Основи екології - Мягченко О.П. - 1.3. Основи біосферології

За Вернадським, "біосфера являє собою оболонку життя - сферу існування живої речовини" (1934). Він писав, що це "стійка динамічна система, рівновага, що установилася в своїх головних рисах... з археозоя і незмінно діє протягом 1,5-2 млрд. років". Її стійкість виявляється в сталості її маси - загальної (10¹⁹т) і живої речовини (10¹¹ т), в перерахунку на суху речовину близько 85-100 млрд тонн, з яких у Світовому океані - 30 млрд т. Все живе пов'язано енергією (10²¹ ккал) і середнім вмістом хімічних елементів.

Біосфера складається із семи різних, але геологічно пов'язаних між собою рівнів: біогенні речовини, косні, або пасивні, що беруть участь у процесах життя, біокосні речовини - активно впливають на життєві процеси, радіоактивні елементи, різноманітні атоми, речовини космічного походження, жива речовина. Всі вони визначають основні характеристики біосфери. Її товщина на полюсах близько 10-12 км, на екваторі близько 28 км, а межі - від верхніх шарів атмосфери, до 3-11 км глибини на континентальній корі і 0,5-1 км під дном Океану.

Саме в цих межах спостерігаються живі об'єкти - мікроорганізми, рослини, тварини, люди. Об'єм її - 10 млрд куб. км, або 0,4% об'єму Землі.

Біосфера, в порівнянні з всією планетою Земля (діаметр майже 13 тис. км), це незначна плівка, хоча і дуже активна.

Всі процеси в біосфері залежать від внутрішньої будови планети та активності внутрішніх геофізичних планетарних процесів.

Під земною корою містяться центри землетрусів, іноді надзвичайно спустошливих і небезпечних для всього живого. Загальна будова планети зображена на рис. 3.

Рис. 3. Внутрішня будова землі

Біосфера - це квазістаціонарна, багатокомпонентна, багато зв'язкова, стійка у просторі і часі система, яка здатна до саморегулювання і в якій, незалежно від людини, діють закони хімії, фізики, біології. Коли їх порушують, то формуються природні процеси, які спрямовані проти дій що викликали небажані для біосфери зміни, зокрема здійснені людьми. Закони відображають властивості біосфери, формують її фази: тверду - літосфера, рідинну - гідросфера і газову - атмосфера. Ці фази взаємопроникненні, тісно пов'язані між собою і утворюють географічну оболонку планети - геосферу. Її складові - живі організми - від вірусів до людини, гірські породи, вода, повітря, сонячна енергія. Всі її компоненти (К) взаємодіють між собою, утворюючи надскладну систему з множиною зв'язків (С), кількість яких визначає формула: С=К(К-1).

При порушенні цих зв'язків біосфера деградує, змінюється так, щоб зменшити ентропію, тобто хаос, порушення структури, щоб усунути чинник, який викликав різку зміну. Природа завдяки повільним еволюційним змінам виключає з подальшого розвитку, тобто елімінує ті компоненти, які протирічать її законам, сприяють збільшенню хаосу, тобто ентропії.

Саме за цим параметром живі об'єкти відрізняються від неживих. Живі, на відміну від неживих, активно зменшують хаос, тобто ентропію в навколишньому середовищі, перетворюють речовини, а отже енергію, з однієї форми в інші. Ми не помічаємо цього за кожний окремий проміжок часу і тому не можемо передбачити всіх наслідків у майбутньому, поки не побачимо їх прояв у дійсності.

Та частина геосфери, в якій спостерігаються процеси життєдіяльності організмів, і є біосфера - сфера життя, де діють її закони, які вивчає сучасна екологія і на підставі яких має змогу прогнозувати події в природі.

Сучасна наука довела, що весь Всесвіт, як і Сонце, Земля складаються з однакових атомів, про що свідчать дані табл. 1.

Таблиця 1. Хімічний склад зірок та відносні числа атомів елементів

Це важливі дані, які доводять єдність нашого Всесвіту. Отже, при певних умовах - температура, концентрація речовин між атомами - обов'язково виникнуть хімічні зв'язки і утворяться більш складні системи - молекули, спочатку прості - вода, аміак, чадний газ та ін. Вони за законами хімії утворюють більш складні агрегати, з яких можуть бути побудовані молекули життя - РНК, ДНК, а потім клітини, організми. Отже, космічний простір може бути насичений життям, про що писали В.І. Вернадський, К.Е. Ціолковський.

За існуючими даними, ні один вчений ще не довів, що в космічному просторі є об'єкти, які б складалися з інших хімічних елементів, ніж ті, що містяться в земній корі, Сонці, інших зірках та планетних системах.

Спостереження за рухом зірок та розрахунки довели, що близько 15 млрд років тому весь Всесвіт був стягнутий в одну точку, яка вибухнула, і почалася еволюція нашого Всесвіту, етапи якого наведені в табл. 2.

Таблиця 2. Основні етапи еволюції Всесвіту

На можливість таких процесів наприкінці XIX ст. вказав англійський астроном Дж. Джинс (1877-1946), а пізніше вірне астроном В. Амбарцумян висунув гіпотезу про дозіркову речовину, з якої виникли зірки. На базі цієї гіпотези в 1948 р. американський астрофізик Г. Гамов запропонував теорію "гарячого Всесвіту, або Великого вибуху", в результаті чого виник Всесвіт.

Слід звернути увагу на те, що через надзвичайно високу температуру стабільні речовинні об'єкти почали утворюватися тільки через мільйон років, а зірки та їхні скупчення - галактики через мільярд років після Великого Вибуху.

Підтвердженням вказаних процесів є відкриття американськими ученими в 1965 р. реліктового (лат. - древній) випромінювання, в діапазоні довжин хвиль від 3 мм до 50 см. За його сучасною енергією була розрахована температура, при якій воно виникло, та густина "речовини", з якою воно було пов'язане.

Ще одним доказом правильності теорії Г. Гамова про еволюцію Всесвіту стало відкриття так званого Червоного зміщення світла - ефект Доплера, за допомогою якого також були отримані дані про вік Всесвіту.

Сучасні наукові дані свідчать про єдність Всесвіту, взаємозалежність та взаємопов'язаність всіх процесів у Космосі. Земля, її біосфера є частиною величезної Космосфери, і в структурі сучасної екології існує розділ космічної екології, який вивчає впливи Космосу на біосферу Землі.

Питання.

1. Що таке біосфера і як вона пов'язана з геосферою?

2. Охарактеризуйте будову і властивості біосфери.

3. Які є докази пов'язаності біосфери Землі з оточуючим космічним середовищем?