Учение Вернадского о Биосфере

Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Создателем современного учения о биосфере был замечательный русский учёный В.И. Вернадский. Он показал, что за всё геологически обозримое время жизнь на Земле развивалась как взаимосвязанная совокупность организмов, обеспечивающая непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на поверхности нашей планеты.

Биосферой часто называют ту часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Однако Вернадский подчёркивал, что биосфера включает в себя собственную "живую плёнку" Земли (сумму населяющих Землю в каждый данный момент живых организмов, "живое вещество" планеты) и область "былых сфер", очерченную распределением на Земле биогенных осадочных пород. В.И. Вернадский писал, что "жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности. Под её влиянием эти атомы находятся в непрерывном интенсивном движении. Из них всё время создаются миллионы разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древних археологических эр, до нашего времени... На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом"

Биосфера - это специфическим образом организованное единство всего живого и минеральных элементов. Взаимодействие между ними проявляется в биогенной миграции атомов, осуществляющейся за счёт энергии солнечного излучения. Происходящий в биосфере круговорот веществ, энергии и особей осуществляется при участии всех населяющих её организмов. Все живые существа являются частью одного целого, гигантской совокупности живых существ, живого покрова Земли.

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, или биологический, который развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными. Оба круговорота взаимосвязанные и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биологический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

В.И. Вернадский говорил об организации жизни в планетном масштабе. Биологический круговорот, основанный на взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества, - наиболее существенная форма этой организации.

Биологический круговорот имеет ряд циклов. Наиболее существенными из них являются циклы, связанные с углеродом, кислородом, азотом, фосфором, серой и другими химическими элементами. Они непрерывно циркулируют в живом веществе и окружающей среде. При этом часть из них исключается из биологического круговорота и с помощью геохимических процессов закрепляется в осадочных отложениях или переносится в океан. В связи с изменением углеродного цикла в земной коре стали преобладать окислительные процессы, что обусловило в ней скоплений угля, нефти, битумных веществ, торфа, нефтеносных сланцев, сапропеля.

Круговорот кислорода на Земле идёт в направлении, обратном круговороту углерода. Как и последний, он состоит из двух в значительной мере самостоятельных круговоротов в атмосфере и гидросфере, между которыми тоже происходит обмен. Океаны служат главными регуляторами баланса как кислорода, так и двуокиси углерода атмосферы.

С развитием индустриального производства появились новые потребители свободного кислорода. В настоящее время при сжигании топлива на металлургическую и химическую промышленность, коррозию металлов и окисление отходов ежегодно расходуется 10-16% биогенного образования, что в дальнейшем может нарушить его нормальный круговорот.

Несмотря на огромный запас азота в атмосфере, круговорот его происходит главным образом между организмами и почвой. Доминирующую роль в нём играют микроорганизмы, под деятельностью которых белковые вещества трупов животных постепенно превращаются в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Они служат основным источником азота для растений.

Круговорот фосфора относительно прост и весьма неполный. Этот элемент является одной из основных частей живого вещества, в котором он содержится в довольно большом количестве. Основные запасы фосфора содержат различные горные породы, которые постепенно отдают фосфаты в экосистемы. Фосфаты потребляются растениями и используются ими для синтеза органических веществ. При разложении трупов животных бактериями фосфаты возвращается в почву и снова используются растениями. Кроме того, часть фосфатов выносится водотоками в море, и это обеспечивает существование фитопланктона и всех зависящих от него пищевых цепей. Часть фосфора из морской воды может вернуться на сушу (в виде гуано и т. д.)

Поскольку на Земле запасы фосфора, который необходим для функционирования экосистем, незначительны, то любые воздействия человека на его биологический круговорот имеют отрицательное воздействия.

Фосфор является основным фактором, лимитирующим рост автотрофных организмов как в водной среде, так и в неземных биотопах.

Этот же элемент контролирует основную часть первичной продукции биосферы. Фосфор - главный регулятор всех других биогеохимических круговоротов. Количество нитратов в воде зависит или кислороде в атмосфере зависит от состояния круговорота фосфора.

Под влиянием хозяйственной деятельности человека круговорот фосфора в природе значительно изменяется; происходит его перераспределение по территории Земли. В одних местах наблюдается фосфоризация суши т. е. увеличение содержания фосфора в различных объектах природной среды, в других - его потеря (дефосфоризация).

Отсутствие систематического удобрения почвы фосфорными удобрениями ведёт к их обеднению фосфором. Фосфор - наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает человека.

В биосфере основные запасы серы содержатся главным образом в виде пиритов и сульфатов (например гипс).

Несмотря на наличие ряда газообразных соединений серы, преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочную природу и происходит в почве и воде.

Основной источник серы, доступный живым существам, - это всевозможные сульфаты. Их хорошая растворимость в воде облегчает доступ неорганической серы в экосистемы.

Поглощая сульфаты, растения восстанавливают серосодержащие аминокислоты.

Различные органические отбросы экосистемы разлагаются гетеротрофными бактериями, которые в конечном итоге вырабатывают сероводород. Последняя фаза круговорота серы полностью осадочная. Сера выпадает в осадок в анаэробных условиях в присутствии железа. Различные этапы этого процесса, особенно обратимые, в дальнейшем позволяют использовать запасы осадочных пород.

Процесс заканчивается медленным и постепенным накоплением серы в глубоколежащих осадочных породах.

Наиболее важным и самым общим результатом биогенного преобразованием скальных пород в почву явилось появление гумусового слоя, покрывшего поверхность суши. Независимо от своей мощности этот гумусовый слой является наиболее активной частью почвенного покрова.

Биосфера Земли появилась в самые поздние геологические эпохи, одновременно с возникновением органической жизни. Как общепланетарная оболочка биосферы эволюционировала вместе с изменением форм, структуры и организации жизни. Вслед за появлением происходило увеличение числа их видов. В дальнейшим имело место усложнение их организации и увеличение их размеров, одновременно - приспособление организмов к окружающей среде. Образовались сложные трофические (пищевые) и хорологические (пространственные) взаимосвязи между растительными и животными организмами и средой их обитания. Современная структура биосферы характеризуется строгой организованностью, биологическим равновесием численности и взаимной адаптированностью составляющих её организмов.

Наиболее важной функцией биосферы является регулярное создание живого вещества. Этот процесс становится всё более и более важным в жизни планеты и использовании её ресурсов.

Литература:

1. Вернадский В.И. Биосфера. - М., 1967.

2. Воронцов А.И., Щетинский Е.А., Никодимов И.Д. Охрана природы. - М.:, "Агропромиздат", 1989г.