Термин «биосфера» (от греч. bios – жизнь, sрhаiгe – шар) предложен австрийским геологом Э. Зюссом (1875). По его определению, биосфера – среда обитания живых организмов, или сфера, занятая жизнью.
Учение о биосфере разработано В. И. Вернадским (1926). Биосфера представляет собой область существования живого вещества. Живое вещество – «функция биосферы», биосфера – результат развития живого вещества. В.И.Вернадский впервые отметил активную преобразующую деятельность древних и современных организмов в изменении «лика Земли».
Живое вещество, используя солнечную энергию, вовлекает минеральные элементы Земли в непрерывный круговорот, изменяя физическую среду. Появившиеся зеленые растения ассимилировали углерод, входящий в состав атмосферы, и азот аммиака, а место этих элементов частично занял кислород, высвобождающийся при фотосинтезе. С появлением живых организмов, в особенности лишайников и зеленых растений, стала резко преобразовываться верхняя часть литосферы, постепенно превращаясь в биокосный компонент биосферы – почву. Процесс почвообразования происходит благодаря избирательной поглотительной способности растений. Их корни, проникая в горную породу, извлекают из нее фосфор, калий, кальций, магний, серу и другие химические элементы не в тех соотношениях, в которых они содержатся в породе и почве, а в соответствии с биологическими особенностями растений. После отмирания растений их остатки разлагаются микроорганизмами, превращаясь в гумус, или минерализуются и становятся доступными для новых поколений растений. В результате горная порода приобретает своеобразное рыхлое строение, определенные состав и свойства, что связано в основном с биологической аккумуляцией в верхнем слое элементов питания растений. Процессы воздействия живых организмов на физическую среду имеют глобальные масштабы. В.И. Вернадский развил учение о космической роли жизни в истории Земли, увидел в биосфере согласованный космический механизм. Изучать отдельные части этого механизма нужно в тесной связи с представлением о нем как о едином целом. Фактически это «природная лаборатория», в которой господствуют различные «трансформаторы», переводящие космические излучения в действенную земную энергию – тепловую, электрическую, химическую и др. Совокупная деятельность живого вещества проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба, т.е. порождает всеобщий планетарный процесс – миграцию химических элементов в биосфере, движение земных атомов.
Биосфера – это исторически сложившаяся, многокомпонентная, планетарная, саморегулирующаяся система живого вещества. Состав, структура и энергетика ее обусловлены прошлой (в течение геологического времени) и настоящей деятельностью живых организмов. В биосфере осуществляется обмен веществом и энергией между атмосферой, литосферой и гидросферой. Жизнь создает в окружающей среде условия, благоприятные для своего существования.
Учение о биосфере – общая концептуальная основа всех биосферных наук, в состав которых входят генетическое почвоведение В.В. Докучаева, биогеоценология В.Н. Сукачева, геохимия ландшафтов Б.Б. Полынова, биогеохимия В.И. Вернадского, гелиобиология и магнитобиология А.Л. Чижевского, радиационная биогеоценология Н.В. Тимофеева-Ресовского, учение о мировых центрах происхождения культурных растений Н.И. Вавилова и др. В основе этих учений лежит взаимосвязанность физического и биологического миров. Структурное подразделение биосферного класса наук отражает существующую структурную организованность биосферы и ее систем.
Вещество биосферы, по В.И. Вернадскому, состоит из нескольких существенно разнородных компонентов или частей:
- совокупность живых организмов, живого вещества, рассеянного в миллиардах особей, обладающих колоссальной энергией и представляющих нечто единое, связанное с окружающей средой биогенным током атомов – дыханием, питанием, размножением;
- биогенное вещество, обязанное своим происхождением живым организмам (например, осадочные породы органического происхождения, каменный уголь, нефть, битум и др.);
- косное вещество, образуемое процессами, в которых жизнь не участвует (например, твердые, жидкие и газообразные соединения, из которых только твердые в географической оболочке не являются носителями свободной энергии);
- биокосное вещество, создаваемое живыми организмами и косными процессами (например, воды биосферы, почвы, приземная часть атмосферы; в них проявляется геохимическая энергия живого вещества);
- радиоактивные дисперсно-рассеянные вещества;
- рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из живого вещества в результате воздействия космических частиц;
- вещества космического происхождения – отдельные атомы и молекулы солнечного происхождения или приходящие из мирового пространства, а также космическая пыль, метеориты, попадающие в биосферу.
Все формы вещества находятся в активной взаимосвязи. Везде в биосфере встречаются живое вещество или же результаты его биохимической деятельности. Географическая оболочка Земли – это как бы постоянно действующий механизм, обусловленный главным образом жизнедеятельностью организмов и связанный с характером составляющих его атомов. По В.И.Вернадскому, работа превращения живыми организмами энергии из солнечной в земную, химическую подчиняется неизменным математическим закономерностям.
Пределы биосферы – наибольшая высота и наибольшая глубина распространения живого вещества. Ее верхняя граница охватывает тропосферу (нижний слой атмосферы) толщиной от 8...10 км над полюсами и 10…12 км над умеренными широтами до 16…18 км на экваторе. В тропосфере сосредоточены около 80 % атмосферы и весь водяной пар. В этой оболочке происходят в основном метеорологические процессы и сосредоточена вся наземная жизнь. Частично сфера жизни заходит в статосферу, в которой на высоте пример25…30 км существует озоновый экран, защищающий все живое от коротковолнового (ультрафиолетового) излучения Солнца. Нижней границей биосферы являются верхние слои литосферы (в среднем до глубины З...4 км). Существование активной жизни (эубиосферы) ограничено температурой 100оС. Гидросфера охвачена жизнью по всей своей толще. Однако нижний предел существования жизни под океаном опускается до 1 км в глубь его от дна. Наибольшая глубина Мирового океана 11 022 м (Марианский желоб в Тихом океане к северу от острова Новая Гвинея).
Область же распространения прочной оседлости живых организмов намного меньше. Верхняя граница ее – высота самых высоких деревьев. Нижняя граница в гидросфере ограничивается глубиной проникновения солнечных лучей в толщу воды (80...100 м в тропиках и на экваторе, 15...20 м в северных широтах), так как водные животные зависят от фитопланктона (мельчайших организмов растительного происхождения), составляющего основу пищевой цепи. В литосфере живые организмы сосредоточены в самых верхних рыхлых слоях мощностью 1…2 м, вернее, в почвах, особенно в гумусовых горизонтах, лесной подстилке. Таким образом, по сравнению с общей протяженностью биосферы по вертикали (не менее 30 км) толщина такой «пленки жизни» весьма незначительна – не более 300 м. Ее называют географической оболочкой или ландшафтной сферой.
Человеческое общество, особенно в век научно-технического прогресса, превратилось в мощную силу, которая целенаправленно меняет окружающую среду, в том числе и околоземное космическое пространство. Человек в процессе труда существенно преобразует биосферу как среду своего обитания, биосфера переходит в качественно новую стадию – становится техносферой, или ноосферой (от греч. noos – разум).
Впервые термин «ноосфера» предложен Э. Леруа и Тельяром де Шарденом (1927). Эти ученые трактовали понятие ноосферы мистически, как некую совокупность «элементов мысли», облегающую нашу планету наподобие оболочки, или ступень развития сознания, не учитывая преобразующую силу деятельности человека. С позиций В.И. Вернадского, ноосфера – новая фаза эволюции биосферы, этап разумного регулирования взаимоотношений человека и природы. Человек внес в биосферу разум, труд, науку. В.И. Вернадский осветил проблему единства природы и общества с позиции практического реализма, вскрыв элементы гармонии и дисгармонии в зависимости от деятельности человека. Гармоничное развитие (без срывов, деформаций, катастроф) возможно лишь на основе научного подхода.
Человек пронизывает биосферу, реорганизует ее, усложняет и тем самым преобразует в ноосферу, представляющую собой единую систему человечество – производство – природа. Разумная деятельность человека – главнейший фактор развития биосферы Процесс преобразования биосферы в ноосферу будет сопровождать всю историю человечества, так как биогеохимическое содержание жизнедеятельности человека – объективная закономерность.
Биосфера – особая геологическая земная оболочка, не только охваченная жизнью, но и ею организованная, так как возникла в геохимической среде Земли. Ноосфера – биосфера, преобразующаяся под воздействием человека, изменяющего внешний облик Земли, ее геохимию (перераспределение химических элементов). В результате активной деятельности человека возник своеобразный тип миграции химических элементов – техногенный. Процессы, связанные с ним, называют техногенезом. Они подчиняются не природным факторам, а социально-экономическим законам.
Ноосфера отличается от биосферы большим объемом и разнообразием информации. В ноосфере используется и расходуется энергия, накопленная биосферой.
