Эволюция техносферы и среды обитания человека в ноосферу

Существование биосферы Земли как природной системы выражается в первую очередь в круговороте энергии и веществ при участии всех живых организмов. Подразделение организмов по способам питания на три группы: автотрофные, гетеротрофные и миксотрофные, сделанное немецким физиологом В. Пфеффером (1845- 1920) , было крупным научным обобщением, способствующим пониманию основных процессов обмена веществ в биосфере.

Начало учения о биосфере было заложено Ж. Б. Ламарком (1744-1829 гг.), который предложил термин "биология". Определение же "биосфера" впервые было введено австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году в его работе по геологии Альп.

Факты о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием преимущественно биологических наук: ботаники, географии, почвоведения.

Но значительно более широкое представление о биосфере раскрыто в трудах В. И. Вернадского (1863-1945 гг.).

По Вернадскому, биосфера - область существования жизни, живых организмов на Земле как единого образования, образующего грандиозную упорядоченную структуру, своеобразное единство: "Среди огромной геологической литературы отсутствует связанный очерк биосферы, рассматриваемой как единое целое, как закономерное проявление механизма планеты, ее верхней области земной коры".

Вернадский раскрыл явление дисимметрии нашей планеты на примере подвижной части земной коры" - астеносферы в районе Тихого океана. Существование дисимметрии (не сплошных оболочек) указывает, что их происхождение тесно связано с геологическими явлениями в истории нашей планеты, имеющих планетарный характер. Вернадский впервые получил количественный показатель, подтверждающий дисимметрию планеты и указал на возможность нахождения "дисимметричных явлений" даже в Космосе (рис. 26).

К своеобразной разновидности круговоротов в биосфере относятся ее ритмические изменения - повторяемость во времени комплекса процессов, которые каждый раз развиваются в одном направлении. При этом различают две ее формы:

периодическая повторяемость - ритмы одинаковой длительности (время оборота Земли вокруг оси);

циклическая повторяемость - ритмы переменной длительности.

Периодичность в биосфере проявляется во многих процессах: тектонических, осадконакоплении, климатических, биологических и многих других. Ритмы бывают разной продолжительности: геологические, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т.д. (см. выше - 3. Колебательный характер природных процессов).

Развивая учение о биосфере, Вернадский пришел к следующим выводам: "Биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению". Вовлекая неорганическое вещество в "вихрь жизни", в биологический круговорот, жизнь способна со временем проникать в ранее недоступные ей области планеты и увеличивать свою геологическую активность.

Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой - взаимодействие живого и косного вещества. Он писал: "Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей".

Взаимодействие живого и косного вещества (в данном случае природных сред и объектов техносферы) характеризуется прежде всего тем, что часть энергии косного вещества усваивается, ассимилируется живым веществом. Эта новая геологическая сила изменяет организацию поверхности Земли. Количество накопленной потенциальной энергии увеличивается. Живое вещество становится, таким образом, регулятором действительной энергии биосферы.

В биосфере виды и роды растительных и животных организмов взаимосвязаны, продолжительность средней жизни есть производное отбора, которое оптимально гарантирует выживание и компенсирует потомство. Величина необходимой поглощаемой энергии у автотрофных и гетеротрофных организмов лимитируется этой основной закономерностью эволюционного процесса.

Вернадский писал: "В земной коре в результате жизни и всех ее проявлений происходит увеличение действительной энергии. Это увеличение активной энергии сказывается хотя бы в увеличении сознательности и в росте влияния в биосфере в геохимических процессах единого комплекса жизни. Оно создание, медленно шедшее в геологическом времени, такой геологической силы, какой является характерное для нашей психозойской эры цивилизованное человечество, ясно это показывает. Организмы представляют живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением" (Вернадский, 1987, 1988).

Самая существенная особенность биосферы - это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемых лучистой энергией Солнца и проявляющихся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.

Биогенная миграция атомов подчиняется двум биогеохимическим процессам:

выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов;

созданию форм, устойчивых в биосфере в направлении, увеличивающем проявление биогенной миграции атомов в биосфере.

Этот биохимический принцип Вернадского утверждает высокую приспосабливаемость живого вещества, пластичность, изменчивость во времени.

По словам Вернадского: "Живое вещество по весу составляет ничтожную часть планеты. По-видимому, это наблюдается в течение всего геологического времени, т.е. геологически вечно. Оно сосредоточено в тонкой, более или менее сплошной пленке на поверхности суши в тропосфере - в полях и лесах - и проникает весь океан. Количество его исчисляется долями, не превышающими десятых долей процента биосферы по весу, порядка близкого к 0,25%. На суше оно идет в больших скоплениях на глубину в среднем, вероятно, меньше 3 км. Вне биосферы ее нет" (Вернадский, 1987).

Согласно современным представлениям, биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхние горизонты литосферы. Продукты жизнедеятельности живых существ относятся к весьма подвижным веществам, которые перемещаются в пространстве далеко за пределы обитания организмов. Поэтому естественно, что распределение живых организмов более ограничено в пространстве, чем вся биосфера в целом.

В идеальном варианте Вернадский рассматривал постепенное развитие живого вещества в пределах биосферы, взаимодействие его с косным веществом, в т.ч. с техносферой, с переходом этого симбиоза в новое состояние – открытую систему - ноосферу.

Ноосфера ("ноос" - по-гречески разум, дух) - новое эмоциональное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Для ноосферы характерно взаимодействие человека и природы: связь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами.

Географическая среда - та оболочка Земли, которая воздействует на условия жизни, производства, культуры, быта людей. Ноосфера - оболочка Земли на которую воздействуют производство, культура, быт людей; сюда относятся и бывшие погребенные слои Земли, изменившиеся под влиянием прошлых антропогенных воздействий, не включенные в нынешнюю географическую среду. Ноосфера отражает планетарное воздействие общественного производства на верхние оболочки Земли; не все эти изменения входят непосредственно в географическую среду.

Ноосфера, по Вернадскому, требует качественно иного подхода: глобального управления планетарными процессами по единой разумной воле.

«Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободного мыслящего человечества как единого целого.

Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть "ноосфера"» (Вернадский. 1988).

В 1938 году Вернадский писал: "Мы присутствуем и жизненно участвуем в создании в биосфере нового геологического фактора, не бывалого в ней по мощности.... Создание ноосферы из биосферы есть природные явления, более глубокое и мощное в своей основе, чем человеческая история..." (Вернадский, 1987).

Вместе с тем Вернадский рассматривал биосферу как одну из геосфер, как геологическую оболочку, а не как живую пленку планеты, то есть "свободное" от геологического прошлого и физической среды собрание живых организмов. Важно понять и представлять нерасторжимую сопряженность живого вещества, как выражался Вернадский, со всеми вещественными структурами Земли. Твердая оболочка планеты и сейчас, и всегда была связана с биосферой. Совершенно неверно ее разделение на несколько биосфер, она всегда была единой потому, что биосферный процесс на Земле никогда не прерывался. Нельзя отходить от геологического понимания биосферы и соответственно геологического значения человеческого разума. Это уже совершенно новое понимание управляющей планетарной роли человечества (рис. 27).

Человечество, обтесав камень, превратив корень или ветку дерева в дротик или копье, разведя первый искусственный (в результате трения) огонь, вступило в непосредственное противоречие с окружающей его средой, а добыв и приготовив с помощью этих предметов труда и орудий добычи для себя пищу, вступило в непосредственный контакт с биосферой Земли на качественно новом уровне, преобразовав биологическую «пищевую цепочку» в свою пользу.

В биосфере зародился и сформировался человек как homo sapiens, биосфера всегда являлась для него защитным экраном от внешнего (космического) воздействия, но она же и оказывала негативное воздействие на человеческую жизнь и среду обитания в результате воздействия на нее неблагоприятных факторов окружающей среды – повышения и понижения температуры воздуха атмосферы, атмосферных осадков, подъемов и опусканий уровней воды в водных объектах, вблизи которых он проживал, стихийных явлений, бедствий и катастроф в результате природных катаклизмов.

Для защиты от воздействий природных сред и своего устойчивого жизнеобеспечения человек стал создавать свои, антропогенные объекты, тем самым влияя на окружающую среду и биосферу в свою сторону и обеспечивая для себя комфортные условия обитания за счет других природных объектов - перегораживая водотоки гидротехническими сооружениями, сооружая здания и сооружения из природных материалов, добывая из недр полезные ископаемые. В конечном итоге человек создал новую, не существующую до этого в природе среду обитания – техносферу, «отыгравшись» на природе за все причиненные ему «бедствия».

Техносфера – среда обитания, возникшая с помощью прямого или косвенного воздействия людей и технических средств на природную среду (биосферу) с целью наилучшего ее соответствия социально-экономическим потребностям человека.

Создание техносферы явилось для человечества длительным процессом, обусловленным эволюционным развитием человека и среды его обитания в пространстве и во времени.

На сегодняшний день деятельность человека достигла глобальных масштабов воздействия на биосферу, изменяя круговорот веществ, водный баланс планеты, оказывая сильное влияние на почвы, растительность и животный мир. Антропогенная деятельность создала новые токсические источники загрязнения биосферы, что создало угрозу существования самого человека.

Человечество в своем эволюционном развитии радикально увеличило свою численность, переломив в свою пользу удельное соотношение живых организмов биосферы.

Как указывалось выше, средняя численность людей только за период ХХ века возросла на 4,5 млрд. человек, а средняя плотность населения увеличилась только с XVII по XXI век с 3,7 чел/км² до 43,6 чел/км² при общей доле уменьшения численности животного мира пропорционально в 3,6 раза.

Одновременно с ростом численности населения с этого же периода начался процесс урбанизации, переселения людей на постоянное проживание из естественных природных условий – сельской местности – в крупные населенные пункты – города, главным образом с целью привлечения населения к промышленному производству.

Внутренние влияния на биосферу как замкнутую систему выражаются в факторах воздействия внутренней энергии Земли и антропогенного воздействия непосредственно или через техносферу (рис. 28).

Особенно явно это проявилось через потребление источников энергии непосредственно из окружающей среды.

Свободная энергия F для биосферы как замкнутой системы выражается:

F=U-TS, (9)

где:

Т – температура (стабилизируется за счет теплообмена с окружающей средой);

S – энтропия;

U – внутренняя энергия биосферы как замкнутой системы;

F – свободная энергия.

Так как свободная энергия должна стремиться к минимуму, то снижению энтропии, как мере беспорядка, соответствует рост температуры окружающей среды, наблюдаемый в последнее время в результате антропогенной деятельности не только в природных средах (атмосфере, верхних слоях литосферы), но особенно высокое содержание энергии и температурных показателей наблюдается в местах скопления людей и продуктов их жизнедеятельности – в населенных пунктах и промышленных зонах, т. е. в техносфере.

Внутренняя энергия биосферы постоянно возрастает за счет используемой в ней и свободной энергии, при этом свободная энергоемкость биосферы как замкнутой системы снижается, а, следовательно, растет энтропия.

Рассматривая с нынешних позиций учение Вернадского о ноосфере, у большинства ученых наблюдается полнейшее отсутствие оптимистического взгляда на развитие в ней дальнейших событий.

В соответствии с законом единства и борьбы противоположностей, происходит постоянное и взаимоисключающее взаимодействие между природными системами и техносферой, как результатом антропогенной деятельности, приводящее к необратимым процессам пока что преобразования открытых природных систем и их взаимного влияния и взаимопроникновения с закрытыми (техносферой и ее объектами).

Только в преодолении противоположности развития и преобразования этих систем лежит основа сохранения окружающей среды и человечества.

Рис. 27. Строение ноосферы (по В.И. Вернадскому)

Рис. 28. Схема внешних воздействий на биосферу как замкнутую систему относительно Солнечной системы