Возникновение и развитие биосферы

Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и разрушения (деструкции). Это произошло вследствие того, что из общего геологического круговорота веществ выделился биотический круговорот. Живое вещество, образовавшись на Земле, вовлекло в глобальный круговорот все элементы ее поверхности. Так начался процесс создания биосферы, продолжающийся до настоящего времени. Вначале биосфера функционировала как взаимодействие одноклеточных синтетиков и деструкторов между собой и с абиотическими факторами среды. Затем появились многоклеточные организмы. Они развились до современных форм, но тем не менее, «прогрессивная эволюция биосферы невозможна без сохранения ее основы- круговорота органического вещества, регулируемого в основном деятельностью органических организмов. Как не могут нормально функционировать клетки мозга без клеток кишечника, почек, печени, крови, так же невозможно существование и развитие высших форм жизни без низших. Низшие одноклеточные - необходимая составная часть биосферы, обеспечивающая ее нормальное функционирование, а, следовательно, и возможность прогрессивного развития. Их постоянство- основа эволюции всей биосферы» [34].

Биосфера с момента возникновения претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся в увеличении разнообразия видов, в усложнении их организации, в росте биомассы. В процессе жизнедеятельности организмов в корне преобразовалась и неживая часть биосферы. В атмосфере появился свободный кислород, а в ее верхних слоях - озоновый экран; углекислота, извлеченная организмами из воды и воздуха, законсервировалась в отложениях угля и карбоната кальция; некоторые вещества надолго выключились из круговорота веществ (залежи полезных ископаемых). Вместе с этим происходило выветривание горных пород, в котором живые организмы принимали активное участие. Выделяя углекислоту, органические и минеральные кислоты, они способствовали тем самым миграции химических элементов.

В геологических масштабах времени в истории Земли происходили значительные преобразования. Облик планеты постоянно менялся. На смену жаркому климату приходил холодный. Известен ледниковый период. В результате подъемов и опускания суши большим изменениям подвергались очертания и размеры материков и океанов. Несмотря на такие грандиозные явления, жизнь на Земле продолжала существовать и развиваться. Возникали новые формы организмов, а неспособные выдерживать изменяющиеся условия вымирали.

Таким образом, суммарная жизнедеятельность развивающихся видов организмов определяет особенности биосферы, которая в свою очередь обусловливает возможность выживания и направление эволюционных преобразований отдельных видов. Направление эволюционных преобразований отдельных видов представляет собой функцию их положения в эволюционирующей биосфере.

Основные этапы эволюции биосферы как глобальной среды жизни иногда целесообразно рассматривать с точки зрения закономерности и последовательности формирования основных сред жизни. С этой позиции биосфера за примерно 4,5 млрд. лет прошла пять исторических этапов эволюции, которые представлены на рис. 1.2 в виде усложнения системы взаимосвязанных циклов:

Первый этап соответствует возникновению первичного биотического цикла, осуществляемого сообществом фотосинтезирующих цианобактерий – сине - зеленых водорослей - первых примитивных, но чрезвычайно жизнестойких продуцентов органического вещества и кислорода. Поскольку круговорот еще не сбалансирован с абиотическим циклом, глобальной биосферы как таковой еще нет.

Второй этап соответствует установлению сбалансированного биотического круговорота с участием аэробных форм автотрофов и гетеротрофов, развитию и росту биосферы. Эти два этапа часто называют биогенезом (от греч.bios- жизнь и genesis- происхождение, возникновение).

К третьему этапу биосфера уже давно сформировалась и стабилизировалась, выполнила свои геологические функции: биотический круговорот достиг высокой степени совершенства; появился человек (антропогенный этап, от греч. anthropos – человек).

Четвертый этап соответствует развитию человеческой цивилизации, как сферы надбиологических потребностей, что создало принципиально новую ситуацию в эволюции биосферы. Под воздействием человека она превращается техносферу, материально-энергетические потоки которой не вписываются в биотический круговорот, несовместимы с ним, более того во многих случаях угнетающе действуют на функции биосферы.

Пятый этап соответствует современной эпохе, когда человеческое общество поглощает вещество и энергию не только через биосферу, но и непосредственно из абиотической среды. Это было бы кардинальным преобразованием хода эволюции биосферы, если бы при этом техногенная нагрузка на биосферу уменьшилась. К несчастью, пока что обращение человека к абиогенным ресурсам только увеличивает эту нагрузку, идет глобальное изменение биосферы[4].

Несмотря на свое исключительное положение в биосфере человек должен подчиняться общим законам природы и согласовывать с ними свои действия.

Возникнув как биологический вид, человечество прошло пять исторических этапов взаимодействия с биосферой: первый – взаимодействие как обычного биологического вида; второй – интенсивное уничтожение животных при охоте, в период становления человечества без изменения экосистем; третий – уничтожение части экосистем созданием пастбищ для скота и выжиганием трав при земледелии; четвертый - ускоренное уничтожение экосистем путем распашки земель, вырубки лесов; пятый – глобальное изменение биосферы. Эти этапы приведены на рисунке 1.3, из которого видно как постепенно человечество превратилось в глобальную «геологическую силу», как говорил В. И. Вернадский, которая сознательно меняет всю окружающую среду, включая околоземное пространство.

В природе известны три вида эволюции: неорганическая, органическая (биологическая) и социальная.

Неорганическая эволюция протекает очень медленно, ее практически невозможно изучить на протяжении жизни даже нескольких поколений исследователей. Эта эволюция изучается в основном астрономией (образование галактик, эволюция космических тел и др.).

Биологическая эволюция протекает значительно быстрее, причем ее темпы ускоряются. Так, жизнь возникла на Земле около 3, 5- 4,5 млрд. лет назад, а человек – всего 3,5 – 4 млн. лет назад (эти сроки незначительны в масштабах астрономии).

Социальная эволюция идет значительно быстрее биологической при этом она опережает биологическую.

1. абиотический круговорот (А), возникновение первичного примитивного биотического круговорота (Б);
2. рост биосферы и биотического круговорота;
3. стабильный биотический круговорот, появление человека (Ч);
4. рост человечества, появление техносферы (Т);
5. современная фаза: рост техносферы и влияние ее на биотический и абиотический круговороты.

Рисунок 1.2 - Стадии эволюции биосферы, представленные в виде последовательно вовлекаемых в круговорот циклов (по М. М. Камшилову, 1979) [34]

Рисунок 1.3 - Этапы развития человечества в его взаимодействии с природой и ее ресурсами (по Реймерсу Н.Ф., 1993 г.) [69]

Естественно возникает вопрос, каким путем пойдет далее развитие человека и биосферы в целом, какими средствами избежать необратимых последствий и предотвратить распад биосферы. Очевидно, следует так управлять процессами взаимоотношений между человеком и биосферой, чтобы они были взаимовыгодны и, чтобы развитие общества не привело к деградации биосферы. С экологических позиций можно говорить о сбалансированности процессов положительной и отрицательной обратной связи между обществом и средой.

Данный этап эволюции жизни рассматривается как этап развития разума, собственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу (греч. "noos" – разум и sphaira- шар), т. е. ноосфера закономерно идет на смену биосфере.

Ноосфера – это новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.

Для ноосферы характерна тесная взаимосвязь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами.

Подлинным основателем учения о ноосфере в ее современном понимании был В. И. Вернадский. Он указывал, что биосфера ХХ века становится ноосферой, создаваемой, прежде всего, за счет развития науки и социального труда. Ноосфера находится не над биосферой, не вне ее, а является закономерным и неизбежным этапом развития самой биосферы, этапом разумного регулирования взаимоотношений человека и природы (ноосферного самоограничения). Он считал, что человек, как все живые организмы, как живое вещество, выполняет определенную функцию биосферы, что он во всех своих проявлениях составляет закономерную часть строения биосферы, и взрыв научной мысли в XX в. подготовлен всем прошлым биосферы и не может ни остановиться, ни пойти назад.

В. И. Вернадский постоянно подчеркивал, что ноосфера- это биосфера, переработанная научной мыслью, что она «не есть кратковременное и преходящее геологическое явление»[1].

Обобщая идеи В. И. Вернадского о том, что «…идеалы нашей демократии идут в унисон со стихийным геологическим процессом, с законами природы, соответствуют ноосфере», М. М. Камшилов отмечает: «На наших глазах совершается… переход от эволюции, управляемой стихийными геологическими факторами (период биогенеза ), к эволюции, управляемой человеческим сознанием, к периоду «ноогенеза» [34].

В современных условиях человек уже сознает, что он должен считаться с законами развития биосферы и с ее возможностями. При переходе биосферы в ноосферу перед человечеством возникает огромная по масштабам и значению задача - научиться сознательно регулировать взаимоотношения общества и природы. Только целесообразная, осознанная и планомерная деятельность людей может обеспечить гармоническое развитие природы и общества, не ограниченное во времени. При этом ноогенез - этап становления ноосферы - предполагает развитие не только биосферы и общества, но и каждой отдельной личности.

Ноосфера- это период, когда человечество с помощью науки сможет осмысленно управлять природными и социальными процессами. Поэтому нельзя ноосферу считать особой оболочкой Земли. Ноосфера не может быть охвачена ни одной естественной наукой, необходимо взаимодействие естественных и общественных наук. При этом в проблеме ноосферы доминирующей является социальная сторона, а не наука и техника. Кризисные экологические ситуации, приближение глобального экологического кризиса, энергетический, продовольственный, экономический и другие кризисы - результат социальных условий.

Глубокий анализ процесса перехода биосферы в ноосферу дает М.И. Будыко, формирование биосферы он связывает с пятью процессами:
1. Человечество стало единым целым, научно- техническая революция охватила весь земной шар;
2. Осуществилась коренная перестройка связи и обмена, ноосфера явилась единым организованным целым, все части которого на различных уровнях действуют согласованно друг с другом;
3. Открытие новых источников энергии, ноосфера предусматривает коренную перестройку окружающей природы, поэтому ему не обойтись без колоссальных источников энергии;
4. Ноосфера предусматривает социальное равенство всех людей и подъем их благосостояния;
5. По мере развития ноосферы появится возможность регулировать состояние биосферы в соответствии с потребностями человеческого общества [17].