Учение В.И.Вернадского о биосфере

Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик Владимир Иванович Вернадский (1864-1945). Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.

В начале XX века В.И. Вернадским были подняты проблемы совместной эволюции человека и биосферы с позиции развития Земли как космического тела. В основе целостного взгляда В.И.Вернадского лежат идеи эволюции и системности – идеи, приобретающие ныне значение универсальных принципов естествознания. До Вернадского множество ученых, занимающихся изучением оболочки нашей планеты с населяющими ее живыми организмами не видели в биосфере ничего, кроме мира живых существ, создающих мозаичную сферу своего распространения на Земле. И только гений русского ученого позволил увидеть за покровом живых существ единое «живое вещество» планеты, непрерывность его потока, понять его роль в геохимической структуре биосферы.

Его исследования привели к осознанию роли жизни и живого вещества в геологических процессах. Облик Земли, ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты - все это результат жизнедеятельности организмов. Особую роль в становлении лика нашей планеты В.И. Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубинах истории.

Будучи глубоким теоретиком, В.И. Вернадский стоял у истоков таких новых и общепризнанных ныне наук, как радиогеология, биогеохимия, учение о биосфере и ноосфере и науковедение.

В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера - организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещество с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.

В своем учении о биосфере В.И.Вернадский сформулировал два биогеохимических принципа. Они заключаются в следующем:

1) геохимическая биогенная энергия стремиться в биосфере к максимальному проявлению;

2) при эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Действительно, продуценты - зеленые растения и микроорганизмы, использующие солнечную энергию для построения своих тканей не могут не стремиться использовать ее максимально. Потому и создаваемая ими потенциальная энергия стремиться к максимально возможному значению и именно те организмы, которые это обеспечивают оказываются самыми конкурентоспособными.

Ученый подчеркивал, что биосфера является результатом сложнейшего механизма геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой - результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы - это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ.

В.И. Вернадский, впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс - миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.

В.И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни». На развитие жизни, а следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область распространение жизни и слишком высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни. К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

Согласно представлениям В.Вернадского, биосфера состоит из нескольких разнородных компонентов. Главное и основное – это живое вещество, совокупность всех живых организмов населяющих Землю. В процессе жизнедеятельности живые организмы взаимодействуют с веществом неживым (абиогенным) – косным веществом. Такое неживое вещество образуется процессами, в котором живые организмы не принимают участия, например, изверженные горные породы. Следующий компонент – биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами, например, газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф ,известняк, мел, лесная подстилка, почвенный гумус и т.д. Еще одно составляющее – биокосное вещество - результат совместной деятельности организмов и косных (абиогенных) процессов, или, другими словами, косное вещество, переработанное деятельностью живых организмов (вода, почва, кора выветривания, осадочные породы, глинистые материалы).

Косное вещество pезко пpеобладает по массе и по объему. Живое вещество по массе составляет ничтожную часть нашей планеты «количество его исчисляется пpимеpно 0.25% биосфеpы по весу». Пpичем «масса живого вещества остается в основном постоянной и опpеделяется лучистой солнечной энеpгией заселения планеты». В настоящее вpемя этот вывод называется законом константности.

В своем основополагающем труде В.И.Вернадский приводит пять постулатов, относящихся к функции биосферы.

Первый постулат: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Смысл сказанного состоит в том, что первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.

Второй постулат: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте...». И далее: «Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».

Третий постулат: «В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Объяснить сказанное можно тем, что первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований. Их морфологические изменения «совокупностей» не отражались на «химических функциях» этих компонентов.

Постулат четвертый: «Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... миграцию химических элементов в биосфере», поэтому «на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».

И пятый постулат: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».

Разрабатывая учение о биосфере В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения.