Вчення в 1
Безсумнівно, що створення вчення про біосферу Землі. її величезної значущості у формуванні сучасного вигляду нашої планети належить нашому чудовому співвітчизнику, одному з найбільш великих вчених світу першої половини XX століття, академіку Смелау Івановичу Вернадському.
Отримавши в 1922 р запрошення прочитати в Сорбонні цикл лекцій з геохімії, Сміла Іванович синтезував свої уявлення про міграцію хімічних елементів на нашій планеті і виклав основи вчення про біосферу. Повернувшись додому, В. І. Вернадський публікує в 1926 р монографію «Біосфера», яка через три роки перевидається в Парижі. Однак робота над проблемами біосфери не припиняється і в остаточному вигляді вона завершується тільки в останні роки життя великого вченого.
У даній роботі не представляється можливим викласти в повному обсязі глибину і, я б сказав, велич вчення про біосферу і ми обмежимося лише конспективним викладом 12 найбільш важливих, найбільш принципових положень В. І. Вернадського про біосферу.
I. Наукове визначення біосфери належить В. І. Вернадського. Він дуже образно називав біосферу «плівкою життя», тонкою оболонкою планети, склад, структура і переміщення енергії в якій в основному обумовлені діяльністю «живої речовини», під яким Сміла Іванович розумів всю сукупність живих організмів - бактерій, рослин і тварин. Він писав, що життя може проявлятися тільки в певному середовищі, що забезпечує дихання і харчування організмів. За способом живлення В. І. Вернадський ділить живу речовину на дві групи:
а) Організми автотрофні - в своєму харчуванні незалежні від інших організмів, що використовують неорганічне речовина. Це зелені рослини, життя яких залежить від інтенсивності сонячного випромінювання, що становлять основу біомаси живої речовини; бактерії, що живуть поза сонячного впливу в грунтах, мулах, воді. грають величезну роль в накопиченні енергії.
б) Організми, що використовують органічну речовину, створене іншими організмами (гетеротрофні організми).
Розподіл живої речовини на планеті нерівномірно. «Згущення життя» найбільш велике в приземному шарі і не перевищує кілька десятків метрів у висоту, а по горизонталі найбільш велике в екваторіальних тропічних лісах і найменше в пустелях і зонах полюсів.
Верхня межа життя визначається озоновим екраном, що поглинає короткохвильові, ультрафіолетові промені, які вбивають всі форми життя. Він розташовується па висоті в 15-40 км. Нижню межу життя В. І. Вернадський визначав не глибше 3 км від земної поверхні. Водне середовище - гідросфера Землі цілком входить в біосферу. У найглибших океанічних западинах виявлені живі організми. «Згущення» життя в Світовому океані відзначається на мілководдях, наприклад, в Саргасовому морі площею близько 100 000 км 2. в шельфових, прибережних водах до 500 м завглибшки, де зазначається пишне розвиток життя, де густі ліси водоростей, коралів, де різноманітна фауна риб , молюсків, голкошкірих і моховинок, але ці багаті життям території займають менше 5% площі Світового океану. В глибинних же ділянках океану «згущення» життя відзначається тільки в верхніх шарах, де є одноклітинні зелені водорості і відбувається фотосинтез. Тваринне життя тут бідна і представлена планктонними організмами і дуже нечисленними видами риб. Дані останніх років свідчать про наявність в Світовому океані своєрідних «пустинь» зі слабким проявом життя.
У біосферу входять і нижні шари атмосфери Землі. причому «густота» життя підвищується до приземного шару і зазвичай не перевищує 30-35 м, т. е. зони розвитку деревної рослинності, і тільки в секвойевих лісах досягає 80-90 метрів. Таким чином, товщина біосфери не перевищує в цілому 25 км.
Визначення В. І. Вернадського біосфери доповнювалося і уточнювалося низкою вчених, і, мабуть, зараз найбільш вдале визначення біосфери належить В. А. Ковда (1969), який пише, що ми повинні «розуміти біосферу Землі як давню, вкрай складну, багатокомпонентну загальнопланетарну термодинамічно відкриту, саморегулюючу систему живого речовини і неживої матерії, що акумулює склад і динаміку земної кори, атмосфери та гідросфери ». У цьому визначенні, на наш погляд, тільки не вистачає ролі антропогенного чинника, бо зараз все більше і більше накопичується фактів, що саморегуляція біосфери порушується діяльністю людини і в недалекому майбутньому її благополуччя буде в значній мірі залежати від розумної діяльності людського суспільства.
II. Роль живої речовини у формуванні та життя біосфери. Вперше в історії науки В. І. Вернадський показав, що у формуванні сучасного вигляду нашої планети провідну роль зіграли живі організми - рослини, тварини, мікроорганізми. Жива речовина, перетворюючи сонячне випромінювання, залучає неорганічну матерію в безперервний круговорот. Дійсно, хімічний склад живої речовини досить складний 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 в своєму тілі цілий ряд вітамінів, пестицидів і радіоактивних речовин в концентраціях, в сотні і навіть тисячі разів перевищують концентрації цих речовин у навколишньому організми середовищі. Відмираючи, вони утворюють концентровані відкладення тих або інших речовин. Зараз абсолютно ясно, що крейда, сланці, вапняки, кам'яне вугілля, торф, сапропель є продуктами життєдіяльності організмів. Домінуюча більшість геологів вважають нафту також 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 биогенное походження, їх створили мікроорганізми-концентратори (діатомові водорості, железобактерии, серобактерии і інші).
Вперше, незважаючи на недостатність фактичних матеріалів, В. І. Вернадський спробував визначити біомасу (вагу) для всього живого на планеті організмів і прийшов до висновку, що вона становить близько 10 15 тонн, що по відношенню до маси земної кори мізерно мало і складає менше 0 , 1%. Незважаючи на це, роль живого речовини в переміщенні хімічних елементів планети, як і в перетворенні неживої матерії, і залученні її в біосферний кругообіг, величезна.
Таке істотне вплив живих організмів на всі що протікають в біосфері процеси, на думку В. І. Вернадського, в основному пов'язано з надзвичайно великою здатністю їх до розмноження. Використовуючи наявні в літературі дані, Сміла Іванович підрахував, що якщо поставити ті чи інші організми в винятково сприятливі умови їхнього життя, то вони здатні «захопити поверхню планети» в такі строки:
Бактерії (на прикладі холерного вібріона) - 125 діб;
Інфузорії 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;
Щури (Пасюк) - 8 років;
Слони - 1000 років;
В. М. Корсунська, Н. М. Верзилин (1975) пишуть, що бактерії діляться кожні 23 хвилини, тобто 64 рази на добу, самка термітів в 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 практично робить малоймовірним створення ідеальних умов для розмноження якогось одного виду. Однак і зараз, головним чином для комах, які пошкоджують сільськогосподарські культури, створюються досить сприятливі умови для масового розвитку, і якщо не вжити заходів, то урожай може бути знищений повністю.
Заслуга В. І. Вернадського у визначенні ролі живої речовини в становленні і життя біосфери величезна. Тільки одного цього вже достатньо для того, щоб говорити про велич заслуг В. І. Вернадського перед наукою.
III. В. І. Вернадського належить заслуга в утвердженні біогенного походження кисню, азоту та вуглекислоти в атмосфері.
Підрахувавши обсяг вільного кисню в атмосфері і визначивши щорічне надходження кисню в атмосферу в результаті фотосинтетичної діяльності зелених рослин і споживання кисню тваринами і мікроорганізмами, можна було говорити про терміни освіти зеленого покриву нашої планети. Цей термін приблизно збігся з геологічним віком появи осадових порід, що і переконало Смелаа Івановича, що поява кисню в атмосфері землі є результатом діяльності «живої речовини».
IV. В. І. Вернадським були визначені основні компоненти, що складають біосферу.
За поданням, біосфера складається з семи взаємопов'язаних частин.
1. Жива речовина - рослинний світ, зелена оболонка землі, тваринний світ, активно споживає рослинну масу, і мікроорганізми.
2. Биогенное речовина - осадові породи органічного походження. Вони досить добре підрозділяються на фітогенні, що складаються в основному з рослинних залишків, наприклад, кам'яне вугілля, і зоогенние породи, що складаються із залишків тваринних організмів, наприклад, крейдяних відкладень.
3. Відстале речовина - гірські породи, в основному магматичного неорганічного походження, що складають земну кору.
4. Біокосна речовина, що виникає в результаті розпаду і переробки гірських і осадових порід тваринами організмами. Класичним прикладом биокосного речовини є грунт, поверхневий шар земної кори, якому притаманні властивості як живий, так і неживої природи. Грунт складається з окремих шарів (горизонтів), що виникають в результаті перетворення материнської породи (літосфери) під впливом повітря. води і живої речовини, в першу чергу рослин і мікроорганізмів. Найважливішим властивістю грунту є її родючість, здатність забезпечувати рослини поживними речовинами і вологою. Батьком науки про грунти є вчитель В. І. Вернадського, Василь Васильович Докучаєв, який побудував класифікацію грунтів за генетичним принципом, розглядаючи грунтоутворювального процеси «як вічно змінюються функції» природних чинників - клімату. рослинності, рельєфу, тваринного населення і т. д.
5. Радіоактивне речовина. В. І. Вернадський вважає, що в результаті природних ядерних перетворень і при виверженні вулканів в біосферу надходить досить велика кількість різних радіоактивних речовин, які мігрують у воді. повітрі та грунті і, природно, потрапляють в живі організми. Інтенсивність надходження радіоактивних речовин в біосферу, мабуть, має якусь циклічність, про яку, однак, ми знаємо ще дуже мало.
6. Розсіяні атоми. Далеко не всі атоми в результаті бурхливо йдуть біосферних процесів зв'язуються в певні хімічні сполуки, якась частина їх розсіяна в біосфері. При сприятливих умовах розсіяні атоми можуть залучатися до ті чи інші хімічні процеси 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 має суттєвий вплив на. газовий, іонний і аерозольний склад верхньої атмосфери. В метеоритах виявлено залізо, натрій, магній, кальцій, кремній, азот і ін. Космічний пил становить близько 1% маси міжзоряної речовини і, безсумнівно, грає певну роль в проходженні сонячних променів до землі.
V. В. І. Вернадського належить заслуга у вивченні закономірностей проходження хімічних процесів в біосфері і міграції речовин при прямому чи непрямому участю живих організмів. Зараз цей напрямок вилилося в самостійну велику науку - біогеохімію.
VI. В. І. Вернадський показав, що біогенна міграція атомів хімічних елементів в біосфері завжди прагне до максимального свого прояву. «На земній поверхні немає хімічної сили, могутнішої за своїми кінцевим наслідків, ніж живі організми, взяті в цілому. І чим більше ми вивчаємо хімічні явища біосфери, тим більше ми переконуємося, що на ній немає випадків, де б вони були незалежні від життя ... Зі зникненням життя не виявилося б на земній поверхні сили, яка могла б давати безперервно початок новим хімічних сполук ».
VII. В. І. Вернадський висловив дуже цікаве положення, що організми тварин і рослин не повторюють складу середовища, а витягують з неї необхідні їм елементи, концентруючи їх у своїх тілах. Зараз вже зібрано багато фактів, що підтверджують це положення. Виявлено рослини, які накопичують азот, тварини, що концентрують у своїх організмах вапно; очерет річковий здатний «збирати» і використовувати нафтову плівку; ряд рослин і тварин акумулюють в своїх тілах радіоактивні речовини і т. д. і т. п. Підтвердження цьому ми бачимо в істотній різниці в хімічному складі осадових порід земної кори, грунтового покриву і рослинності.
VIII. Розподіл мікроелементів на нашій планеті нерівномірно - писав В. І. Вернадський. Подальші дослідження А. П. Виноградова (1957, 1959, 1967), А. О. Войнар (1960, 1962), В. А. Ковда (1971, 1972, 1973 і ін.) Це повністю підтвердили і дали можливість намітити ряд біогеохімічних провінцій, ряд регіонів, найбільш багатих або збіднених мікроелементами. Наприклад, в республіці Марій Ел не вистачає йоду і тут раніше була сильно поширена базедова хвороба, ендемічний зоб. Зараз збагачення харчової солі йодом дозволило майже повністю ліквідувати цю хворобу. Відомий повчальний приклад браку деяких мікроелементів в Новій Зеландії, що утрудняла вирощування пшениці і розведення овець. Після того, як в Нову Зеландію почали ввозити відсутні мікроелементи, 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, яка надає на сучасну біосферу дедалі більшу вплив». «Міць 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 році Сміла Іванович писав: «У геологічній історії біосфери перед людиною відкривається величезне майбутнє, якщо він зрозуміє це і не буде вживати свій розум і свою працю на самознищення». На жаль, в даний час з-за нерозумної витрати енергії, матеріалів і засобів на озброєння витрачається величезна кількість хімічних і рідкісних елементів і йде засмічення біосфери. Генеральний секретар Організації Об'єднаних Націй Курт Цальдхайм сказав, що в 1975 р на нашій планеті витрачено на озброєння понад 300 мільярдів доларів.
Цілком природно, що використання цих коштів на поліпшення добробуту людства і розумне використання природних ресурсів без порушення законів, які керують життям біосфери, зробило б людство щасливішим.
Ми цілком усвідомлюємо, що викласти на кількох сторінках вчення В. І. Вернадського про біосферу, де синтезовані успіхи трьох наук - геології, хімії та біології, завдання досить складна і практично важко здійсненне, але сподіваємося, що загальне уявлення про значення навчання У . І. Вернадського про біосферу в проблемі нормалізації відносин між природою і суспільством Новомосковсктель все ж отримав.
За життя В. І. Вернадського його вчення про біосферу не отримало широкого визнання і поширення. Вернадського вважали видатним мінералогом, кристаллографом, геологом широкого профілю, Основоположником геохімії, біогеохімії, радіогеології, вченим, який багато зробив в гідрогеології та історії природознавства, в створенні вчення про біосферу. Зараз його вчення про біосферу оцінена по достоїнству. З кожним роком воно набуває все більшого і більшого значення, допрацьовується, поглиблюється і має особливе значення при довгостроковому прогнозуванні змін навколишнього природного середовища під впливом діяльності-людини.