Ю. Колесник - Современное состояние биосферы и экологическая политика
Все это позволяет нам утверждать, что эффективный выход из ситуации, аналогичной той, которая сложилась в Приморье, предполагает следующее обязательное условие: эксплуатация всех видовых представителей биоты должна вестись так, чтобы не вызвать необратимых процессов в ее оптимальном функционировании.
Опыт региональной экспертизы в Приморье показывает, что, являясь компонентой биосферы, растительный и животный мир экосистем данного региона способен в случае потери ее воспроизводительной способности оказать отрицательное влияние и на экологию прилегающих регионов стран АТР.
Мы надеемся, что представленный здесь материал будет полезен всем, кто серьезно обеспокоен проблемами в области экологической политики.
Ю. А. Ижко, Ю. А. Колесник
Уссурийск, 2006
Глава 1
Введение в проблематику биосферы
1.1. Определение биосферы
Что же представляет собой биосфера?
Напомним некоторые ее характерные признаки.
В современной науке имеется много определений биосферы. Приведем лишь некоторые.
«Биосфера – особая, охваченная жизнью оболочка Земли» (Вернадский, 2003, с. 32–33).
«Глобальная экосистема – биосфера Земли» (Тупикин, 2002, с. 154). «Поверхностный слой Земли – биосфера, сфера обитания живых организмов, постоянно перерабатываемая ими и включающая их самих» (Захаров, 1984, с. 3).
«Биосфера – совокупность всех живых организмов и их экологической среды в пределах планеты» (Акимова и др., 2001, с. 32–33).
«Биосфера представляет собой глобальный биотоп, населенный всеми живыми существами, в том числе и человеком, проживающим на планете Земля» (Радкевич 1998, с. 124–125).
Из этих определений следует, что основу биосферы составляют живые организмы (биота) и окружающая ее (в глобальном масштабе) среда.
В то же время отметим, что учение о биосфере имеет свои специфические цели. Например, биология изучает живые организмы и их сообщества во всем разнообразии их состава и жизнедеятельности на всех уровнях организации жизни: от макромолекул, клеток, организмов до экосистем.
Учение о биосфере рассматривает живые организмы как нечто целое и единое, как живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов с точки зрения их глобальной геохимической и энергетической роли в масштабе геологического времени (Тюрюканов, 1990, с. 30–31). Деятельность живого вещества на планете создала условия для появления человечества и обеспечила его существование и эволюцию.
Здесь вполне уместны вопросы:
♦ как возникла биосфера?
♦ почему ее нет на других планетах Солнечной системы?
♦ в чем уникальность нашей Земли, породившей жизнь?
Ответы на эти и другие вопросы предполагают более детальный анализ, который мы проведем в этой и последующих главах.
1.2. Характеристика и состав биосферы
Впервые понятие «биосфера» (от греч. bios – жизнь и sphaira – шар) в биологию было введено Ж. Ламарком в начале XIX в. Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.
В геологии название «биосфера» было употреблено в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом (1831–1914). В России учение о биосфере, как научное направление, сформировалось в первой четверти XX в. (Киселев, 2000, с. 14–15). Следует заметить, что первоначально под биосферой многими учеными подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. В различной литературе иногда указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом внимание обращалось скорее на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Так, например, Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли» не придавал особого значения обратному воздействию биосферы на природные процессы и определял ее (биосферу) как «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и времени и обитающую на поверхности Земли».
Дальнейшее накопление фактов и открытий в области палеонтологии, ботаники, геологии и других науках привело к уточнению и расширению понятия биосфера. В окончательном виде это понятие было разработано В. И. Вернадским (1863–1945). В его работах это понятие стало основным. Биосферой он назвал оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль. В основу учения о биосфере В. И. Вернадский ввел еще одно понятие – «живое вещество», т. е. «совокупность всех живых организмов без исключения, как единая особая область накопления свободной химической энергии в биосфере, превращения в нее световых излучений Солнца» (Вернадский, 2003, с. 56–57).
Таким образом, биосфера – это планетарная природная система, существование которой обусловлено глобальными процессами синтеза и разложения, где живое вещество играет главную роль. Суммарная жизнедеятельность организмов (живого вещества) определяет особенности биосферы и, в первую очередь, наличие круговорота энергии и вещества.
Важным для понимания биосферы было установление Пфефером (1845–1920) трех способов питания живых организмов:
1) автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
2) гетеротрофное – построение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
3) миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).
Из многих определений биосферы наиболее удачным (Радкевич, 1998) является следующее:
Биосфера (в современном понимании) представляет собой глобальный биотоп, населенный всеми живыми существами (в том числе и человеком), проживающими на Земле.
Она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством. Через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Она имеет несколько слоев:
♦ тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80 % газового состава атмосферы и весь водяной пар;
♦ стратосфера — слой атмосферы, располагающийся над тропосферой до высоты 50–55 км. В нижней ее части температура относительно постоянна, но начиная с высоты 25 км она вырастает от 6 С до 1 °C. Это объясняется тем, что на данной высоте (25 км) находится озон, который сильно поглощает солнечную радиацию. В эволюционном плане озон способствовал распространению живого вещества на суше;
♦ ионосфера – оболочка, в которой практически отсутствует «живое вещество».
Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78 %), O2 (21 %), CO2 (0,03 %).
Гидросфера представляет собой совокупность всех вод на Земле (глубинных, почвенных, атмосферных, океанических и др.). Основную часть гидросферы (96,53 %) составляет Мировой океан. На протяжении тысячелетий во всех районах и на всех глубинах океана соотношение основных химических компонентов морской воды остается постоянным. В. И. Вернадский даже предлагал принять это соотношение в качестве константы на нашей планете, аналогично тому, как характерной константой вещества служит точка его плавления. Океану присущ гомеостаз – способность сохранять постоянство своего химического облика. Здесь нельзя не заметить, что сегодня очень остро стоит вопрос: сохранится ли эта способность в современных условиях?
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2, Ca2, Cl, S, С.
Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, и другим химическим элементам, которые усваиваются живыми организмами.
Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, постепенно, с глубиной, переходящая в сферы с меньшей прочностью вещества (Реймерс, Яблоков, 1982, с. 71). Она включает земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы 50-200 км. Глубина земной коры до 30–60 км на континенте и 5-10 км на дне океана.
В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровича. Та часть поверхности литосферы, которая преобразована за счет совместного воздействия на нее воды, воздуха и живых организмов, образует почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.
Преобладающие элементы химического состава литосферы: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К.
Ведущую роль среди многих химических элементов, выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92 % ее объема. Этот газ прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. В количественном отношении земная кора – это «царство» кислорода, химически связанного в ходе ее геологического развития.
