися на самому початку 20-х років, під час його лекцій у Парижі, і були опубліковані у 1926 р. у книзі «Біосфера», що складається з двох нарисів. Перший з них має назву «Біосфера в космосі», другий – «Область життя». Після цього різні сторони вчення про біосферу розглядалися В.І. Вернадським у багатьох статтях та у великій, опублікованій лише через 20 років після його смерті монографії «Хімічна будова біосфери Землі та її оточення».

Ми торкнемося лише деяких, найголовніших положень вчення Вернадського про біосферу.

Насамперед Вернадський визначив простір, охоплений біосферою Землі: це вся гідросфера до максимальних глибин океану, верхня частина літосфери материків до глибини 2 - 3 км (на таких глибинах у підземних водах ще зустрічаються живі мікроорганізми) і нижня частина атмосфери, принаймні, до верхньої межі тропосфери. У ранніх роботах В.І. Вернадський визначив біосферу як область Землі, охоплену життям, але потім відмовився від цього терміна, оскільки слово «життя» можна розуміти у різних аспектах. Він ввів у науку інтегральне поняття «жива речовина» і став називати біосферою сферу існування па Землі «живої речовини». Він зібрав і проаналізував всі дані для визначення сумарної ваги цієї речовини і дійшов висновку, що зараз на нашій планеті вона становить величину від 1020 до 1021 г, тобто від 1 до 10 тис. трильйонів тонн.

В.І. Вернадським було ретельно досліджено енергетичний баланс різних планет Сонячної системи, і особливо - питання величині теплової електромагнітної енергії, одержуваної Землею від Сонця. За його підрахунками, вона дорівнювала 170 х 1012 кВт. Далі він розглянув біосферу як область перетворення цієї космічної енергії, з'ясував закономірності поширення «живої речовини» в біосфері, вивчив кількісні закономірності розмноження різних таксономічних груп організмів і геохімічну енергію. , де це тільки можливо, до виведення математичних формул процесів, що вивчалися ним. Дуже цікаві деякі суто біологічні висновки В.І. Вернадського. Так, після детального дослідження ролі газів у життєвих процесах він прийшов до висновку, що у світі організмів, у біосфері, йде найжорстокіша боротьба за існування - не тільки за їжу, а й за потрібний газ, і ця остання боротьба - основна, оскільки саме вона нормує розмноження. Диханням визначається максимальна можлива геохімічна енергія життя гектар площі.

Багато уваги у своїх роботах з біосфери В.І. Вернадський приділяв зеленій «живій речовині» рослин, тому що тільки вона робить організм автотрофним, тільки вона здатна захоплювати променисту енергію Сонця і з її допомогою створювати первинні органічні сполуки. Розглянувши обсяг та енергетичні коефіцієнти різних груп рослинності, В.І. Вернадський дійшов висновку, що "зелені протисти океану є головними трансформаторами сонячної енергії в хімічну енергію нашої планети", причому цього результату зелена органічна речовина моря досягає завдяки високій швидкості розмноження. Слід зазначити, що пізніші підрахунки, кінця 70-х, показали, що роль зеленого планктону океанів В.І. Вернадський дещо переоцінив. У сучасну епоху три чверті первинних органічних сполук створює автотрофна рослинність континентів і лише одну чверть - планктонні та бентосні водорості морів та океанів.

Для пояснення великої сумарної енергії біосфери В.І. Вернадський зробив цікаві підрахунки. Виявилося, що вся поверхня Землі становить трохи менше 0,0001% поверхні Сонця, але зелена площа її трансформаційного апарату, т.ч. поверхня листя дерев, стебел, трав та поверхня зелених водоростей, дає вже числа зовсім іншого порядку. У різні пори року вона становить від 0,86 до 4,2% площі Сонця.

Вироблені останніми роками красноярскими біофізиками підрахунки із застосуванням нової апаратури та супутникової інформації підтверджують порядок цифр, обчислених понад півстоліття тому В. І. Вернадським.

Кількість енергії, яка міститься в «живій речовині» нашої планети, може бути врахована. За підрахунками відомого шведського вченого Сванте Арреніуса, лише зелена рослинність континентів у формі своїх горючих сполук містить 1,6-1017 великих калорій. В.І. Вернадський вважав, що для всієї біосфери ця величина більша і досягає 1018 чи навіть 1019 великих калорій. При цьому вловлюється зеленою речовиною біосфери лише 0,02 - 0,03% сонячної енергії, що досягає поверхні Землі, що малює привабливі перспективи більш повного використання.

Значна частина енергії «живої речовини» йде на утворення в межах біосфери нових вадозних мінералів, поза біосферою невідомих, а частина захоронюється у вигляді самої органічної речовини, утворюючи зрештою поклади бурого і кам'яного вугілля, горючих сланців, нафти і газу. «Ми маємо тут справу, – пише В. І. Вернадський, – з новим процесом – з повільним проникненням усередину планети променистої енергії Сонця, що досягла поверхні Землі. Цим шляхом «жива речовина» змінює біосферу та земну кору. Воно безперервно залишає в ній частину хімічних елементів, що пройшли через нього, створюючи величезні товщі невідомих крім його вадозних мінералів або пронизуючи найтоншим пилом своїх залишків косну матерію біосфери».

В.І. Вернадський вважав, що земна кора є в основному залишками колишніх біосфер і навіть її граніто-гнейсовий шар утворився в результаті метаморфізму і переплавлення порід, що колись виникли під впливом «живої речовини». Лише базальти та інші основні магматичні породи він вважав глибинними, не пов'язаними зі свого генези з біосферою.

Нові космічні дослідження змушують уважно поставитися до цієї думки В.І. Вернадського. На Місяці не було життя, і там не було граніту. Місячні «моря» залиті базальтом, а місячні «материки» складені анортозитами, тобто магматичними породами основного складу. Породи поверхні Венери, склад яких ми вперше дізналися кілька років тому, теж виявилися базальтовими... Багато уваги у своїх роботах приділив В.І. Вернадський формам знаходження у біосфері різних хімічних елементів, поділу «живої речовини» біосфери за джерелами живлення організмів на авто-, гетеро-, і міксотрофне, вивченню поля стійкості життя в гідросфері та на суші, геохімічним циклам згущення життя та «живим плівкам» гідросфери.

У ранніх роботах 20-х В.І. Вернадський вважав обсяг і вагу "живої речовини" біосфери незмінними протягом усієї біологічної історії Землі. Він припускав, що у процесі біологічної еволюції змінювалися лише форми прояви життя. Вже в той час і навіть у ще більш ранніх роботах він багато писав про великі зміни біосфери під впливом діяльності людини, антропогенні чинники геологічних процесів, він вважав це явище новим, накладеним на стаціонарне існування біосфери. У пізніших роботах (з середини 30-х) В.І. Вернадський переглянув цю свою думку і дійшов висновку, що біосфера за масою «живої речовини», його енергії та ступеня організованості в геологічній історії Землі весь час еволюціонізувала, змінювалася, що вплив діяльності людини став природним етапом цієї еволюції і що під її впливом біосфера неминуче має докорінно змінитися і перейти в новий стан, який він назвав уже не біосферою, а ноосферою - сферою, що формується під впливом людського розуму.

Можна сміливо сказати, що вчення про перехід біосфери до ноосфери - вершина творчості В.І. Вернадського. Під час розробки цього вчення він використовував і синтезував як геологічний і біологічний, але й соціально-історичний матеріал.

В.І. Вернадський почав застосовувати поняття «ноосфера» лише з середини 30-х років, причому у строго матеріалістичному сенсі. У В.І. Вернадська ноосфера - це не абстрактне царство розуму, як трактували цей термін його автори, французи П. Тейяр де Шарден та Е. Леруа, а історично неминуча стадія розвитку біосфери. Ще 1926 р. у статті «Думки про сучасному значенні історії знання» він писав: «Створена протягом усього геологічного часу, що у своїх рівновагах біосфера починає дедалі більше змінюватися під впливом наукової думки людства».

Ось цю біосферу Землі, змінену науковою думкою і перетворену для задоволення потреб людства, що чисельно зростає, він і назвав згодом ноосферою.

Наголосити на цьому дуже важливо тому, що в довідниках, енциклопедіях та в популярній літературі з'явилося багато невірних визначень цього терміну, які зовсім не відповідають поглядам В.І. Вернадського.

До загальної ідеї, що лежить в основі вчення про ноосферу, В. І. Вернадський прийшов ще в ранніх своїх роботах кінця минулого століття. Вона складалася як певної концепції творчого характеру людського розуму, як відображає зовнішній світ, а й активно впливає через працю па умови існування людей.

З початку ХХ століття В.І. Вернадський приступив до детального дослідження питання геологічної активності людства. Вивчаючи в цей час спочатку в рамках генетичної мінералогії та геохімії, а пізніше і біогеохімії різноманітні геохімічні процеси, що протікають на нашій планеті, він незмінно, з характерною для нього послідовністю та глибиною, звертається до з'ясування ролі людини у цих процесах. У таких працях, як "Історія мінералів земної кори", "Жива речовина в хімії моря", "Жива речовина в земній корі", "Біосфера", "Автотрофність людства", остаточно визначилося коло його ідей, що склали фундамент розвиненого ним згодом вчення про ноосфері.

Приступивши вже у 30-ті роки до розробки цього вчення, В.І. Вернадський перш за все спробував дати відповідь на питання про те, в чому полягають ті реальні умови або передумови утворення ноосфери, які вже створені або створюються під час історичного розвитку людства. На його думку, ці передумови зводяться до наступного. Людство стало єдиним цілим. Світова історія як загальний процес охопила всю земну кулю. Практично покінчено з відокремленими, мало залежними один від одного культурними історичними областями проживання. Зараз «немає жодного клаптика Землі, де б людина не могла прожити, якби це було їй потрібно». Плаваючі станції у льодах Північного Льодовитого океану та станції на поверхні Антарктиди – найкращий доказ справедливості цієї думки.

На думку В. І. Вернадського, ноосфера - це єдине організоване ціле, всі частини якого на різних рівнях гармонійно пов'язані і діють узгоджено один з одним. Необхідною умовою цього є швидкий, надійний зв'язок між цими частинами, що постійно долає матеріальний обмін між ними, всебічний обмін інформацією. Ця умова, зазначав В. І. Вернадський, в основному вже створено, хоча можливості його подальшого вдосконалення ще не вичерпані.

У своїх висновках він виходив з того, що створення ноосфери передбачає настільки корінне перетворення людиною навколишньої природи, що йому ніяк не обійтися без колосальних кількостей енергії. «Наприкінці минулого століття несподівано було відкрито нову форму енергії, існування якої передбачали небагато розумів, - атомна енергія, якій належить найближче майбутнє і яка дасть людству ще більшу міць, розміри якої навряд чи ми можемо зараз передбачити». Це було написано ще у 30-х роках! А зараз ми вже бачимо, як людство опанувало атомну енергію, як з кожним роком розширюється її застосування в мирних цілях.

Ноосфера створюється розумом та працею народних мас. Тому однією з найважливіших умов цього процесу є піднесення добробуту трудящих. Хоча це завдання, поставлене в масштабах усієї планети, далеке ще від свого рішення, проте потенційні можливості для цього є вже зараз.

Охоплюючи всю планету як ціле, ноосфера за своєю суттю може бути привілеєм будь-якої однієї нації. В даний час, писав Вернадський, «ідея рівності всього людства і рівноправності чорних, жовтих і білих розпустив глибоке коріння в загальну і наукову свідомість світу». Неподалік той час, коли ганебні явища неоколоніалізму та національного гніту назавжди зникнуть з нашої планети і в житті суспільства остаточно запанує нова епоха, яка характеризуватиметься не придушенням слабких сильними, а «мирним зв'язком всього людства на ґрунті економічного та культурного життя».

Ноосфера, на думку Вернадського, - це нова геологічна оболонка Землі, створювана з наукових підставах. Ноосфера є результатом дії найбільших революційних перетворень, що злилися в єдиний потік як в галузі науки, так і в соціальних відносинах.

Одним з видатних дослідників природи, що присвятили себе вивченню процесів, що протікають в біосфері, був академік Володимир Іванович Вернадський (1864-1945). Він є основоположником наукового спрямування, названого ним біогеохімією, що лягло в основу сучасного вчення про біосферу

Дослідження В.І. Вернадського призвели до усвідомлення ролі життя та живої речовини у геологічних процесах. Зовнішність Землі, її атмосфера, осадові породи, ландшафти - все це результат життєдіяльності живих організмів. Особливу роль становленні лику нашої планети Вернадський відводив людині. Він представив діяльність людства як стихійний природний процес, витоки якого губляться у глибинах історії.

Будучи видатним теоретиком, В.І. Вернадський стояв біля витоків таких нових і загальновизнаних нині наук, як радіогеологія, біогеохімія, вчення про біосферу та ноосферу, наукознавство.

У 1926 р. В.І. Вернадський опублікував книгу «Біосфера», яка ознаменувала собою народження нової науки про природу та взаємозв'язок з нею людини. Біосфера вперше показана як єдина динамічна система, населена і керована життям, живою речовиною планети: "Біосфера - організована, певна оболонка земної кори, пов'язана з життям". Вчений встановив, що взаємодія живої речовини з речовиною косною є частиною великого механізму земної кори, завдяки якому відбуваються різноманітні геохімічні та біогенні процеси, міграції атомів, здійснюється їхня участь у геологічних та біологічних циклах.

В.І. Вернадський наголошував, що біосфера є результатом геологічного та біологічного розвитку та взаємодії косної та біогенної речовини. З одного боку, це середовище життя, з другого — результат життєдіяльності. Специфіка сучасної біосфери - це чітко спрямовані потоки енергії та біогенний (пов'язаний з діяльністю живих істот) кругообіг речовин. Вернадський вперше показав, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети повністю перебуває під впливом життя і визначається живими організмами, з діяльністю яких пов'язаний великий планетарний процес — міфація хімічних елементів у біосфері. Еволюція видів, що веде до створення форм життя, стійка в біосфері і має йти у напрямку збільшення біогенної міграції атомів.

В.І. Вернадський зазначав, що межі біосфери обумовлені передусім полем життя. На розвиток життя, а отже, на межі біосфери впливають багато факторів, і насамперед наявність кисню, вуглекислого газу, води в її рідкій фазі. Обмежують сферу поширення життя також занадто високі або низькі температури, елементи мінерального живлення. До обмежувальних факторів можна віднести і надсолоне середовище (перевищення концентрації солей у морській воді приблизно в 10 разів). Позбавлено життя підземних вод з концентрацією солей понад 270 г/л.

Відповідно до уявлень Вернадського, біосфера складається з кількох різнорідних компонентів. Головний та основний – це жива речовина,сукупність всіх живих організмів, що населяють Землю. У процесі життєдіяльності живі організми взаємодіють із неживим (абіогенним). закісною речовиною.Така речовина утворюється внаслідок процесів, у яких живі організми не беруть участі, наприклад, вивержені гірські породи. Наступний компонент - біогенна речовина,створюване та перероблене живими організмами (гази атмосфери, кам'яне вугілля, нафта, торф, вапняк, крейда, лісова підстилка, ґрунтовий гумус тощо). Ще одна складова біосфери - біокісна речовина- Результат спільної діяльності живих організмів (вода, грунт, кора вивітрювання, осадові породи, глинисті матеріали) та відсталих (абіогенних) процесів.

Закосова речовина різко переважає за масою та обсягом. Жива речовина за масою становить незначну частину нашої планети: приблизно 0,25% біосфери. Причому «маса живої речовини залишається переважно постійною і визначається променистою сонячною енергією заселення планети». В даний час цей висновок Вернадського називається законом константності.

В.І. Вернадський сформулював п'ять постулатів, які стосуються функції біосфери.

Перший постулат: «З самого початку біосфери життя, яке до неї входить, мало бути вже складним тілом, а не однорідною речовиною, оскільки пов'язані з життям її біогеохімічні функції за різноманітністю та складністю не можуть бути долею якоїсь однієї форми життя». Інакше кажучи, первісна біосфера спочатку відрізнялася багатою функціональною різноманітністю.

Другий постулат: «Організми проявляються не поодиноко, а масовому ефекті... Перша поява життя... мала статися у вигляді появи якогось виду організмів, які сукупності, відповідальної геохімічної функції життя. Мали відразу з'явитися біоценози».

Третій постулат: «У загальному моноліті життя, хоч би як змінювалися його складові, їх хімічні функції було неможливо торкнутися морфологічним зміною». Тобто первинна біосфера була представлена ​​«сукупностями» організмів на кшталт біоценозів, які й були головною «діючою силою» геохімічних перетворень. Морфологічні зміни «сукупностей» не позначалися на «хімічних функціях» цих компонентів.

Четвертий постулат: «Живі організми… своїм диханням, своїм харчуванням, своїм метаболізмом… безперервною зміною поколінь… породжують одне з найграндіозніших планетних явищ… — міграцію хімічних елементів у біосфері», тому «на всьому протязі мільйонів, що пройшли» років ми бачимо освіту тих самих мінералів, за всіх часів йшли самі цикли хімічних елементів, які ми й нині».

П'ятий постулат: "Усі без винятку функції живої речовини в біосфері можуть бути виконані найпростішими одноклітинними організмами".

Розробляючи вчення про біосферу, В.І. Вернадський дійшов висновку, що головним трансформатором космічної енергії є зелена речовина рослин. Тільки вони здатні поглинати енергію сонячного випромінювання та синтезувати первинні органічні сполуки.

Основні положення вчення В.І. Вернадського про біосферу (1863-1945)

До поняття «» (без терміну) ще на початку ХІХ ст. підійшов Ламарк.Пізніше (1863 р.) французький дослідник Ріютьзастосував термін «біосфера» для позначення сфери поширення життя на земній поверхні. 1875 р. австрійський геолог Зюссназвав біосферою особливу оболонку Землі, що включає сукупність усіх організмів, протиставивши її іншим

земним оболонкам. Починаючи з робіт Зюсса, біосфератрактується як сукупність організмів, що населяють Землю.

Закінчене вчення про біосферу було створено нашим співвітчизником академіком Володимиром Івановичем Вернадським. Основні ідеї В. І. Вернадського у вченні про біосферу склалися на початку XX ст. Він викладав їх у лекціях у Парижі. У 1926 р. його ідеї про біосферу було сформульовано у книзі Біосфера,що складається з двох нарисів: «Біосфера та космос» та «Область життя». Пізніше ці ідеї були розвинені у великій монографії «Хімічна будова біосфери Землі та її оточення»,яка, на жаль, була опублікована лише через 20 років після її смерті.

Насамперед В.І. Вернадський визначив простір, який охоплює біосфераЗемлі - вся гідросфера до максимальних глибин океанів, верхня частина літосфери материків до глибини близько 3 км і нижня частина атмосфери до верхньої межі тропосфери. Він увів у науку інтегральне поняття жива речовина і стала називати біосферою область існування на Землі «живої речовини»,представляє собою складну сукупність мікроорганізмів, водоростей, грибів, рослин та тварин. Фактично, йдеться про єдину термодинамическую оболонку (просторі), у якій зосереджена життя і
здійснюється постійна взаємодія всього живого з неорганічними умовами середовища (плівка життя). Він показав, що біосфера відрізняється від інших сфер Землі тим, що в ній відбувається геологічна діяльність всіх живих організмів. Живі організми, перетворюючи сонячну енергію, є мошною силою, що впливає геологічні процеси.

Специфічна риса біосфери як особливої ​​оболонки Землі - безперервно що відбувається у ній кругообіг речовин, регульований діяльністю живих організмів. На думку В.І. Вернадського, у минулому явно недооцінювали внесок живих організмів в енергетику біосфери та їхній вплив на неживі тіла. Хоча жива речовина за обсягом та масою становить незначну частину біосфери, але вона відіграє основну роль у геологічних процесах, пов'язаних із зміною вигляду нашої планети.

Займаючись створеною ним наукою біохімією, що вивчає розподіл хімічних елементів на поверхні планети, В.І. Вернадський дійшов висновку, що немає практично жодного елемента з таблиці Менделєєва, який не включався до живої речовини. Він сформулював три важливі біогеохімічні принципи:

• Біогенна міграція хімічних елементів у біосфері завжди прагне свого максимального прояву. Цей принцип у наші людиною дні порушено.
• Еволюція видів у ході геологічного часу, що призводить до створення стійких у біосфері форм життя, відбувається у напрямі, що посилює біогенну міграцію атомів.
• Жива речовина знаходиться в безперервному хімічному обміні з навколишнім середовищем, що створюється і підтримується на Землі космічною енергією Сонця. Внаслідок порушення двох перших принципів космічні впливи з тих, що підтримують біосферу, можуть перетворитися на руйнуючі її фактори.

Перелічені геохімічні принципи співвідносяться з важливими висновками В.І. Вернадського: кожен організм може існувати лише за умови постійного тісного зв'язку з іншими організмами та неживою природою; життя з усіма її проявами зробило глибокі зміни на нашій планеті.

Вихідною основою існування біосфери і біохімічних процесів, що відбуваються в ній, є астрономічне становище нашої планети і, в першу чергу, її відстань від Сонця і нахил земної осі до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає переважно клімат Землі, а останній, своєю чергою, — життєві цикли всіх існуючих у ньому організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери та регулятором усіх геологічних, хімічних та біологічних процесів на Землі.

Жива речовина планети Земля

Головна ідея В.І. Вернадськогоу тому, що найвища фаза розвитку матерії Землі — життя — визначає і підпорядковує собі інші планетарні процеси. З цього приводу він писав, що можна без перебільшення стверджувати, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети, біосфери, повністю перебуває під впливом життя і визначається живими організмами.

Якщо рівномірно розподілити всі живі організми лежить на поверхні Землі, всі вони утворюють плівку товщиною 5 мм. Незважаючи на це, роль живої речовини в історії Землі не менша за роль геологічних процесів. Вся маса живої речовини, яка була на Землі, наприклад, протягом 1 млрд. років, вже перевищує масу земної кори.

Кількісною характеристикою живої речовини є сумарна кількість біомаси.В.І. Вернадський, провівши аналізи і розрахунки, дійшов висновку, кількість біомаси становить від 1000 до 10 ТОВ трлн т. Виявилося також, що Землі становить трохи менше 0,0001 % поверхні Сонця, але зелена площа її трансформаційного апарату, тобто. поверхня листя дерев, стебел трав і зелених водоростей, дає числа зовсім іншого порядку - в різні періоди року вона коливається від 0,86 до 4,20% поверхні Сонця, чим пояснюється велика сумарна енергія біосфери. В останні роки аналогічні підрахунки із застосуванням новітньої апаратури провів красноярський біофізик І. Гітельзонта підтвердив порядок цифр, понад півстоліття тому визначений В.І. Вернадським.

Значне місце у роботах В.І. Вернадського за біосферою відведено зеленій живій речовині рослин, оскільки тільки вона автотрофна і здатна акумулювати променисту енергію Сонця, утворюючи з її допомогою первинні органічні сполуки.

Значна частина енергії живої речовини йде на освіту у біосфері нових вадозних(невідомих поза нею) мінералів, а частина захоронюється у вигляді органічної речовини, утворюючи, зрештою, поклади бурого та кам'яного вугілля, горючих сланців, нафти та газу. «Ми маємо тут справу, – писав В.І. Вернадський - з новим процесом, з повільним проникненням всередину планети променистої енергії Сонця, що досягла поверхні Землі. Цим шляхом жива речовина змінює біосферу та земну кору. Воно безперервно залишає в ній частину хімічних елементів, що пройшли через нього, створюючи величезні товщі невідомих, крім нього, вадозних мінералів або пронизуючи найтоншої пилу своїх залишків косну матерію біосфери».

На думку вченого, земна кора є переважно залишками колишніх біосфер. Навіть гранітно-гнейсовий її шар утворився внаслідок метаморфізму та переплавлення порід, що виникли колись під впливом живої речовини. Тільки базальти та інші основні магматичні породи він вважав глибинними і за своїм генезисом не пов'язаними з біосферою.

У вченні про біосферу поняття «жива речовина» є основним.Живі організми перетворюють космічну променисту енергію на земну, хімічну і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Своїм диханням, харчуванням, метаболізмом, смертю і розкладанням, що триває сотні мільйонів років, безперервною зміною поколінь вони породжують грандіозний планетарний процес, що існує тільки в біосфері. - Міграцію хімічних елементів.

Жива речовина, згідно з теорією В. І. Вернадського, — біогеохімічний фактор планетарного масштабу, під впливом якого перетворюється як навколишнє абіотичне середовище, так і самі живі організми. У всьому просторі біосфери відбувається породжене життям безперервне переміщення молекул. Життя вирішальним чином впливає на розподіл, міграцію та розсіювання хімічних елементів, визначаючи долю азоту, калію, кальцію, кисню, магнію, стронцію, вуглецю, фосфору, сірки та інших елементів.

Епохи розвитку: протерозою, палеозою, мезозою, кайнозою відбивають як форми життя Землі, а й її геологічну літопис, її планетарну долю.

Вчення про біосферу органічна речовина поряд з енергією радіоактивного розпаду розглядається як носій вільної енергії. Життяж розглядається не як механічна сума індивідуумів або видів, а як по суті - єдиний процес, що охоплює всю речовину верхнього шару планети.

Жива речовина змінювалося протягом усіх геологічних епох та періодів. Отже, як зазначав В.І. Вернадський, сучасна жива речовина генетично пов'язана з живою речовиною всіх минулих геологічних епох. У той же час у рамках значних геологічних відрізків часу кількість живої речовини не схильна до помітних змін. Ця закономірність була сформульована вченим як константну кількість живої речовини біосфери (для цього геологічного періоду).

Жива речовина виконує в біосфері такі біогеохімічні функції: газову - поглинає та виділяє гази; окислювально-відновну - окислює, наприклад, вуглеводи до вуглекислого газу і відновлює його до вуглеводів; концентраційну – організми-концентратори накопичують у своїх тілах та скелетах азот, фосфор, кремній, кальцій, магній. В результаті виконання цих функцій жива речовина біосфери з мінеральної основи створює природні води та ґрунти, вона створила у минулому та підтримує в стані рівноваги атмосферу.

За участю живої речовини йде процес вивітрювання, і гірські породи включаються до геохімічних процесів.

Газова та окислювально-відновна функції живої речовини тісно пов'язані з процесами фотосинтезу та дихання. Внаслідок біосинтезу органічних речовин автотрофними організмами було вилучено з давньої атмосфери величезну кількість вуглекислого газу. У міру збільшення біомаси зелених рослин змінився газовий склад атмосфери — зменшився вміст вуглекислого газу та збільшилася концентрація кисню. Весь кисень атмосфери утворений внаслідок процесів життєдіяльності автотрофних організмів. Жива речовина якісно змінила газовий склад атмосфери – геологічної оболонки Землі. У свою чергу, кисень використовується організмами для процесу дихання, у результаті в атмосферу знову надходить вуглекислий газ.

Таким чином, живі організми створили у минулому та підтримують мільйони років атмосферу нашої планети. Збільшення концентрації кисню в атмосфері планети вплинуло на швидкість та інтенсивність окисно-відновних реакцій у літосфері.

Багато мікроорганізмів безпосередньо беруть участь в окисленні заліза, що призводить до утворення осадових залізних руд, або відновлення сульфатів з утворенням біогенних родовищ сірки. Незважаючи на те, що до складу живих організмів входять ті ж хімічні елементи, сполуки яких утворюють атмосферу, гідросферу та літосферу, організми повністю не повторюють хімічний склад середовища.

Жива речовина, активно виконуючи концентраційну функцію, вибирає із довкілля ті хімічні елементи й у такій кількості, яку йому необхідно. Завдяки здійсненню концентраційної функції живі організми створили багато осадових пород, наприклад, поклади крейди та вапняку.

У біосфері, як і в кожній екосистемі, постійно здійснюється кругообіг хімічних елементів. Таким чином, жива речовина біосфери, виконуючи геохімічні функції, створює та підтримує рівновагу біосфери.

Емпіричні узагальнення В.І. Вернадського

Першим висновком із вчення про біосферу є принцип цілісності біосфериБудова Землі є узгодженою системою. Живий світ - єдина система, зцементована безліччю ланцюжків харчування та інших взаємозалежностей. Якщо лаже невелика частина її загине, зруйнується і решта.

Принцип гармонії біосфери та її організованості.У біосфері «все враховується і все пристосовується з тією ж точністю і з тим самим підпорядкуванням мірі та гармонії, яку ми бачимо в струнких рухах небесних світил і починаємо бачити в системах атомів речовин та атомів енергії».

Роль живого у еволюції Землі.Обличчя Землі фактично сформовано життям. «Всі мінерали верхніх частин земної кори — вільні алюмокремнієві кислоти (глини), карбонати (вапняки та доломіти), гідрати окису заліза та алюмінію (бурі залізняки та боксити) та багато сотень інших — безперервно створюються в ній тільки під впливом життя».

Космічна роль біосфери у трансформації енергії.В. І. Вернадський підкреслював важливе значення енергії та називав живі організми механізмами перетворення енергії.

Космічна енергія викликає тиск життя, що досягається розмноженням.Розмноження організмів зменшується зі збільшенням їх кількості. Розміри популяції зростають до тих пір, поки середовище може витримати їхнє подальше збільшення, після чого досягається рівновага. Чисельність коливається поблизу рівноважного рівня.

Розтікання життя є проявом її геохімічної енергії.Жива речовина, подібно до газу, розтікається по земній поверхні відповідно до правила інерції. Дрібні організми розмножуються набагато швидше, ніж великі. Швидкість передачі залежить від щільності живої речовини.

Концепція автотрофності.Автотрофними називаються організми, які беруть всі потрібні їм життя хімічні елементи з кісткової матерії, що оточує їх, і не вимагають для побудови свого тіла готових сполук іншого організму. Поле існування цих автотрофних зелених організмів визначається областю проникнення сонячних променів.

Життя цілком визначається полем стійкості зеленої рослинності,а межі життя - фізико-хімічними властивостями сполук, що будують організм, їх непорушністю у певних умовах середовища. Максимальне життя визначається крайніми межами виживання організму. Верхня межа життя обумовлюється променистою енергією, присутність якої унеможливлює життя і від якої оберігає озоновий щит. Нижня межа пов'язана з досягненням високої температури.

Біосфера в основних своїх рисах представляє той самий хімічний апарат з найдавніших геологічних періодів. Життя залишалося протягом геологічного часу постійним, змінювалася лише його форма. Сама жива речовина не є випадковим створенням.

«Всюди» життя в біосфері.Життя поступово, повільно пристосовуючись, захопило біосферу, і захоплення це не закінчилося. Поле стійкості життя є результатом її пристосованості в ході часу.

Закон ощадливості використання живою речовиною простих хімічних тіл.Раз елемент, що увійшов, проходить довгий ряд станів, і організм вводить в себе тільки необхідну кількість елементів.

Постійність кількості живої речовини у біосфері.Кількість вільного кисню в атмосфері того ж порядку, як і кількість живої речовини. Жива речовина є посередником між Сонцем і Землею і, отже, або його кількість має бути постійною, або повинні змінюватися її енергетичні характеристики.

Будь-яка система досягає стійкого рівноваги, коли її вільна енергія дорівнює чи наближається до нуля, тобто. коли вся можлива в умовах системи робота виконана.

В. І. Вернадський сформулював ідею автотрофності людини, яка набула важливого значення в рамках обговорення проблеми створення штучних екосистем у космічних кораблях. Створення таких штучних екосистем стане важливим етапом розвитку екології. У їх побудові поєднується інженерна мета - створення нового - і екологічна спрямованість на збереження існуючого, творчий підхід та розумний консерватизм. Це буде здійсненням принципу «проектування разом із природою».

Поки що штучна екосистема є дуже складною і громіздкою будовою. Те, що в природі функціонує само собою, людина може відтворити лише ціною великих зусиль. Але йому доведеться це робити, якщо він хоче освоїти космос і здійснювати тривалі польоти. Необхідність створення штучної екосистеми в космічних кораблях допоможе краще зрозуміти природні екосистеми.

Біосфера,згідно з вченням академіка В.І. Вернадського, являє собою зовнішню оболонку Землі, що включає всю живу речовину і область її поширення (довкілля). Верхня межа біосфери - захисний озоновий шар в атмосфері на висоті 20-25 км, вище якого життя неможливе через вплив ультрафіолетового випромінювання. Нижнім кордоном біосфери є: літосфера до глибини 3-5 км та гідросфера до глибини 11-12 км (Рис. 1.3).

Ріс 1.3.Будова біосфери (за В.І. Вернадським)

Компоненти біосфери: атмосфера, гідросфера, літосфера виконують найважливіші функції із забезпечення життя Землі.

Біосфера виникла близько 4,5 млрд років тому і пройшла кілька етапів еволюційного розвитку: від початкового кругообігу органічної речовини до біологічного кругообігу — безперервного обміну речовиною та енергією між живими організмами та навколишнім середовищем протягом усього життя організмів та після їхньої смерті.

Найважливішими компонентами біосфери є:

жива речовина (рослини, тварини, мікроорганізми);

Біогенна речовина органічного походження (вугілля, торф, ґрунтовий гумус, нафта, крейда, вапняк та ін.);

закосова речовина (гірські породи неорганічного походження);

Біокосна речовина (продукти розпаду та переробки гірських порід живими організмами).

За В.І. Вернадському, жива речовина є носієм вільної енергії біосфери та пов'язана з неживою речовиною біогенною міграцією атомів. Біомаса сухої речовини живих організмів Землі, що включають близько 500 тис. видів рослин і 1,5 млн видів тварин, надзвичайно велика і становить приблизно 2,4232*10 12 т. Щорічний приріст живої речовини на Землі становить близько 8,8*10 11 т. Через ці живі організми пройшло велику кількість елементів верхньої частини літосфери, атмосфери та гідросфери.

Важливим у взаєминах організмів є харчовий— трофічний фактор(Від грец. trophe- їжа). Первинне органічне речовина створюють зелені рослини (продуценти -виробники), використовуючи сонячну енергію. Вони споживають вуглекислий газ, воду, солі та виділяють кисень.

Споживачів (консументів)можна розділити на два порядки:

I - організми, що харчуються рослинною їжею;

II - організми, які харчуються тваринною їжею.

Редуценти(відновники) - організми, що харчуються організмами, що розкладаються, бактерії і гриби. Тут особливо велика роль мікроорганізмів, які до кінця руйнують органічні залишки і перетворюють їх на кінцеві продукти (мінеральні солі, вуглекислий газ, воду, найпростіші органічні речовини), що надходять у ґрунт і знову споживаються рослинами.

Всі тварини та рослини вибіркові до складу їжі залежно від необхідності у тих чи інших мінеральних елементах. Тварини та рослини - необхідні фактори середовища по відношенню до інших тварин і рослин, вони взаємно необхідні.

Будь-який організм пристосований до існування в досить вузьких межах зміни умов навколишнього середовища, причому вихід параметрів середовища за межі, що склалися, тягне за собою придушення життєдіяльності даного виду або його загибель. Межі поширення організму (ареал) обумовлені дотриманням необхідних вимог даного організму до умов (чинникам) середовища. Кожен вид займає те місце, яке обумовлено його вимогами до території, їжі, відтворення та інших функцій організму. Ця сукупність параметрів середовища для існування виду, місце, яке він займає в біосфері, називається екологічної ніші.Всі фактори в екологічній ніші взаємопов'язані: зміна одного з них спричиняє зміну інших.

Здатність живих організмів адаптуватися до факторів середовища екологічною валентністю,або пластичністю.

Живі організми перебувають у постійній взаємодії з навколишнім середовищем, що складається з безлічі змін у часі та просторі явищ, умов, елементів, які називаються екологічними факторами середовищаЦе будь-які умови навколишнього середовища, які надають тривалий чи короткочасний вплив на живі організми, що реагують на ці впливи пристосувальними реакціями. Вони поділяються на абіотичні(Фактори неживої природи) та біотичні(Фактори живої природи). Прийнятий сьогодні варіант класифікації екологічних факторів середовища представлений у табл. 1.2.

Таблиця 1.2
Класифікація екологічних факторів середовища

Абіотичні	Біотичні
Кліматичні: світло, температура, волога, рух повітря, тиск	Фітогенні: рослинні організми
Едафогенні («Едафос» -грунт): механічний склад, вологоємність, повітропроникність, щільність	Зоогенні: тварини
Орографічні: рельєф, висота над рівнем моря, експозиція схилу	Мікробіогенні: віруси, найпростіші, бактерії, рикетсії
Хімічні: газовий склад повітря, сольовий склад води, концентрація, кислотність та склад ґрунтових розчинів	Антропогенні: діяльність людини (зокрема будівельна)

Характеристики основних абіотичних факторів, які необхідно враховувати під час реставрації пам'яток архітектури, наведено у Додаток 1.1.Це склад атмосфери; співвідношення балів 12-ти бальної сейсмічної шкали з магнітудою землетрусів; сейсмічна шкала; шкала сили вітру.

Біотичні екологічні чинники визначають взаємовідносини організмів. Зазначені чинники у разі називають трофічними, тобто. харчовими.

Екологічні чинники під впливом знову отриманих хімічних речовин, яких немає у природі, та техногенних компонентів, створених людиною, сильно змінено. З'являються речовини-забруднювачі, що призводить до порушення сапрофітної (що підтримує рівновагу в екосистемі) взаємодії у природному середовищі. Це часто супроводжується загибеллю тварин, рослин, що призводить до порушення функцій, загибелі всього живого та опустелювання землі. Переважними видами мікробіоті стають патогенні мікроорганізми, які можна віднести до біологічних забруднювачів. Негативно змінюється склад атмосфери, підвищується агресивність підземних та ґрунтових вод. На планеті спостерігається потепління, порушення озонового шару, частішають кислотні дощі.

Усі перелічені чинники впливають як живі організми (зокрема і людини), а й пам'ятники, і неврахування навіть однієї з них може позначитися як реставрації і навіть призвести до загибелі пам'ятника.

Живі організми у природі існують як популяцій -історично сформованих природних сукупностей особин даного виду, пов'язаних взаємовідносинами та адаптацією в умовах певного району або іншого місця проживання (біотопа). У природних умовах чисельність та щільність популяції невипадкові, вони визначаються регулюючими (керуючими) екологічними чинниками. Здатність середовища підтримувати нормальну життєдіяльність організму чи популяції називається ємністю екосістеми.

Екологічна система (екосистема)- це сукупність взаємозалежних і взаємозалежних спільно мешкають різних видів організмів та умов їх існування. В екосистемі пов'язані біоценоз(спільнота спільно живуть організмів) та біотоп(середовище проживання). Основні типи природних екосистем на Земній кулі перераховані на Рис. 1.4.

Рис. 1.4.Основні типи природних екосистем

Академік В.М. Сукачов запропонував поняття біогеоценоз(Від грец. біос- Життя, ГеяЗемля, ціноз -загальний) - природна система живих організмів та навколишнього їх абіотичного середовища, пов'язана обміном - речовинами, енергією та інформацією. Наразі терміни «екосистема» та «біогеоценоз» прийнято вважати практично синонімами.

До складу біогеоценозу входять:

Рослинний компонент (фітоценоз);

Тварина компонент (зооценоз);

Мікроорганізми (мікробіоценоз);

Ґрунт та ґрунтово-ґрунтові води, що у взаємодії з рослинним, тваринним компонентами та мікроорганізмами утворюють едафотоп;

Атмосфера, яка взаємодіє з іншими компонентами, утворює клімат;

Нежива природа, що являє собою відсталу речовину - екотоп.

Таким чином, біогеоценоз – просторово відокремлена, цілісна елементарна одиниця біосфери, всі компоненти якої тісно пов'язані між собою. Основними компонентами біогеоценозу є три групи організмів - рослини, тварини та мікроби, за допомогою яких речовини рухаються від одного компонента до іншого, відбиваючи відому загальну закономірність кругообіг речовин у природі.

Екологічні компоненти біогеоценозу(або ландшафту, або середотворчі компоненти) в екології розглядаються як основні матеріально-енергетичні складові екологічних систем. До них, за Н.Ф. Реймерсу (рис 1.5.),відносяться: енергія, газовий склад (атмосфера), вода (рідка складова), грунтосубстрат, автотрофи-продуценти (рослини) та організми - гетеротрофи (консументи та редуценти). Сьогодні до цього переліку екологічних компонентів додають інформацію.

Рис. 1.5.Екологічні компоненти (за Н.Ф. Реймерсом)

У той самий час всі екологічні компоненти є природними ресурсами, якість яких визначає якість життя, а антропогенне порушення взаємодій з-поміж них може цю якість знизити.

У реальних екосистемах кругообіг зазвичай буває незамкнутим, так як частина речовин іде за межі екосистеми, а частина надходить ззовні. Але загалом принцип круговороту у природі зберігається. Простіші екосистеми об'єднані в загальну планетарну екосистему (біосферу), в якій кругообіг речовин проявляється повною мірою — життя на Землі виникло мільярди років тому, і якби не було замкнутого потоку необхідних для життя речовин, їх запаси давно вичерпалися б і життя припинилося.

Втручання людини негативно впливає процеси круговороту. Наприклад, вирубування лісів або порушення процесів асиміляції речовин рослинами внаслідок забруднень призводять до зниження інтенсивності засвоєння вуглецю. Надлишок органічних елементів у воді, що виникає під дією промислових стоків, викликає загнивання водойм та перевитрату розчиненого у воді кисню, що виключає можливість розвитку тут аеробних (споживаючих кисень) бактерій. Спалюючи викопне паливо, фіксуючи атмосферний азот у продуктах виробництва, пов'язуючи фосфор у синтетичних миючих засобах людина порушує кругообіг цих елементів.

Кругообіг речовин у природі має на увазі загальну узгодженість місця, часу та швидкостей процесів, що йдуть на різних рівнях - від популяції до біосфери. Таку узгодженість явищ природи називають екологічною рівновагою;це рівновага рухлива, динамічна.

В екологічній системі (без втручання людини) підтримується рівновага, що виключає незворотне знищення тих чи інших ланок у трофічних ланцюгах. Людина у процесі своєї діяльності постійно впливає на екосистему загалом, і навіть її окремі ланки. Це може бути у вигляді введення у екосистему нових компонентів, зокрема забруднюючих речовин, чи знищення окремих компонентів (відстріл тварин, вирубка лісів тощо.). Не завжди і не відразу ці дії ведуть до розпаду всієї системи, порушення її стабільності. Але збереження системи значить, що вона залишилася незмінною. Система трансформується, і оцінити кількість і напрямок змін, що виникли, вкрай складно.

В результаті виробничої діяльності людини виник новий процес обміну речовин та енергією між природою та суспільством (за збереження біологічного обміну). антропогенний обмін,який істотно змінює загальнопланетарний кругообіг речовин, різко прискорюючи його. Антропогенний обмін відрізняється від біотичного круговороту своєю незамкнутістю, він має відкритий характер. На вході антропогенного обміну перебувають природні ресурси, але в виході — виробничі та побутові відходи. Екологічне недосконалість антропогенного обміну у тому, що коефіцієнт корисного використання природних ресурсів, зазвичай, надзвичайно низький, а відходи виробництва забруднюють природне середовище. Більше того, багато хто з них не розкладається до природного стану. Масштаби та швидкість антропогенного обміну різко зростають, викликаючи помітну напругу в біосфері.

На останньому етапі розвитку біосфери на потужну силу перетворилася людська діяльність, що незворотно і цілеспрямовано змінює природне середовище. Сформувалася біотехносферанаслідок соціального та науково-технічного розвитку людства. Взаємини між природою та людиною у багатьох випадках незбалансовані, ведуть до пригнічення навколишнього середовища (зокрема, руйнування середовища архітектурно-історичного), що може призвести до деградації біосфери.

Сформовану будівельниками нову систему можна назвати природно-техногенною (ПТС). Процес її формування, якщо він не відкоригований відповідно до екологічних компонентів (іншими словами, відповідно до законів розвитку екосистеми), як правило, призводить до порушення природних

них взаємодій у природній системі, в основному, за рахунок привнесення до неї «чужих» компонентів, які можуть бути сприйняті екосистемою як забруднювачі. Недолік цих взаємодій при здійсненні будівельної діяльності неприпустимий, оскільки він призводить до зниження якості будівництва та погіршує якість середовища проживання.

Екологічно необґрунтована діяльність будівельників та реставраторів завдає непоправної шкоди природному ландшафту та інформаційному компоненту екосистеми. Як зазначає Пруцин О.І., відбувається руйнування архітектурно-історичного середовища*: «Порушується силуетність просторових композицій, гармонійна супідрядність усієї побудови, ансамблева єдність. Силуетність і пропорційність, досягнуті в історичному періоді, необхідно повністю зберегти, бо завдяки класичним співвідношенням вони можуть легко поєднуватися з будь-якою майбутньою забудовою».

Не слід забувати, що ландшафт — це всеосяжна та позачасова реальність, у якій існувала людина у доурбаністичну епоху. Саме бездоганне почуття ландшафту було притаманне людям у минулі століття, коли споруди зросталися із природним оточенням. Архітектура минулого і сьогодні являє собою школу майстерності архітектури та містобудування на Русі. Вже починаючи з ХІ ст. влада міста зобов'язувала забудовників дотримуватися містобудівних правил і законів, що регулюють взаємозв'язок між архітектурою та природою. На Русі з XI ст. діяв візантійський «Закон градський», записаний у керманичах книгах**. Серед його положень були, наприклад, такі: «Тільки тоді будівлю можна побачити по-справжньому, коли вона знаходиться на стрункому місці. Перш ніж будувати, уважно оглянь місцевість. Вибери таке місце, щоб будинок не заважав природі». Або такі: «...наказуємо, щоб старий двір, що оновлює, не забирав у сусіда світу і не позбавляв його їхнього вигляду, не зраджував первісного образу»; «...не загороджуй насильно виду сусідові, якщо він прямо бачить море, стоячи на своєму подвір'ї». І сьогодні у будівельній та реставраційній діяльності основною має стати «природна» логіка.

На етапі розвитку розумного ставлення до збереження природи має відбутися поступове перетворення біотехносфери на ноосферу -сферу розуму, яка, за В. І Вернадським, є неминучим та закономірним етапом розвитку біосфери.

Доказом початку такого перетворення є прийнята ООН концепція «стійкого розвитку», «стійкого будівництва», «стійкої реставрації», пов'язана безпосередньо з поняттям «стійкість екологічна». Остання має на увазі здатність екосистеми зберігати свою структуру та функціональні особливості при впливі зовнішніх факторів. Нерідко «стійкість екологічна» сприймається як синонім екологічної стабільності.

Нижче розглянуто основні поняття та вимоги, що належать до категорії екологічної стійкості. Їхнє розуміння необхідне для вирішення актуальних завдань природокористування у сферах будівельної та реставраційної діяльності, створення комфортного середовища проживання та визначення стратегії діяльності у сфері «стійкого розвитку», «стійкого будівництва», «стійкої реставрації».

* Пруцин О., Римашевський Би., Борусевич Ст.Архітектурно-історичне середовище. - М.: Будвидав, 1990.

** Алфьорова Г.В.Кормча книга як найцінніший джерело давньоруського містобудівного мистецтва / / Візантійський тимчасовий архітектор, 1973. - Т. 35.