Учение В. И. Вернадского о биосфере

2. Учение В. И. Вернадского о биосфере

По современным представлениям, биосфера — это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.  Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского (1863—1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в XX в.

Учение В. И. Вернадского  о биосфере — это целостное  фундаментальное учение, органично  связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально  новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает живое вещество (т. е. все живые организмы), биогенное  уголь, известняки, нефть и др.), косное (в его образовании живое не участвует, например магматические горные породы), биокосное (создается с помощью живых организмов), а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяние атомы. Все эти семь различных типов веществ геологически связаны между собой.

Сущность учения В. И. Вернадского  заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Суммарный результат  его деятельности за геологический  период времени огромен. По словам В. И. Вернадского, «на земной поверхности  нет химической силы более постоянно  действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем  живые организмы, взятые в целом». Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию  Солнца и создают бесконечное  разнообразие нашего мира.

Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадского является разработанное  им представление об организованности биосферы, которая проявляется в  согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости  организма и среды. «Организм, —  писал В. И. Вернадский, — имеет  дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена  и к нему» (В. И. Вернадский, 1934).

В. И. Вернадский обосновал  также важнейшие представления  о формах превращения вещества, путях  биогенной миграции атомов, т. е. миграции химических элементов при участии  живого вещества, накоплении химических элементов, о движущих факторах развития биосферы и др.

Важнейшей частью учения о  биосфере В. И. Вернадского являются представления о ее возникновении и развитии. Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов — цианобактерий и синезеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.

Параллельно развивались  и гетеротрофы, и прежде всего  — животные. Главными датами их развития являются выход на сушу и заселение материков (к началу третичного периода) и, наконец, появление человека.

В сжатом виде идеи В. И. Вернадского  об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась  литосфера — предвестник окружающей  среды, а затем после появления  жизни на суше — биосфера.

2. В течение всей геологической  истории Земли никогда не наблюдались  азойные геологические эпохи (т. е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы —  главный фактор миграции химических  элементов в земной коре, «по  крайней мере, 90% по весу массы  ее вещества в своих существенных  чертах обусловлено жизнью» (В.  И. Вернадский, 1934).

4. Грандиозный геологический  эффект деятельности организмов  обусловлен тем, что их количество  бесконечно велико и действуют  они практически в течение  бесконечно большого промежутка  времени.

5. Основным движущим фактором  развития процессов в биосфере  является биохимическая энергия  живого вещества.

Венцом творчества В. И. Вернадского  стало учение о ноосфере, т. е. сфере  разума.

В целом, учение о биосфере В. И. Вернадского заложило основы современных  представлений о взаимосвязи  и взаимодействии живой и неживой  природы. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни  оно служит естественнонаучной основой  рационального природопользования и охраны окружающей среды.

12. Закономерности  действия экологических факторов: законы Либиха и Шелфорда.

Существование и выносливость организма часто оказываются  чувствительными к двум или большему числу факторов окружающей среды. В  таких случаях решающее значение будет принадлежать такому фактору  или ресурсу, который имеется  в минимальном с точки зрения потребностей количестве. Эта идея легла в основу так называемого  закона минимума, сформулированного  немецким химиком Ю. Либихом (1840). Суть этого закона можно понять на таком  примере. Величина урожая определяется количеством в почве того из элементов  питания, потребность растения в  котором удовлетворена меньше всего, т.е. данный элемент находится в  минимальном количестве. Урожай будет  возрастать пропорционально вносимым дозам до тех пор, пока не окажется в минимуме другое вещество.

Выявление наиболее слабого  звена цепи очень важно в экологическом  прогнозировании, планировании и экспертизе проектов. Правило (закон) Либиха позволяет  рационально производить замену дефицитных веществ и воздействий  на менее дефицитные, что важно, например, в процессе эксплуатации природных  ресурсов, а также в сельском хозяйстве.

Из практике известно, что сам факт существования организма может определяться не минимальным значением, а наоборот, избытком любого из факторов. Впервые мысль об этом высказал американский ученый В. Шелфорд (1913); она легла в основу закона толерантности, который гласит, что лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Очевидно, что все экологические  факторы среды действуют на организм совместно. При этом оптимальная  зона предела выносливости организма  по отношению к какому-либо фактору  может смещаться в зависимости  от того, с какой силой и в  каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность носит название взаимодействия экологических  факторов. Так, например, в мороз  животные могут погибать при отсутствии пищи и относительно нормально себя чувствовать при ее достатке. Жару легче переносить в сухом, а не влажном воздухе. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании  с другими оказывает неодинаковые воздействия. Напротив, один и тот  же экологический результат может  быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить  путем либо увеличения влаги в  почве (полив), либо снижения температуры  воздуха, уменьшающего скорость испарения. Таким образом создается эффект частичного  взаимозамещения экологических факторов, или эффект компенсации.

22. Проблемы урбанизации.

Экологические проблемы городов  — главные проблемы урбанизации. Города дают 80% всех выбросов в атмосферу  и 3/4 общего объема всего загрязнения  окружающей среды.

Все города мира ежегодно “выбрасывают”  в окружающую среду до 3 млрд. тонн твердых отходов, свыше 500 м3 промышленных и бытовых стоков, около 1 млрд. тонн аэрозолей.

Особенно сильное воздействие  на окружающую среду оказывают большие  города и агломерации, их загрязняющее и тепловое воздействие прослеживается на расстоянии 50 км.

Кроме того, города изменяют естественные ландшафты. В них формируются  городские антропогенные ландшафты. Еще одной проблемой урбанизации является то, что этот процесс носит стихийный характер и трудноуправляем. “Городской взрыв” в развивающихся странах приводит к так называемой “трущобной урбанизации”, связанной с притоком малоимущего сельского населения в крупные города.

В развитых странах прилагаются  усилия по регулированию процесса урбанизации. Принимаются различные меры по охране и улучшению городской среды. Это проблема междисциплинарная, и ее решение требует участия различных специалистов.

Ложная урбанизация —  резкое увеличение доли городского населения  в развивающихся странах, при  котором в городах не происходит развития функций, характеризующих  мировой процесс урбанизации.

32. Гидроэнергетика.  Влияние на окружающую среду.

Гидроэнергетические объекты  оказывают существенное влияние  на окружающую природную среду. Это  влияние является локальным. Однако сооружение каскадов крупных водохранилищ, намечая переброска части стока  рек Сибири в Среднюю Азию и другие крупные водохозяйственные мероприятия могут изменить природные условия в региональном масштабе. При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации.

Первый период сравнительно кратковременный - несколько лет. В  это время в районе строительства  нарушается естественный ландшафт. В  связи с прокладкой дорог, постройкой промышленной базы и посёлка резко  повышается уровень шума. Вода, используемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими  примесями - частицами песка, глины  и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного  посёлка. Подъём уровня воды в верхнем  бьефе начинается обычно в период строительства. В результате производного при этом наполнении водохранилища  изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе.