Глава 11. Учение о биосфере

11.1. Научная деятельность в.И. Вернадского, приведшая к возникновению теории о биосфере

Термин «биосфера» был введён авторитетным австрийским геологом Э. Зюссом в 70-х гг. XIX в. Биосфера по определению Зюсса - это внешняя оболочка земного шара, населённая живыми организмами.

Биосфера в переводе с греческого означает «шар жизни»: «био» - жизнь, а «сфера» - шар.

Коренной переворот в представлении о биосфере внес русский учёный В.Й. Вернадский. Он создал целостное учение о биосфере Земли, основы которого изложил в книге «Биосфера», вышедшей в 1926 г. и состоящей из двух очерков: «Биосфера в космосе» и «Область жизни». Эпиграфом к этой книге были взяты стихи Ф. Тютчева, 1865 г.

Невозмутимый строй во всём,

Созвучье полное в природе.

В начале своей научной деятельности В.И. Вернадский принимал участие в почвоведческих экспедициях В.В.Докучаева. Большая практическая деятельность в области минералогии и геохимии привела Вернадского к идее биогеохимических циклов и понятию геохимической энергии жизни. Он обращает внимание на постоянную миграцию и круговорот атомов химических элементов в земной коре. В конечном итоге это явление миграции атомов является причиной всех геологических изменений оболочки Земли и определяет «лик планеты». В 1916 - 1917 гг. зарождается новая область знаний — биогеохимия - исследование явлении жизни в атомном аспекте в связи с геологической историей нашей планеты, с' «организованностью» её верхних оболочек. Отец этой новой области знаний - В.И. Вернадский [26].

С другой стороны Вернадский обращает внимание на то, что основную роль в миграции атомов химических элементов играют живые организмы. Он подошёл к научным проблемам, имеющим помимо большого научного значения не меньшую философскую значимость — к биогеохимическим процессам, к положению жизни на Земле, к её влиянию на геологические, главным образом, геохимические процессы, к механизму биосферы. Учёный делает вывод о том, что биосфера — это могущественная геохимическая сила, формирующая географическую оболочку Земного шара. Это положение является краеугольным камнем учения Вернадского.

0. Характеристика биосферы по Вернадскому

Биосфера включает в себя часть атмосферы на высоту до 10 -15 км, всю гидросферу до глубины 12 км и верхний слой литосферы на глубину до 5 км. В последнее время в связи с освоением космоса верхний предел биосферы неизмеримо вырос.

В.И. Вернадский определяет биосферу как определенную оболочку всех тех планет, на которых вследствие стечения благоприятных обстоятельств возникла и существует жизнь. Это и есть непосредственная среда жизни человека, то, что он в обиходной речи называет «природой».

«Лик Земли становится виден благодаря проникающим в него световым излучениям небесных светил, главным образом Солнца», ■ пишет Вернадский. Излучения, идущие из космоса, непрерывно льющиеся на Землю, - это мощный поток сил. Благодаря им, вещество биосферы проникнуто энергией, оно становится активным. По существу, биосферу можно рассматривать как область земной коры, занятую «трансформаторами», переводящими космические излучения в действенную земную энергию - электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.

Солнце имеет ультрафиолетовые, световые и тепловые волны.

Короткие ультрафиолетовые волны губительны для жизни, но они в значительной степени задерживаются в верхних разреженных частях газовой оболочки - стратосфере - экраном озона. «Жизнь, создавая в земной коре свободный О₂, тем самым создает озон и предохраняет биосферу от губительных коротких излучений небесных светил».

Электрические и магнитные проявления верхних слоев стратосферы видны нам в виде северного сияния и зарниц.

Длинные волны инфракрасных лучей создают для жизни необходимую теплоту, в аккумуляции и распределении которой играют значительную роль дождевые и снеговые осадки, океан, озёра, реки. Так, океан нагревается вследствие большой теплоёмкости и медленно отдаёт собранное тепло благодаря своей теплопроводности. Нагреваются, охлаждаются и перемешаются также воздушные массы.

Лучистая световая энергия Солнца является главным источником энергии биосферы. Фотосинтез зелёных растений «солнечным лучом» создаёт в биосфере бесконечное число новых химических соединений - многие миллионы различных комбинаций атомов — и непрерывно с непостижимой быстротой покрывает её мощной толщей живых молекулярных систем. Этот процесс длится сотни миллионов лет. В него вовлекается значительная часть атомов, составляющих материю земной поверхности.

«На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по свои.» конечным последствиям, чем живые организмы, взятые вцелом», - говорил Вернадский. Следовательно, всё живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, есть особая область накопления свободной химической энергии в биосфере и превращение в неё излучений Солнца.

Прекращение жизни было бы неизбежно связано с прекращением химических изменений. Исчез бы свободный С₂, уменьшилось бы количество СОз, Н₂0 без них стала бы химически малодеятельной.

«Лик Земли стал бы также неизменен и химически инертен, каким является неподвижный лик Луны», - писал В.И. Вернадский.

Внутренняя энергия, производима» жизнью, проявляется в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. «Я буду, - говорил В.И. Вернадский, - называть её геохимической энергией жизни в биосфере».

Эта энергия выражается в движении живых организмов путём размножения, идущего в биосфере непрерывно, с удивительной математической правильностью. В результате живое вещество растекается по всей поверхности Земли, включая гидросферу и тропосферу. Особенно быстро размножаются одноклеточные организмы.

Процесс размножения замирает только при недостатке Оз в окружающей среде, при недостатке пищи, при действии низких температур, при отсутствии места для обитания новых организмов. Если бы не было этих препятствий, всякий организм мог бы в определённое время покрывать весь земной шар.

Вернадский вычислил время, необходимое разным организмам <<для захвата поверхности планеты». Он назвал его скоростью передачи жизни. По его данным скорость размножения составляет [26]:

для бактерий (на примере холерного вибрио1ш)	- 1,25 сут
для зеленого планктона	- 183 сут
для больших водорослей	- 79 лец
для цветковых растений (клевер)	- 11 лет
для инфузории туфельки	- 67.3 сут
для мухи домашней	- 1 год
для курицы	- 18 лет
для свиньи домашней	- 8 лет
для свиньи дикой	- 56 лег
дли крысы	- 8 лет
для слона	- 100 лет.

Из сопоставления видно, что более мелкие организмы размножаются быстрее крупных; домашние животные размножаются быстрее диких.

Площадь, необходимая для жизни и нормального размножения, тоже различна для каждого организма. Так, для характеристики на поверхности водоёма или протококка на стволе дерева, она равна их размерам. Слону нужно до 30 км², пчеле - 200 м², злаковому 26 см². Если судить по приведённым цифрам, то травам необходима небольшая площадь. Следует, однако, учесть, что травы, как и деревья, поднялись в воздушную среду, где используют площадь равную площади листовой поверхности. А листовая поверхность превышает указанную выше в несколько раз. Поэтому возможна такая густота растительного покрова, что можно сказать: «Луч, падая на Землю, всюду встречает ловящий его организм».

Несмотря на это, зелёные растения используют всего около 1 % падающей лучистой энергии. Если интенсивно культивировать одноклеточные организмы, использование может быть поднято до 2 % и выше.