Современные представления о биосфере базируются на учении В. И. Вернадского (1863–1945). Однако его учение стало активно применяться только во второй половине прошлого века, так как именно в это время начала развиваться глобальная экология, в основе которой лежит понятие «биосфера».
По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает следующие вещества:
1) живое (все живые организмы);
2) биогенное (нефть, известняки и др.);
3) косное (магматические горные породы);
4) биокосное (образованное живыми организмами);
5) радиоактивное;
6) космическое (метеориты и др.);
7) рассеянные атомы.
Все перечисленные типы веществ, несмотря на различия в происхождении, геологически связаны друг с другом.
Основные аспекты учения В. И. Вернадского:
1) «живое вещество» участвует в изменении облика планеты (так как именно живые организмы способны улавливать и преобразовывать солнечную энергию);
2) организованность биосферы проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды;
3) биосфера возникла и развивалась в результате длительной эволюции под действием биотических и абиотических факторов.
Кратко идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы можно представить так:
1) первой сформировалась литосфера, а после появления жизни на суше образовалась биосфера;
2) на протяжении всей геологической истории Земли отсутствуют геологические эпохи, лишенные жизни. Поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом предыдущих геологических эпох;
3) живые организмы осуществляют миграцию химических элементов из литосферы в гидросферу и почву, обмен элементами между гидросферой, почвой и атмосферой, между сушей и морем, круговорот воды, углерода и других веществ, входящих в состав живого вещества;
4) геологический эффект деятельности живых организмов обусловлен огромным их количеством и длительностью их действия;
5) основным фактором развития биосферы является биохимическая энергия живого вещества.
В. И. Вернадский ввел представление о ноосфере (сфере разумной жизни) как о новой оболочке Земли, так как именно с появлением человека биосфера приобрела новое качество. Деятельность человека является мощным экологическим фактором. Распашка огромных территорий, вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, строительство водохранилищ и т. п. все это существенно сказывается на климате, рельефе местности, составе атмосферы и др.
На учении о биосфере В. И. Вернадского основываются современные представления о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы, а также способы рационального природопользования и охраны окружающей среды.
15. Функциональная целостность биосферы
Целостность любой сложной системы – общая характеристика данной системы или объекта.
Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями.
Представление о целостности обусловлено глубиной предшествующих познаний об объекте. Так, с экологических позиций представления о целостности организма как индивидуума с большей полнотой можно говорить, рассматривая его на популяционном уровне, а наиболее целостные представления об экологических особенностях популяций можно выявить только на основе их взаимоотношений в биоценозе. Если рассматривать данную цепочку дальше, то окажется, что нельзя получить достаточно целостную картину взаимоотношений сообществ, если не изучать биоценоз в одной системе с биотопом, т. е. мы получим систему с еще большей экологической информацией – биогеоценозу. (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский , 2003 г.).
Так как природные экологические системы и ландшафты в целом представляют собой единое энергетическое поле, то целостность биосферы является и целостностью ландшафтной оболочки Земли, и наоборот. Изменения в общей энергетике экосистемы или ландшафта приводят к сопряженным изменениям всех составляющих биосферы в виде цепной реакции (например, изменение температуры или количества осадков).
В качестве примера действия закона целостности биосферы могут служить процессы экологических систем пустыни Атакама. Эта пустыня находится на западном побережье Южной Америки и ее пустынность вызвана холодным Перуанским течением. Известно, что холодные океанские воды богаты зоопланктоном, фитопланктоном и содержат огромное количество рыбы. Но когда от экватора начинает распространяться теплое течение, а это происходит каждые 8—12 лет, экосистема резко меняется: рыбы становится очень мало, что влечет массовую гибель морских видов птиц, питающихся рыбой, а также гибель морских животных (например, морских котиков). Период распространения теплого экваториального течения является еще и периодом тропических ливней, вызывающих наводнения и способствующих размножению и распространению эфемерных растений и многочисленных насекомых. Такое состояние экосистемы продолжается обычно 3–5 месяцев, затем теплое течение уходит к экватору и на его смену приходит холодное Перуанское течение, которое возвращает данную экологическую систему в исходное состояние.