Геологическая вечность биосферы кратко
Обновлено: 02.07.2024
Биосферная концепция Вернадского лишена узкой биологичности и поэтому не может быть автоматически отнесена к сфере биологических наук. Это широкое интегральное (междисциплинарное, в том числе географическое) направление в науках о Земле и жизни, находящееся к тому же во всевозрастающей связи с общественными науками.
Таким образом, иногда встречающаяся в литературе трактовка биосферы как совокупности живых организмов вне связи со средой их жизни и веществом, их составляющим, должна быть отвергнута. Биосфера — это открытая система, функционирующая только в силу своей неразрывной связи с другими геосферами нашей планеты и вместе с ними образующая единую суперсистему, или иначе — глобальную экологическую систему. Можно также утверждать, что биосфера сложена иерархией геосистем и экосистем.
Пределы биосферы. В соответствии со сложившимися в науке представлениями биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по Вернадскому — биогенной миграцией атомов). Она трехмерна и геоисторична, поэтому, когда мы говорим о ее пределах, имеются в виду границы физических условий существования живых организмов в конкретное время (кстати, на отдельных участках земной поверхности жизнь может временно отсутствовать).
В литературе существование жизни чаще всего ограничивается диапазоном температур от -250 до +160 °С, давлениями от 0,001 до 3000 атмосфер. Нижняя граница жизни условно проходит в водной среде на глубине 10 км, в земной коре — на глубине до 2 км, в атмосфере верхняя граница распространения жизни обусловлена
слоем озона, расположенным на высоте 45 км над уровнем моря и предохраняющим живую материю от ультра- иолетового излучения Солнца.
Основной отличительной особенностью живого существа является не столько его способность размножаться и двигаться, сколько способ использования энергии. Только живые существа могут улавливать энергию Солнца, удерживать ее в виде сложных органических соединений (биомассы), передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую, тепловую и другие виды.
К числу основных функций живого вещества относятся следующие: 1) энергетическая; 2) деструктивная; 3) концентрационная и 4) средообразующая.
Суть энергетической функции состоит в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе и передаче энергии по пищевой цепи. На собственные нужды организма в среднем расходуется 10—12% ассимилированной ими энергии. Остальная ее часть перераспределяется внутри экосистемы. Энергия частично рассеивается, а частично накапливается в биогенном веществе. После перехода в ископаемое состояние энергия консервируется в земной коре и служит энергетической базой для геологических процессов, обеспечивает энергетические потребности человечества.
Деструктивная функция живого вещества состоит в разложении, минерализации мертвого вещества, в химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Специальная группа организмов деструкторов разлагает мертвое органическое вещество до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака, которые затем вновь используются в начальном звене круговорота.
Концентрационная функция проявляется в избирательном накоплении в ходе жизнедеятельности атомов веществ. При этом наиболее активными концентраторами многих элементов являются живые организмы.
Наконец, средообразующая функция живого вещества заключается в преобразовании физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. С известной долей условности можно утверждать, что эта функция является результатом совместного действия всех рассмотренных выше функций живого вещества. В результате именно средообразующей функции образовался покров осадочных пород, был преобразован газовый состав атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, возник почвенный покров на поверхности суши.
Единый глобальный биогеохимический круговорот элементов. Как известно, все структурные компоненты биосферы тесно взаимосвязаны между собой сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии. Процессы взаимообмена и взаимодействия протекают на разных уровнях: между геосферами (атмо-, гидро-, литосферой), между природными зонами, отдельными ландшафтами, их морфологическими частями и т. д. Однако повсюду господствует единый генеральный процесс обмена веществом и энергией, процесс, порождающий явления разного масштаба — от атомарного до планетарного. Многие элементы, пройдя цепь биологических и химических превращений, возвращаются в состав тех же самых химических соединений, в которых они находились в начальный момент. При этом главной движущей силой в функционировании, как глобального, так и малых (а также локальных) круговоротов, являются сами живые организмы.
Между отдельными малыми круговоротами существуют сложные взаимосвязи, что в конечном итоге приводит к постоянному перераспределению вещества и энергии между ними, к устранению своего рода асимметричных явлений в развитии круговоротов. Так, в литосфере в избытке оказались в связанном состоянии кислород и кремний, в атмосфере в свободном состоянии — азот и кислород, в биосфере — водород, кислород и углерод. Нельзя не отметить также, что основная масса углерода сконцентрировалась в осадочных породах литосферы, где карбонаты аккумулировали основную массу углекислого газа, поступившего в атмосферу с вулканическими извержениями.
Нельзя забывать и о том, что между космосом и Землей существует теснейшая связь, которую с известной долей условности следует рассматривать в рамках глобального круговорота (поскольку, как уже отмечалось, он не является замкнутым). Из космоса на нашу планету попадает лучистая энергия (солнечные и космические лучи), корпускулы Солнца и других звезд, метеоритная пыль и т. д. Особенно важна роль солнечной энергии. В свою очередь, Земля отдает обратно часть энергии, рассеивает в космос водород и т. д.
Биогеохимические круговороты отдельных элементов. Как известно, три химических элемента — кислород, углерод и водород — составляют 98% общей массы живого вещества, при этом на первый из них приходится 70%, на второй — 18 и на третий — 10%. В отличие от большей части кислорода и водорода, присутствующих в организмах в виде водной субстанции (являющейся растворителем и средой для протекания биохимических реакций), углерод является, в сущности, структурообразующим компонентом. В науке хорошо известна его способность легко образовывать углерод-углеродные связи, при этом получаются полимерные цепи и кольца, служащие основой для получения разнообразных органических соединений.
Громадный научный интерес представляет кругооборот кислорода — одного из важнейших элементов в природе, отчасти в связи с растущим его потреблением на промышленные и другие нужды. Существует мнение, что человечество в первую очередь столкнется с дефицитом именно кислорода, поскольку оно ежегодно сжигает примерно четвертую часть этого элемента, продуцируемого наземной растительностью.
Начало интенсивного накопления кислорода в атмосфере связывается с распространением фотосинтезирующих элементов около 2 млрд лет тому назад. В процессе длительной эволюции глобального круговорота кислорода наибольшая часть этого элемента осталась в атмосфере, другая часть оказалась растворенной в океане, третья была зафиксирована в земной коре в виде сульфатов, карбонатов, различных окислов.
Сравнительно хуже изучен глобальный круговорот азота главным образом в связи с трудностями оценки составляющих круговорота. До сих пор точно неизвестно, какие конкретно организмы способны фиксировать азот, переводить его в такие химические соединения, которые могут использоваться живыми организмами. Между тем в биологическом круговороте из огромного запаса азота в атмосфере и осадочной оболочке литосферы принимает участие только фиксированный азот, усваиваемый живыми организмами суши и океана. В целом в естественных условиях процессы связывания и высвобождения азота уравновешивают друг друга.
Рассмотренные нами некоторые круговороты особо важных для биосферы элементов показывают огромную важность поддержания сложившихся динамических равновесий в едином глобальном биогеохимическом круговороте.
Как известно, любая звезда — это тонко сбалансированный природный механизм, а Солнце — это наша звезда. Через 7—8 млрд лет от нее останется мертвая глыба ядерных отходов, заключенных в белом карлике. Финал слишком печальный, но предотвратить эту вселенскую катастрофу человечеству не дано. Какими невероятными ни кажутся перипетии гибели Солнца, Земли (и, естественно, биосферы), они прогнозируются не прорицателями, а учеными.
Вопрос о происхождении жизни на Земле стал одним из наиболее обсуждаемых в мировой науке со второй половины XIX века, чему, несомненно, способствовало появление эволюционной теории Дарвина. Множество учёных и философов высказывались по этой проблеме, не стал исключением и выдающийся русский и советский учёный Владимир Иванович Вернадский.
Жизнь это космос, космос это жизнь
Вернадский попытался примирить два основных противоборствующих мнения относительно проблемы возникновения жизни на Земле. Уже к концу позапрошлого столетия эти мнения сформировались достаточно чётко. Согласно позиции сторонников теории абиогенного синтеза жизнь на Земле появилась вследствие пока не установленного наукой, не имевшего место превращения неживой материи в живую материю. То есть путём определённых химических процессов в определённых сложившихся условиях неорганические вещества смогли преобразоваться в органические, а уже из них сформировались первые живые организмы.
Прямо противоположна им позиция сторонников теории биогенного синтеза – живая материя не может образоваться из неживой материи, следовательно, все известные науке виды живых организмов произошли от первичных живых организмов. Вернадский придерживался мнения о так называемой геологической вечности жизни на Земле – то есть жизнь существовала на всём протяжении стабильного существования нашей планеты. Первоначально он поддерживал концепцию абиогенного синтеза, но впоследствии, признавая факт отсутствия реальных доказательства этой версии, заявил, что разделение абиогенного и биогенного синтеза не имеет значения.
Жизнь является вечной, так как представляет собой неотъемлемую характеристику космоса, Вселенной. И с этой точки зрения различия между формально неживой материей и живой материей является условной. В этой связи Вернадский признавал действительно существенными три хронологических гипотезы возникновения жизни на Земле.
Жизнь старше Земли
Первая гипотеза гласит, что жизнь возникла задолго до образования Земли как стабильной системы и, таким образом, была занесена на нашу планету извне. Впоследствии, с началом активного изучения космического пространства, у этой теории появились определённые фактические основания. Дело в том, что на различных небесных телах, в астероидах, кометах Комета: чем дольше изучают, тем больше загадок и метеоритах, обнаружены различные органические вещества, такие, как муравьиная кислота, формальдегиды, этиловый спирт и другие.
Жизнь и планета неразлучны
Вторая гипотеза, которую и поддерживал Вернадский, является предположение о геологической вечности жизни, то есть о неразрывной связи между Землёй и жизнью. Она основывалась на том факте, что наука не могла обнаружить на Земле геологические пласты, которые бы не содержали следов присутствия тех или иных живых существ или органических веществ. Отсюда и делался вывод о геологической вечности жизни – то есть условия для возникновения жизни на нашей планете присутствовали изначально. А уже сам процесс превращения условно неживой материи в живую и появления живых существ это, по мнению того же Вернадского, лишь технические детали. В данном случае, конечно, на первый план выходит теория абиогенного синтеза, но для учёного это был второстепенный вопрос.
Утром – земля, вечером – жизнь
Третья гипотеза завершает логическую цепь: если первая относила возникновение жизни к периоду до образования Земли, вторая – к самому моменту появления планеты, то в данном случае Земля считается первичной, а жизнь – вторичной.
Согласно этой гипотезе, довольно долгое время после образования Земли наша планета была безжизненной, то есть на ней не только не было никаких живых существ, но и просто не существовало никаких органических веществ, которые могли бы послужить основой для возникновения жизни.
В течение почти миллиарда лет на Земле, представлявшей тогда один огромный Океан, происходила медленная химическая эволюция – вещества, содержавшиеся в воде, под воздействием изменяющихся условий (температуры земного ядра, интенсивности солнечной радиации, скорости и орбиты вращения Земли и так далее), были вовлечены в многочисленные и сложные химические реакции. В результате в верхних слоях океана образовались химические соединения, которые и смогли осуществить абиогенный синтез и примерно 4,8 миллиардов лет назад появились первые живые организмы, из которых путём дальнейшей эволюции и развилась во всём своём многообразии видов жизнь.
Со стороны такой науки, как геология, биосфера является бесконечной структурой мироздания.
А со стороны астрономии, биосфера имеет конец, как и атмосфера.
Разница лишь в подходе к такому понятию, как биосфера и её зависимости от начального состояния земного ядра.
В 1874 был известен спор Альберта Эйнштейна (представителем астрономии) и французом Пьером Да Челло (представителем еще не существовавшей науки "геологии"). Насколько известно спор разрешился миром. Так от астрономии ответвилась наука "геология".
Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.
Владимир Иванович Вернадский - несомненно один из корифеев мировой науки, внесший весомый вклад во многие ее отрасли, основоположник целого ряда новых научных направлений. Однако сегодня на первое место из его обширного научного наследия выступают работы по биосфере и ноосфере. Совокупность живых организмов в биосфере Вернадский назвал живым веществом. Живое вещество, преобразуя солнечный свет, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Развитие Вернадским учения о биосфере привело его к своим взглядам в вопросах происхождения жизни на Земле.
Вернадский отверг поначалу принятый им абиогенез (самозарождение живой клетки из неживых органических соединений), поскольку он реально не наблюдается в геологии. Не только не удается наблюдать акт самозарождения жизни из неживого, но никто даже не может указать, каких условий для этого не достает. А главное - Вернадский пришел к заключению, что круговорот веществ в природе не эволюционирует, не изменяется даже при смене конкретных видов организмов в течение всей доступной нам истории. Геология докембрия по Вернадскому говорит, что даже в древнейшие времена, когда еще не было никаких организмов, способных давать ископаемые остатки, жизнь уже себя геохимически проявляла точно так же, как и в наши дни.Живое вещество состояло в основном из простейших форм - бактерий, биофактор полностью был включен в круговорот веществ. Так Вернадский пришёл к идее о геологической вечности жизни и принципу постоянства биосферы, закону сохранения количества жизни. Исходя из этой идеи, Вернадский отвергал саму постановку вопроса о происхождении жизни; говорить об этом - все равно, что говорить о рождении материи.
Согласно взглядам Вернадского начало биосферы есть начало жизненной среды на Земле. "Вне биосферы мы жизнь научно не знаем и проявлений ее научно не видим. Организм, удаленный из биосферы, есть нереальное, есть отвлечённое логическое построение".Вернадский при этом опирался на несколько основополагающих практических наблюдений. Во-первых эмпирическое доказательство принципа Рэди (флорент.врача ХvII в.) - "всё живое от живого", во-вторых отсутствие в "геологической летописи" признаков существования "азойской" (т.е. без жизни) эры - " на протяжении геологических веков на нашей Земле существовала жизнь, одинаковым образом отражавшаяся на химических процессах земной коры". И в третьих Вернадский подчеркивал логическую несостоятельность экстрополяции данных о морфологической эволюции организмов, которая якобы приводит к выводу о происхождении жизни от единого предка.
Представления о ПОСТОЯНСТВЕ биохимических процессов на Земле пронизывают всю коцепцию Вернадского. Главным ее доказательством он считал тот факт из имеющихся практических данных наблюдений, что "строение архейских горных пород, нахождение среди них конгломератов,песчаников,известняков,углистых(графических) выделений,глин и т.п. явно указывает на широко развитые в это время процессы выветривания. Мы знаем, что все процессы выветривания идут сейчас при самом энергичном непрерывном участии жизни, переполнены биологическими реакциями.Если бы жизни не было, они шли бы иначе. Но никакого различия этих древнейших отложений, связанных с процессами выветривания, от аналогичных современных пород мы уловить не можем. " Итак вывод: биосфера все время имела приблизительно одну и ту же массу порядка (пх10 в степени20)г, а каждый хим.элемент в ней совершал тот же тип круговорота, что и сейчас. Эти наблюдения и логика приводят Вернадского к ясной формулировке своей позиции: жизнь, как материя и энергия вечна.
В статье использованы материалы журнала "Природа" № 3 - 2013 г., в т. ч. статья доктора геолого-минералогических наук профессора А.А.Ярошевского.
Материальные и энергетические проявления галакеии в биосфере. Проникающие космические излучения (§ 1). Работа В. Гершеля - галакеии, звездные острова Гершеля, правые и левые спиральные туманности. Задача, поставленная Аррениусом (§ 2, 3). Галакеии и пространство Эйнштейна (§ 4). Наша Солнечная система в галакеии Млечного пути (§ 5, 6). Космические вакуумы как центры энергии (§ 7, 8). Положение нашего Солнца среди других звезд. Геологическая вечность нашей Солнечной системы (§ 12). Энергетическая пространственная связь нашей планеты с Солнцем (§ 13, 14). Значение геологии для планетной астрономии (§ 15). Общие свойства тел Солнечной системы, исходя из Земли — планеты и астероиды (§ 16). Луна в геологическом проявлении.[ . ]
Читайте также: