Основные свойства биосферы

2. Основные свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры.

Важнейшей чертой биосферы является ее постоянный материально-энергетический обмен с космосом и существование исключительно в ее пределах живого вещества. Последнее обстоятельство имеет особое, огромное по своей важности значение. Благодаря живому веществу структура биосферы представляет собой подвижное динамическое равновесие – «организованность».

Биогеохимические функции биосферы многообразны, но это многообразие имеет единую сущность: в своем глобальном космическом проявлении «сфера жизни» выступает как гигантский аккумулятор и уникальный трансформатор лучистой энергии Солнца. Благодаря биосфере – приемнику космического излучения на всей нашей планете – осуществляется активная связь Земли с космосом. Если бы на Земле не было жизни, не было биосферы, работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности планеты и временному их нагреванию. Солнечная энергия не совершила бы на Земле созидательной деятельности, т.к. она не могла бы не удержаться на ней, не преобразоваться в необходимую для этого форму.

 Благодаря геохимической работе живого вещества и прежде всего зеленых хлорофилловых растений, осуществляющих процесс фотосинтеза, соединения атомов в биосфере отличаются особой сложностью строения и большими запасами заключенной в них энергии. Явление фотосинтеза было открыто задолго до В.И. Вернадского. Однако исследователи фотосинтеза обращали, прежде всего, внимание лишь на собственно-биологическую сторону процесса, на самоподдержание жизни путем улавливания излучений. Вернадский же показал, что роль фотосинтеза еще более велика: благодаря ему меняется весь облик Земли. Преобразуя космическую (главным образом солнечную) энергию в свободную земную (химическую, механическую, тепловую, электрическую и пр.), живое вещество постоянно нарушает то относительное химическое спокойствие, которое присуще поверхности планеты самой по себе.

Улавливание солнечного излучения осуществляется только растительным миром. Но в удержании и в преобразовании энергии Солнца принимает участие все живое вещество планеты. Количество солнечной энергии, аккумулируемой живым веществом, колоссально. По расчетам Вернадского, на Земле ежегодно аккумулируется растениями около 10¹⁹ больших калорий энергии.

Поглощая постоянно из окружающей среды высококачественную энергию (зеленые растения – непосредственно в форме квантов солнечного света, другие организмы – в форме приготовленного растениями органического материала), живые существа накапливают ее, в результате чего количество энергии в биосфере повышается. Живое вещество постоянно извлекает из космоса отрицательную энтропию. Энтропия окружающей среды понижается, и организованность ее возрастает, и это возрастание идет неуклонно с ходом геологического времени.

«Организованность» биосферы, тесно связанная с пониженным значением ее энтропии, наиболее ярко проявляется во взаимной приспособляемости организма и среды, их взаимосогласованности и взаимовлиянии. Первая сторона такого взаимодействия – зависимость организма от среды – была полно раскрыта от Ламарка до Мичурина. Но обратное явление – отражение жизни на среде – почти не привлекало внимание до В.И.Вернадского. Указывая, что связь живого и неживого в биосфере является взаимной, ученый писал: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему». Конечно, здесь имеется ввиду не отдельный организм, а совокупность проявления больших комплексов живых существ или даже все живое вещество планеты.

Биосфера – не только «организованность». Она – своеобразный «механизм», в котором связь и соотношение между живым и неживым веществом подчиняется точным, строго математическим закономерностям. Точное количественное выражение в явлениях жизни становятся возможными только тогда, когда от рассмотрения отдельных особей мы переходим к целым биоценозам, а затем и ко всему живому веществу планеты. Улавливая и перерабатывая космическую – прежде всего солнечную – энергию, живое вещество переносит эту энергию по земной поверхности, а также с вешней в глубинные оболочки планеты. Геохимически эта работа жизни осуществляется благодаря размножению организмов. Материально-энергетический «напор жизни» на среду подобен напору газа: живое вещество преодолевает сопротивление среды, стремится занять максимальный объем, распространиться на всю свободную территорию. Размножение – главный и основной вид того метаболического «вихря» атомов, благодаря которому не прекращается материально-энергетическая связь между организмом и средой, и в которой ярче всего проявляется геохимическая энергия жизни.

Постоянство темпа размножения живого вещества обусловило большую устойчивость всех химических реакций земной коры. Изменение этой устойчивости «означало бы нарушение всех веками установившихся циклов химических превращений в земном шаре». Среднее количество особей, появляющееся в биосфере благодаря размножению в единицах времени, является мерой геохимической энергии живого вещества или мерой производимой им работы. У различных биологических видов количество присущей им энергии различно и является, отмечал В.И. Вернадский, важнейшим видовым признаком.

Неразрывная связь планеты и организма имеет, таким образом, не только качественную, но и количественную сторону. Взятые в целом, в масштабе планеты, явления жизни, указывал Вернадский, построены на мере и числе. Размер планеты, ее геологические параметры и константы обуславливают вес, количество, размер потомства, быстроту его воспроизведения. «Планета и организм, - заключает ученый,- неразрывно численно связанны. Число должно также охватить область живого на нашей планете, как оно охватывает область больших явлений космоса».

Важное свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого – углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные связи и создавать огромное количество органических соединений.

Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие – важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные среды жизни; и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличии регионов, различающихся по химическому составу; и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.