Устойчивость и равновесие биосферы

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы является круговорот веществ и превращение энергии. Он слагается из многих процессов превращения и перемещения веществ. Отдельные циклические процессы представляют последовательный ряд изменений веществ, чередующихся с временным состоянием равновесия. Как только вещество вышло из системы, в которой оно находилось в равновесии, происходит его последовательное изменение до тех пор, пока оно не возвращается к частично первоначальному состоянию. Хорошо известны в настоящее время энергетический круговорот, основанный на использовании солнечной энергии в процессе фотосинтеза и аккумуляции в горных породах; водный круговорот, основанный на циркуляции воды в земной коре и биосфере; газовый круговорот, обеспечивающий движение различных газов в земной коре и биосфере, их участие в образовании разнообразных химических соединений. До появления жизни на Земле в круговороте веществ участвовали только абиотические факторы. С момента появления жизни на Земле к абиотическим факторам прибавились биотические.

Живое вещество находится в состоянии постоянного обмена веществом и энергией с геохимической средой. Оно ежегодно поглощает и ассимилирует огромное количество химических элементов и выделяет в окружающую среду новые, образующиеся в организмах соединения. В результате, почти каждый химический элемент в той или иной форме проходит биологический цикл превращений.

Формирование наружных оболочек Земли, толщи известняков, значительной части железных руд, нефти - все это результат деятельности живого вещества. “Можно проследить во всей биосфере таким образом, подчеркивает В. И. Вернадский, порожденное жизнью движение молекул; оно охватывает собой всю стратосферу, всю oбласть океанов, живую природу суши. Можно уловить его проявления в свободной атмосфере — в стратосфере и дальше до самой крайней границы планеты. Мы можем доказать его влияние далеко за пределами области жизни в глубоких слоях Земли, в совершенно для него чуждых областях метаморфизма”. Огромная геохимическая роль живого вещества объясняется тем, что элементы находятся в нем в более энергетическом состоянии (обусловленном аккумуляцией солнечной энергии), чем в косном веществе.

Особенно велика роль микроорганизмов, они до конца разрушают органические остатки и превращающие их в конечные продукты разрушения (минеральные соли, диоксид углерода, простейшие органические вещества и т. д.), используемые в дальнейшем для фотосинтеза новых органических веществ. С освоением жизнью еще не использованных материальных источников внешней среды связана поступательная эволюция биосферы, ее усложнение и прогресс.

Средний элементный состав живого вещества отличается, прежде всего, высоким содержанием углерода (18%). По содержанию других элементов организмы также не повторяют состава среды, а избирательно поглощают из нее химические элементы, которые соответствуют эволюционно сложившемуся обмену веществ той или иной группы организмов. Концентрация отдельных элементов в организмах может быть очень значительной. Суммарный эффект деятельности таких организмов в течение миллиардов лет трудно переоценить.

Работами В. И. Вернадского и его последователями (Д. В. Соколов, А. П. Виноградов и др.) установлен средний химический состав живого вещества. Оказалось, что в организмах преобладают легкие химические элементы: Н, С, N, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, К, Са. Из тяжелых элементов встречается Fe. Перечисленные химические элементы в живых организмах образуют соединения, которые, как правило, не встречаются вне живого вещества. Особая роль в деятельности организмов принадлежит радиоактивным элементам.

Современная биосфера - результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. В ее эволюции принимает участие и человек. Если в начальный период своего развития воздействие человека на природу было незначительным, то по мере развития производительных сил общества оно все более возрастало и в настоящее время это воздействие по масштабам приближается к действию геологических процессов. Биосфера Земли, по определению В. И. Вернадского, становится ноосферой — сферой разума. Под понятием “ноосфера” он подразумевал материальную оболочку Земли, измененую в результате воздействия человека на природу. “Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого... Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете”. Человек, — подчеркивает далее В. И. Вернадский, — выступает в роли главной движущей силы природного процесса — “великой, геологической, быть может космической силы”. Таким образом, биосфера - это огромная и чрезвычайно сложная экосистема, находящаяся в постоянном режиме в результате взаимообусловленной регуляции всех составляющих ее частей и процессов.