Живое вещество в биосфере

Живое вещество в биосфере выполняет  такие планетарные функции:

 

 

1. Энергетическая  функция живого вещества заключается  в трансформации более 99% энергии,  поступающей на поверхность Земли, от Солнца. Преимущественно эта энергия идет на химические и физические процессы в гидросфере, литосфере и атмосфере. На Земле существует только один процесс, когда энергия Солнца связывается и запасается (иногда на довольно продолжительное время) в виде энергии органических соединений. Это фотосинтез. Сжигая уголь, мы используем солнечную энергию, которую запасли растения сотни миллионов лет назад. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, которые образовались в палеозое, мезозое и кайнозое.

 

2. Редуцентная  функция заключается в том,  что за счет жизнедеятельности огромного количества гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит работа по разложению органических остатков. Органические соединения разлагаются до углекислого газа, аммиака, воды, а в анаэробных условиях — еще и к водорода и углеводов. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Так осуществляется круговорот веществ в природе. Кроме того, в почве часть веществ ароматической природы, которые высвобождаются, под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, опять сконденсируется с образованием сложного комплекса соединений — почвенного гумуса. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой плодородия почвы.

 

3. Газовая  функция живого вещества связана с тем, что многие газов планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами жизнедеятельности живых существ. Так, кислород в атмосфере, на долю которого приходится 21%, выделяется в результате фотосинтеза зелеными растениями. Накопление кислорода в атмосфере началось еще с докембрия. До наступления палеозоя содержание его, по некоторым данным, не превышает 10% современного. Весь имеющийся свободный кислород в атмосфере оценивается в 1,6 • 1016 г, зеленые растения могут воспроизвести его за 10 000 лет (Н. М. Чернова, А. М. Билова, 1986). В верхних слоях тропосферы под действием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также является следствием деятельности живого вещества, которое, по выражению В. И. Вернадского, «словно сама создает себе сферу жизни».

 

Углекислый  газ является также продуктом  дыхания всех живых существ планеты. Современная атмосфера содержит 0,3% СО2. Содержание СО2 в атмосфере раннего периода развития жизни был значительно выше. В течение фанерозоя он менялся в достаточно широком диапазоне. В девоне в начале карбона, а также в Перми он превышал современный уровень в 6-10 раз, а начиная с середины мела неуклонно снижается.

 

Азот  может поступать в атмосферу  за счет процесса денитрификации (восстановление окислов азота до свободного азота). Этот процесс происходит под действием микроорганизмов в почвах за анаэробных условий.

 

К газам  органического происхождения принадлежит  также сероводород, метан и множество  других летучих соединений, созданных живым веществом. В течение одного дня 1 га ялинцевого леса может выделить в атмосферу до 30 кг летучих веществ — фитонцидов.

 

4. Окислительно-восстановительная  функция заключается в том,  что за счет жизнедеятельности  микроорганизмов в биосфере осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). К таким микроорганизмов относятся денитрифицирующие и сульфатредукуючи бактерии, которые восстанавливают из окисленных форм азот до металлов и серу из сероводорода. Микроорганизмы-окислители могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, которые окисляют сероводород и серу, нитро — и нитрофикуючи микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующих эти металлы в своих клетках.

 

Геологические последствия деятельности этих организмов оказываются в образовании осадочных  месторождений серы, образовании  в анаэробных условиях залежей сульфидов, металлов, а в аэробных условиях — в возникновении железных и железомарганцевых руд.

 

5. Концентрационная  функция заключается в том,  что многочисленные организмы  наделены способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на кое слишком ничтожен содержание их в окружающей среде. Организмы могут концентрировать в себе кальций, кремний, натрий, аммоний, йод и т.д. Отмирая, они образуют сочетание этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы, фосфориты, осадочная железная руда и др. Многие из них человек использует как полезные ископаемые.

 

В целом  биосфера похожа на большой, гигантский организм, в котором автоматически  поддерживается гомеостаз и существуют различные связи: энергетические, химические, трофические, информационные.

 

В. И. Вернадский разрабатывал также учение и о ноосфере. Сам термин «ноосфера» (noos — ум, Sphaira — шар, то есть сфера, в которой действует разум) был предложен двумя французскими учеными С. Леруа и Тейяра де Шардена. По Вернадскому, ноосфера — это такой этап развития биосферы, когда умственная деятельность человека станет главным, ведущим фактором в биосфере. Следует отметить, что В.И. Вернадский рассматривал ноосферу как будущее состояние биосферы. На его взгляд, цивилизация еще очень далека от такого состояния.

 

В своей книге «Несколько слов о ноосфере» он в 1944 году определил несколько общих условий, необходимых для создания или перехода к ноосфере:

Общество  должно быть единым в информационном и экономическом отношениях.

Ноосфера  — явление всепланетное, то есть общество должно прийти к равенству рас и народов.

Ноосфера  не может быть создана, пока не прекратятся  войны между народами.

 

 

Основные экологические законы

 

 

Задачей экологии являются поиск законов  функционирования и развития этой отрасли  объективной реальности. Исторически первым для экологии есть закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, которые ограничивают их развитие (так называемых лимитирующих факторов).

Закон минимума. В 1840 году Ю. Либих установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах, а теми, которых нужно немного, однако их мало в почве. Он сформулировал закон, по которому "веществом, что есть в минимуме, регулируется урожай и определяется величина и его устойчивость во времени". Действие этого закона ограничивают два принципа. Согласно первым закон Либиха применяется только в условиях стационарного состояния. Его более точную формулировку: "При стационарном состоянии лимитирующей будет и вещество, доступна количество которой наиболее близка к необходимому минимуму*'. Второй принцип касается взаимодействия факторов. Высокая концентрация и доступность определенного вещества может изменить потребления минимальной питательного вещества. Организм тогда заменяет одну, дефицитную, вещество другой, что есть в избытке.

 

Другое  толкование упомянутого закона: устойчивость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Если  количество и качество экологических  факторов близкие до минимума, необходимого для организма, он выживает, если меньше этот минимум, организм гибнет, экосистема разрушается.

 

Следующий закон обобщает закон минимума.

 

Закон толерантности (закон Шелфорда): отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепло, свет, вода и т.д.). Этот закон может быть выражено другими словами: лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

 

В соответствии с этим законом любой избыток  вещества или энергии в экосистеме становится ее врагом, загрязнителем. Слишком много хорошего - тоже плохо. Диапазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально функционирует и реагирует на воздействие среды.

Закон конкурентного исключения формулируется  таким образом: два вида, которые  занимают одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте бесконечно долго. То, какой из видов побеждает, зависит от внешних условий. При этих условиях победить может каждый. Важным для победы обстоятельством является скорость роста популяции. Неспособность вида к биотической конкуренции приводит к его вытеснения и необходимости приспособления к более сложных условий и факторов.

Этот  закон может работать и в человеческом обществе. Особенностью его действия является то, что в наше время  цивилизации не могут разойтись. В биосфере нет места для расселения и нет избытка ресурсов, что обостряет конкурентную борьбу. Можно говорить о экологическое соперничество между странами и даже о экологические войны или войны, обусловленные экологическими причинами. В свое время Гитлер оправдывал агрессивную политику нацистской Германии борьбой за жизненное пространство. Ресурсы нефти, угля и тогда были очень важными. Еще больший вес они имеют в конце XX столетия, когда добавилась необходимость территории для захоронения радиоактивных и других отходов. Войны - горячие и холодные - приобретают экологического характера. Много событий, в том числе распада СССР, воспринимаются иначе, если на них взглянуть с экологических позиций. Здесь переплетаются политические, социальные и экологические проблемы.

Закон биогенной миграции атомов (закон В.И. Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется под преобладающим влиянием живого вещества, организмов.

Живое вещество или участвует в биохимических  процессах непосредственно, или  создает соответствующее, обогащенный кислородом, углекислым газом, водородом, азотом, фосфором и другими веществами, среда. Понимание всех химических процессов, происходящих в геосферах, невозможно без учета действия биогенных факторов, в частности - эволюционных. Люди влияют на состояние биосферы, меняют ее физический и химический состав, сбалансированной веками биогенной миграции атомов. В будущем это приведет к очень негативные изменения, которые уже сейчас приобретают способности саморазвиваться и становятся глобальными, неуправляемыми (спустелювання, деградация почв, вымирание тысяч видов организмов).

Закон внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии очень тесно связаны между собой, поэтому изменение одного из показателей неизбежно приводит к функционально-структурных изменений других, но при этом сохраняются общие качества системы-речовинно-энергетические, информационные и динамические.

Последствия действия этого закона проявляются в том, что после любых изменений элементов природной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости природных процессов и т.д.) обязательно развиваются цепные реакции, которые пытаются нейтрализовать эти изменения. Даже незначительное изменение одного показателя может повлечь большие отклонения в других и во всей экосистеме.

Изменения в крупных экосистемах могут  иметь необратимый характер, а  любые локальные преобразования природы вызывают в биосфере планеты реакции-ответы, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное рост эколого-экономического потенциала ограниченное термодинамічною устойчивостью природных систем. Закон гласит, что в случае незначительных вмешательств в природную среду его экосистемы способны саморегулироваться и восстанавливаться, а когда эти вмешательства превышают определенные границы и уже не могут угаснуть в цепи иерархии экосистем, они приводят к значительным нарушениям энерго - и біобалансу на значительных территориях и во всей биосфере.

Закон генетического разнообразия: все живое генетически разное и имеет тенденцию к увеличению биологического разнообразия.

Закон имеет важное значение в природопользовании, особенно в сфере биотехнологии, когда не всегда можно предвидеть результат нововведений во время выращивания новых микро-культур через возникающие мутации или распространение действия новых биопрепаратов на те виды организмов, на которые они рассчитывались.

 

Закон исторической необратимости: развитие биосферы и человечества как целого не может происходить от более поздних фаз в начальных, общий процесс развития одпонаправлений.

 

Закон константности (сформулированный В.И. Вернадским): количество живого вещества биосферы, созданной за определенный геологическое время, является величиной постоянной.

 

Этот  закон тесно связан с законом  внутреннего динамического равновесия. По закону константності любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неизбежно приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком. Следствием этого закона является правило обязательного заполнения экологических ниш.

Закон корреляции (сформулированный Же. Кюв'є): в организме как целостной системе все его части соответствуют друг другу как по строению, так и по функциям.

Изменение одной части неизбежно вызывает изменения в других.

Закон максимізаціі энергии (сформулирован  Г. и Ю. Одумами и дополнен М. Реймерсом): в конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая больше всего способствует притоку энергии и информации и использует максимальное их количество наиболее эффективно.