§ 12.2. Геологические периоды развития биосферы

Обладая такой совершенной созидательной конструкцией, в которой, начиная с химических элементов и заканчивая человеческим существом, всё связано законами генетики и клеточного строения живой материи, биосфера вовсе не является, как иногда принято считать, слабым и беззащитным пассажиром на борту "космического корабля Земля". Существующая более трёх, а может быть и всех четырёх с половиной миллиардов лет (Homo sapiens живёт лишь 3 млн лет, т. е. более чем в 1000 раз моложе своей планеты) стабильная, сложная и гибкая система, пережившая грандиознейшие изменения, вымирания целых биологических видов (в периоды массовых вымираний исчезало до 96 % видов морских животных и до половины всех таксометрических семейств), являясь огромной геологической силой, поддерживает равновесие твёрдого, жидкого и газообразного состава сфер нашей планеты. И, несомненно, именно она надёжно законсервировала трансформированные солнечные лучи и создала главные источники энергии в виде ископаемых горючих материалов, так необходимых для развития нашей техносферы. Законы этой системы сложны и многообразны, а потому обладают устойчивостью, сопротивляясь неблагоприятным воздействиям окружающей среды в течение огромного по человеческим меркам геологического времени. Существует определение биосферы как централизованно не управляемой совокупности не коррелированных между собой локальных экосистем с размерами, не превосходящими десятков метров [Горшков, 1995].

Названия "экосистем", как отдельных "квантов" биосферы, были предложены в 1935 г. английским учёным Артуром Дж. Тэнсли (1871-1955) и представляют собой по современному определению Д. В. Панфилова: "комплексы взаимосвязанных популяций разных видов живых существ и изменяемой ими абиотической среды, обладающие способностью к саморегуляции и самовозобновлению всех главных компонентов биоты". Родственному экосистеме биогеоценозу - термину, предложенному в 1940 г. В. Н. Сукачёвым, биологи придали значение экосистемы в пределах фитоценоза, полагая, что категории экосистемы и биогеоценоза совпадают на уровне растительного сообщества.

На сегодняшний день зеленые растения составляют 99 % биосферы. Около 10 % нового органического вещества производится за год, т. е. 1 % биомассы планеты, включающей животных и сапрофиты (редуценты органических веществ) ежегодно перерабатывают массу, почти в 10 раз превышающую их вес. Морские фотосинтезирующие растения и микроорганизмы весят приблизительно в 100 раз меньше наземных видов, но их вклад составляет 1/3 от годового суммарного показателя производства биомассы. В отличие от медлительных деревьев и других представителей сухопутных видов растительности, морская фитомасса состоит из свободно плавающего и быстро размножающегося фитопланктона. Самой большой на Земле продуктивностью обладают заросли морских водорослей и коралловые рифы (2500 г/м^2.год), из наземных экосистем наиболее продуктивны дождевые тропические леса. Несмотря на то, что число видов животных (1,5 млн) в 3 раза превышает количество видов растений, их биомасса на три порядка ниже, при этом 64 % животных приходится на тропическую зону и по 22% сухопутных животных приходится на леса умеренного пояса и саванны.

Если считать вертикальные пределы распространения биосферы от самых низких подземных горизонтов, где возможно обитание живых микроорганизмов, до самых высоких слоёв атмосферы, где наблюдается явная естественная жизнь (80 км), то объём слоя биосферы составит менее 1 % от общего объёма планеты. Вес активного живого вещества, по В. И. Вернадскому [1967, с. 279], составляет менее 1 % веса биосферы, но может быть значительно более 25 % - в почве. Подсчитано, что от 2 до 8 % ежегодно производимой биомассы переходит в "геологическую сферу" в виде отложений в земной коре или поступает непосредственно в атмосферу. Некоторые специалисты считают что в геологическом времени живые организмы могли влиять на накопление вещества мантии и играть существенную роль в новой глобальной тектонике плит и горизонтальном перемещении континентов. Если учесть, что срок размножения микроорганизмов наступает уже через 1 час (у человека - через 20 лет), то есть опережают человеческий род в сотни миллионов раз, и способность их существования и развития в кипящих природных источниках, в концентрированных кислотах, недрах Земли на глубине более 3 тыс. м, и даже на поверхности Луны, то очевидна созидательная роль живых организмов в производстве неживой материи.

По М. М. Камшилову, структуру жизни скрепляет система усложняющихся внутренних связей: биосфера состоит из биогеоценозов, те в свою очередь - из совокупности популяций разных видов, которые связаны более тесными взаимоотношениями, чем биогеоценозы, а всё это начинается с особи - в высшей степени интегрированного единства разнородных частей. При этом вид должен отдавать в среду то, что может быть использовано другими видами, иначе не будет устойчивости макросистемы жизни - биотического круговорота, который существует более 2 млрд лет. "Органическую эволюцию движет никогда не затухающее противоречие между безграничной способностью к воспроизведению и ограниченной возможностью на каждом данном этапе использовать материальные ресурсы внешней среды" [Камшилов, 1979]. "Четыре условия необходимы для перехода от затухающей эволюции к незатухающей и даже "саморазгоняющейся" эволюции: 1 - практически неисчерпаемый (внешний) источник энергии, 2 - неисчерпаемое разнообразие потенциально возможных вариантов структуры объекта, 3 - непрерывный "тепловой шум" - поток флуктуаций, изменяющих структуру объектов эволюции и 4 - "конвариантное воспроизведение" (термин Н. В. Тимофеева-Ресовского) объектов, о чём говорит Н. К. Кольцов. Рано или поздно объекты с такими свойствами заполняют всё реально доступное им пространство (ареал), и начнётся естественный отбор в конкуренции за поток энергии вещества, т. е. отбор по признаку кинетического совершенства» [Бауэр, 2002, с. 40, курсив наш – Н.А.].

Вода, содержащаяся в живой биомассе, в 5 раз превышает объём вод всех рек Земли, а общее количество воды нашей планеты каждые 2 млн лет проходит через живые организмы биосферы. В результате развития наземного органического мира произошло заселение растениями водораздельных пространств Земли и образование в карбоне почвенной оболочки педосферы. В связи с биологической дифференциацией, появилась географическая зональность и стали формироваться ландшафты. В процессе эволюции биосферы менялись границы её распространения, а благодаря жизнедеятельности организмов возник большой геологический кругововорот веществ. Заселение суши растениями усилило поступление кислорода в атмосферу и способствовало уменьшению количества двуокиси углерода. В связи с расселением растений и развитием почвенного покрова стали удерживаться разнообразные и важные для живых организмов химические соединения (азот, фосфор, калий и др.), сокращаться поступление их в океан и некоторое уменьшение биомассы в его водах. Окислительную стадию развития биогенных ландшафтов (1300-400 млн лет: средний рифей - силур) сменила окислительно-восстановительная стадия (последние 400 млн лет: девон - ныне).

Эволюция биосферы в мезозое: 1) господство флоры голосеменных, в раннем мелу или даже в юре (юрский период 213-214 млн лет назад, когда климат всюду был равномерный, росли леса хвойных пород и папоротников, распространены динозавры и начали развиваться пернатые) появились высшие покрытосеменные или цветковые растения, получившие более полное развитие в кайнозое, 2) распространение рептилий, важную роль среди которых имели динозавры, в середине мела крупные рептилии погибли, 3) в первой половине мезозоя появились первые теплокровные животные - млекопитающие (поздний триас) и птицы (юра), все классы позвоночных, 4) в морях мезозоя важное значение приобрели головоногие и пластинчатожаберные моллюски, 5) в позднем мелу распространились планктонные фораминиферы, благодаря которым увеличилась толща карбонатных осадков - мела, в связи с чем возросла скорость связывания организмами углекислого газа атмосферы и гидросферы в карбонатные породы, 6) в связи с развитием органического мира установились более тесные связи между автотрофами и гетеротрофами, растительность стала определять развитие животных (цветковые привели к появлению насекомых-опылителей, теплокровные млекопитающие - к появлению кровососущих насекомых).

Эволюция биосферы в кайнозое: 1) покрытосеменные заняли господствующее положение на Земле благодаря приспособленности к изменениям климата, в палеогене наблюдалось абсолютное преобладание древесных форм, 2) даже в аридных зонах палеогена были развиты саванновые группировки, в умеренных зонах развивалась тугайская (тюрк. - приречные леса пустынь и полупустынь) флора с внутригодовым сезонным циклом жизни, 3) в связи с изменением климата в олигоцене-миоцене сформировалась травянистая растительность, в неогене в условиях умеренного аридного климата произошло великое остепнение равнин северного полушария, в самом конце плиоцена на островах Арктики из тугайской флоры сформировалась арктическая и тундровая растительность, 4) в животном мире на континентах господствовали млекопитающие, отделившаяся Австралия сохранила свойственный ей органический мир архаичных млекопитающих, в Евразии к неогену архаичные млекопитающие вымерли, сформировалась фауна современного вида, в степях получили распространение копытные: лошади, антилопы, верблюды, олени.

Циклы наступления ледников сменялись периодами междуледниковий. На протяжении четвертичного периода, начавшегося 1,64 млн лет назад и продолжающегося до сих пор, ледники, спустившиеся на равнины, превращались в "мёртвые", затем стаивали вовсе. Средняя продолжительность ледниковых эпох составляла промежутки времени от 5 до 7 десятков миллионов лет. В эпоху максимального оледенения покровные ледники занимали 1/3 площади материков и втрое превышали нынешнюю ледовитость континентов. Центрами наземного оледенения Европы были не самые высокоширотные Арктические районы, где выпадало недостаточно осадков, а в Субарктике (Скандинавия, Великобритания, Новая Земля, Полярный Урал).

Каменную эпоху развития древнего человека (от плиоцена до раннего голоцена, т. е. в интервале от 3-4 млн до 6 тыс. лет назад), по типу созданных человеком орудий труда и убийства, разделяют на палеолит и неолит. Палеолит - древнекаменный век - разбит на три периода: ранний (4-3 млн лет назад, архантропы), средний (300-35 тыс. лет, палеоантропы) и поздний (35-10 тыс. лет, неоантропы). В голоцене выделяют неолит (около 10 тыс. лет назад), энеолит (6 тыс.), бронзовый век (4-5 тыс.) и железный век (около 2 тыс. лет тому назад).