Организмы представляют собой особые автономные вторичные системы динамических равновесий в первич­ном термодинамическом поле Земли

Решение проблемы антропогенного стресса должно ос­новываться на холистической концепции и требует систем­ного подхода. Попытки заниматься каждым загрязняю­щим веществом как самостоятельной проблемой неэффек­тивны - они лишь переносят проблему из одного места в другое.

Если в ближайшем десятилетии не удастся сдержать процесс
ухудшения качества окружающей среды, то вполне вероятно, что
не дефицит природных ресурсов, а воздействие вредных веществ станет фактором, лимитирующим развитие цивилизации.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается среда обитания от условий существования?

2. Приведите примеры важных абиотических, биотических и антропогенных факторов.

3. В чем различие между местообитанием и экологической
нишей?

4. Кто обладает большей экологической пластичностью: уроженец Москвы или Рима, Сибири или Африки?

5. Что называется экологическим оптимумом, минимумом, макси­
мумом?

6. Приведите примеры стено- и эврибионтных организмов.

7. Как формулируется закон минимума? Кто его открыл?

8. Какие ограничения имеет закон минимума?

9. Сформулируйте закон толерантности. Кто установил эту
закономерность?

10. Объясните, что такое «пороговый эффект»? 11, Какие экологические факторы называются лимитирующи­ми? В чем их значение?

Глава 5. Экологические факторы

12. Какие факторы следует учитывать в первую очередь при создании проектов управления экосистемами?-

13. Как, воздействуя на лимитирующие факторы, можно управ­лять агроэкосистемой? Приведите примеры.

14. Как влияет взаимодействие факторов на пределы толерант­ности?

15. Как живые организмы компенсируют действие экологичес­ких факторов?

16. Какова функциональная роль «биологических часов»?

17. Какова экологическая роль пожаров? Какие бывают пожары?

18. Приведите примеры использования пожаров в качестве инстру­мента управления экосистемами.

ГЛАВА 6

В. И. ВЕРНАДСКИЙ О БИОСФЕРЕ

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

6.1. Биосфера - живая оболочка земли. Автором термина «биосфера» является французский естествоиспыта­тель Жан Батист Ламарк, который использовал его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном ша­ре. Затем термин был забыт. В 1875 г. его «воскресил» профес­сор Венского университета геолог Эдуард Зюсс (1831 - 1914) в работе о строении Альп. Он ввел в науку представление о био­сфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком общем смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и В. И. Вернадский в статье об истории рубидия в земной коре.

Учение В. И. Вернадского о биосфере было еще впере­ди. Его книга «Биосфера», переведенная затем на французский и английский языки, вышла в 1926 г. Статьи по этой тематике он публиковал до конца жизни. Изучение геохимической роли живо­го вещества В. И. Вернадский считал своей основной научной задачей. Главные его мысли о биосфере, глубина и значение его идей только теперь начинают осознаваться обществом. К сожале­нию, как зарубежные, так и отечественные исследователи рань­ше мало опирались на труды В. И. Вернадского, часть из кото­рых впервые была опубликована только в конце 70-х гг. Идеям В. И. Вернадского предстоит сыграть ключевую роль в форми­ровании мировоззрения современного человека, в понимании им своего места в природе и ответственности за будущее био­сферы, в формировании новой экологической морали и этики.

Естественно, что в своих построениях В. И. Вернадский опи­рался на эмпирические данные своего времени, которые во многом устарели с позиций современности. Но главные его мысли об уникальной роли «живого вещества», которое нераз­рывно связано с окружающей неживой материей и космическим пространством, учение о биосфере как развивающейся и само­организующейся системе еще долго будут служить науке. Авторы не ставили перед собой задачу ревизии количественных оценок тех или иных явлений и процессов, представленных в работах

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

В. И. Вернадского. Они хотели лишь познакомить читателя с основными миропредставлениями ученого в их первозданном виде.

Многие затронутые им проблемы остаются до сих пор нере­шенными или спорными: возникновение жизни, ноосфера и др. Их актуальность в наши дни свидетельствует о гениальности тео­ретических обобщений В. И. Вернадского.

Взглянем на нашу планету глазами В. И. Вернадского. Он подчеркивал, что не строил никаких гипотез, а пытался описать картину планетного процесса на основе эмпирических обобще­ний. «Основные физические и химические свойства нашей пла­неты меняются закономерно в зависимости от их удаления от центра. В концентрических отрезках они идентичны, что может быть установлено исследованием» (В. И. Вернадский, 1926). Можно выделить большие концентрические области и дробные внутри них, называемые земными оболочками, или геосферами

(гр. де - земля, sphaira - поверхность шара). Можно предполагать, ЧТО В

глубоких областях Земли имеются достаточно устойчивые равно­весные системы: ядро и мантия, а над ними - земная кора.

Вещества ядра, мантии и земной коры, вероятно, отделены друг от друга, и если переходят из одной области в другую, то очень медленно (рис. 6.1).

Ядро земного шара имеет иной химический состав, чем зем­ная кора, в которой находимся мы. Можно лишь предполагать, что вещество ядра находится под давлением в тысячи атмосфер и состоит из тяжелых элементов (возможно, из железа) в вязком и газообразном состоянии при температуре свыше 1000 °С (по современным оценкам, до 5000 °С). Удельный вес ядра, по-видимо­му, 8 - 10 г/см³, если исходить из того, что удельный вес верхних оболочек около 3 г/см³, а в среднем для планеты - около 6 г/см³ (в настоящее время считают, что плотность ядра свыше 12 г/см³). Предполагаемая глубина до поверхности металлического ядра -около 2900 км, что соответствует скачкообразному изменению скорости распространения сейсмических волн, которые на такой глубине входят в другую область.

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Рис. 6.1. Схема геосфер Земли

Мантия - вторая концентрическая область Земли - была назва­на Э. Зюссом симой (гр. sym - совместная). Она имеет толщину в сотни или тысячи километров. Важную роль в ней играют пять химических элементов: кремний (Si)_/ магний (Мд), кислород (О), железо (Fe) и алюминий (AI). Материя мантии во всех концент­рических слоях является гомогенной (гр. homos - одинаковый), что связано с очень большим давлением, при котором перестает существовать различие между твердым, жидким и газообразным состоянием. Такая материя не может иметь кристаллическое строение и, вероятно, напоминает стекловатую структуру или массу металла под большим давлением.

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

Энергия этих областей может быть только потенциальной и в течение геологического времени (сотни миллионов лет) не достигала земной поверхности. Нет никаких данных, указываю­щих на химическую активность и отсутствие равновесия в ядре и мантии. Область мантии отделяет от земной коры изостатическая

поверхность (гр. isos - одинаковый, statos - состояние покоя). Ниже изостотической поверхности должно существовать равновесие вещества и энер­гии. Эту поверхность удобно принять за нижнюю границу земной коры, которая отделяет глубинную область устойчивых равновесий от верхней области постоянных изменений на планете.

Земная кора - область планеты, лежащая выше изостатической поверхности. Материя земной коры в пределах одного и того же концентрического слоя, на одинаковом расстоянии от центра планеты, в отличие от материи первых двух областей, может быть различной. На это указывает распределение силы тяжести. Учас­тки коры разной плотности (от 1 для воды до 3,3 для основных пород) сосредоточены именно в этой верхней части планеты. Из недр земной коры на поверхность Земли проникает свободная энергия - теплота, связанная с атомной энергией радиоактивных химических элементов, сосредоточенных главным образом в этой области. В земной коре различают несколько концентрических оболочек. Поверхности их разграничения не являются строго шаровыми, и разделение их иногда затруднительно. Каждая такая оболочка характеризуется своим физическим и химическим дина­мическим равновесием. Ниже поверхности Земли, вероятно, суще­ствуют три оболочки. Верхняя из них - гранитная оболочка -состоит из кислых пород и относительно богата радиоактивными элементами (до глубины 9 - 15 км). В более глубоких слоях (до 34 км) происходят изменения кристаллического состояния вещества и залегают основные породы, аналогичные стеклу. Ниже 60 км лежат тяжелые породы с удельным весом 3,4 - 4,4 г/см³.

□ Геосферы - установленные эмпирическим путем земные оболочки - можно классифицировать по разным признакам. В. И. Вернадский выделил 6 термодинамических оболочек,

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

определяемых независимыми переменными - температурой и дав­лением; 8 фазовых оболочек, характеризуемых фазовым со­стоянием веществ, т. е. твердым, жидким, газообразным, стекло­ватым и др.; 10 химических оболочек, различающихся хими­ческим составом.

Вне этой схемы остается живая оболочка - биосфера. В биосфере, кроме температуры и давления, появляются такие неза­висимые переменные, как солнечная энергия и «живое веще­ство». Живые организмы, привнося в физико-химические процес­сы лучистую энергию Солнца, резко отличаются от остальных независимых переменных. Они меняют существовавшее на пла­нете физико-химическое равновесие.

Так, например, организмы сохраняют свою температуру в среде другой температуры, имеют свое внутреннее давление, отличное от внешнего. С точки зрения химии, их особенность проявляется в том, что некоторые вещества, образующиеся в организмах, не могут получиться из тех же элементов в косной окружающей их среде, а, попадая во внешнюю среду, неизбеж­но в ней разрушаются. При этом выделяется свободная энергия и нарушается термодинамическое равновесие. В организмах происходят такие реакции, которые невозможны в абиотической среде. Например, восстановление С0₂ и расщепление Н₂0 одновременно возможны только в живых организмах: это основа биохимических процессов. Таким образом, все химические рав­новесия в биосфере изменяются в присутствии живых организмов, не нарушая при этом общие законы равновесий.

Дата добавления: 2014-11-18