Учение Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.
С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами, биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.
Структура биосферы
представляет собой совокупность
газообразной, водной и твердой оболочек
планеты и живого вещества, их населяющего.
Масса биосферы составляет приблизительно
0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема
планеты. Границы биосферы определяет
распространение в ней живых организмов.
Несмотря на различную концентрацию и
разнообразие живого вещества в разных
районах земного шара, считается, что
горизонтальных границ биосфера не
имеет. Верхняя же вертикальная граница
существования жизни обусловлена не
столько низкими температурами, сколько
губительным действием ультрафиолетовой
радиации и космического излучения
солнечного и галактического происхождения,
от которого живое вещество планеты
защищено озоновым экраном. Максимальная
концентрация молекул озона (трехатомарного
кислорода) приходится на высоту 20–25
км, где толщина озонового слоя составляет
2,5–3 мм. Озон
интенсивно поглощает радиацию на участке
солнечного спектра с длиной волны менее
0,29 микрон.
Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой.
В состав биосферы
полностью входит вся гидросфера (океаны,
моря, озера, реки, подземные воды),
мощность которой составляет
11 км.
Наибольшая концентрация жизни
сосредоточена до глубины 200 м, в так
называемой эвфотической зоне, куда
проникает солнечный свет и возможен
фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы
все фотосинтезирующие растения и
продуцируется первичная биологическая
продукция. Глубже начинается дисфотическая
зона, где царит темнота и отсутствуют
фотосинтезирующие растения, но активно
перемещаются представители животного
мира, непрерывным потоком опускаются
на дно отмершие растения и останки
животных.
Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана. О более глубоком проникновении жизни в толщи литосферы сведений нет.
На границе атмо-, гидро- и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможна жизнедеятельность и существование человека.
1.2.4. Способность человека мыслить позволила ему временно преодолеть действие обычных лимитирующих факторов. К ним относятся пища, вода, хищники и паразиты, место обитания и конкуренция с другими видами. Человек поддерживает собственное существование за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов, существенно влияя на планетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Возникший в процессе производственной деятельности новый обмен веществ носит техногенный характер и называется антропогенным обменом веществ. Но биологический обмен веществ между человеком и природой остается постоянным условием жизни.
Антропогенный обмен веществ принципиально отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, носит открытый, линейный характер, то есть лишен «круговорота» жизни. На вводе антропогенного обмена веществ – природные ресурсы, а на выводе – производственные и бытовые отходы. Загрязнение окружающей среды подразделяют на природные, вызванные какими-то естественными, обычно катастрофическими причинами (извержение вулкана, селевой поток и т.п.) и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека.
С учетом накопленных предшественниками знаний о фундаментальных законах природы современные ученые–экологи установили общие закономерности и принципы взаимодействия человеческого общества с природной средой, которые в литературе часто именуются законами экологии. Значение этих законов состоит в регламентации характера и направленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня. Среди законов экологии, сформулированных разными авторами, наибольшую известность благодаря ярким формулировкам получили четыре закона-афоризма (закона-поговорки) американского ученого-эколога Б.Коммонера (1974 г.):
все связано со всем (о всеобщей связи вещей и явлений в природе);
все должно куда-то деваться (закон сохранения);
ничто не дается даром (о цене развития);
природа знает лучше (о главном критерии эволюционного отбора).
Из закона всеобщей связи («все связано со всем»)вытекает несколько следствий:
Закон больших чисел – совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создает особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.
Принцип Ле Шателье (Брауна)– при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции.
Закон оптимальности – любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.
Любые системные изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека – от состояния индивидуума до сложных общественных отношений.
Из закона сохранения массы вещества («все должно куда-то деваться») вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение:
Закон развития системы за счет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.
Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.
Утверждение «ничто не дается даром» означает, что любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много раз увеличилось биоразнообразие планеты, началось освоение экологических ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с «многоклеточностью»к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм.
Из этого закона следуют:
закон необратимости
эволюции (однонаправленности развития):
большие системы эволюционируют только
в одном направле-
нии – от простого
к сложному; инволюция, регресс могут
относиться только к отдельным частям
или отдельным периодам развития системы;
правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Это правило в равной степени может быть отнесено и к сменяемости видов в эволюции органического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.
Еще одно следствие закона «ничто не дается даром» – не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они ни казались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.
Б.Коммонер писал: «...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась.».
Принцип «природа знает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Все в природе – от простых молекул до человека – прошло жесточайший конкурс на право существования. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерий этого эволюционного отбора – вписанность в глобальный биотический круговорот, заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продукты распада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом, который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.
Человеческая индустриальная цивилизация грубо нарушает замкнутость биотического круговорота в глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным. В этой критической ситуации должен быть найден компромисс, что под силу только человеку, обладающему разумом и стремлением к этому.
Помимо формулировок Б.Коммонера, современные экологи вывели еще один «закон» экологии – «на всех не хватит» (закон ограниченности ресурсов). Очевидно, что масса питательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограничена. Ее не хватает на всех появляющихся в биосфере представителей органического мира, поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других.
На противоречие между скоростью размножения и ограниченностью ресурсов питания применительно к народонаселению планеты впервые обратил внимание английский экономист Т.Р.Мальтус (1798 г.), который именно этим пытался обосновать неизбежность социальной конкуренции. В свою очередь Ч.Дарвин заимствовал у Мальтуса понятие «борьба за существование» для объяснения механизма естественного отбора в живой природе.
«На всех не хватит» – источник всех форм конкуренции, соперничества и антагонизма в природе и, к сожалению, в обществе. И сколько бы ни считали классовую борьбу, расизм, межнациональные конфликты чисто социальными явлениями – все они своими корнями уходят во внутривидовую конкуренцию, принимающую иногда гораздо более жестокие формы, чем у животных. Существенное различие в том, что в природе в результате конкурентной борьбы выживают лучшие, а в человеческом обществе – это отнюдь не так.
Свою обобщенную классификацию экологических законов представил известный советский ученый Н.Ф.Реймерс. Им даны следующие формулировки:
закон социально-экологического равновесия (необходимости сохранения равновесия между давлением на среду и восстановлением этой среды, как природным, так и искусственным);
принцип культурного управления развитием (наложение ограничений на экстенсивное развитие, учет экологических ограничений);
правило социально-экологического замещения (необходимость выявления путей замещения человеческих потребностей);
закон социально-экологической необратимости (невозможность поворота эволюционного движения вспять, от сложных форм к более простым);
закон ноосферы В.И.Вернадского (неизбежность трансформации биосферы под влиянием мысли и человеческого труда в ноосферу – геосферу, в которой разум становится доминирующим в развитии системы человек–природа).
Соблюдение этих законов возможно при условии осознания человечеством своей роли в механизме поддержания стабильности биосферы. Известно, что в процессе эволюции сохраняются только те виды, которые способны обеспечивать устойчивость жизни и окружающей среды. Только человек, используя силу своего разума, может направить дальнейшее развитие биосферы по пути сохранения дикой природы, сохранения цивилизации и человечества, создания более справедливой социальной системы, перехода от философии войны к философии мира и партнерства, любви и уважения к будущим поколениям. Все это составляющие нового биосферного мировоззрения, которое должно стать общечеловеческим.
Контрольные вопросы:
1.Кто является родоначальником экологии как естественной науки ?
2 На какие три группы разделяют все живые организмы по их роли в трофической цепи?
3.Приведите физико-химические компоненты биосферы по В.И.Вернадскому.
4.Что такое ноосфера?
5.Приведите законы-афоризмы экологии Б.Коммонера.
Тест 2
1.Что является предметом изучения экологии:
а)охрана природы,
б)экосистемы,
в)живые организмы,
г)неживая природа.
2.Какова главная цель экологических исследований:
а)сохранение среды обитания человека,
б)охрана живой природы,
в)рациональное использование природных ресурсов.
3.Что такое «экосистема»:
а)совокупность живых организмов,
б)среда обитания живых организмов,
в)совокупность живых организмов и окружающей их среды во взаимодействии.
4.Как называется совокупность особей одного биологического вида, обитающих на определённой территории:
а)сообщество,
б)популяция,
в) биогеоценоз
5.К каким экологическим факторам живым организмам труднее всего приспособиться:
а)абиотическим,
б)биотическим,
в)антропогенным.
6.Как называются организмы, создающие органические вещества из неорганических:
а)продуценты,
б)консументы,
в)редуценты.
Рефераты по теме:
1.
2.