Вступ.

1. Характеристика і склад біосфери.

У буквальному перекладі термін “біосфера” означає сферу життя й у такому змісті він уперше був введений у науку в 1875 р. австрійським геологом і палеонтологом Едуардом Зюсом (1831 – 1914). Однак задовго до цього під іншими назвами, зокрема "простір життя", "картина природи", "живаючи оболонка Землі" і т.п., його зміст розглядався багатьма іншими натуралістами.

Спочатку під усіма цими термінами малася на увазі тільки сукупність живих організмів, що живуть на нашій планеті, хоча іноді і вказувався їхній зв'язок з географічними, геологічними і космічними процесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живої природи від сил і речовин неорганічної природи. Навіть автор самого терміна "біосфера" Э.Зюсс у своїй книзі "Лик Землі", опублікованої майже тридцять років після введення терміна (1909 р.), не зауважував зворотного впливу біосфери і визначав її як "сукупність організмів, обмежену в просторі і в часі й на поверхні Землі".

Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живих організмів в утворенні земної кори, був Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Він підкреслював, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі й утворюючі його кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.

Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку з розвитком ботаніки, ґрунтознавства, географії рослин і інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знання, що стали необхідними для розуміння біосфери в цілому, виявилися зв'язаними з виникненням екології, науки, що вивчає взаємини організмів і навколишнього середовища. Біосфера є визначеною природною системою, а її існування в першу чергу виражається в круговороті енергії і речовин при участі живих організмів.

Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологом Пфефером (1845 – 1920) трьох способів харчування живих організмів:

автотрофне – побудова організму за рахунок використання речовин неорганічної природи;

гетеротрофне – будівля організму за рахунок використання низькомолекулярних органічних сполук;

Біосфера (у сучасному розумінні) – своєрідна оболонка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.

Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери.

Атмосфера – найбільш легка оболонка Землі, що граничить з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом.

Атмосфера має кілька шарів:

тропосфера – нижній шар, що примикає до поверхні Землі (висота 9–17 км). У ньому близько 80% газового складу атмосфери і уся водяна пара;

стратосфера;

ноносфера – там “жива речовина” відсутня.

Переважні елементи хімічного складу атмосфери: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Гідросфера – водяна оболонка Землі. У наслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр/л розчинних речовин.

Переважні елементи хімічного складу гідросфери: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про тім, наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів, що живуть у ній. У цьому відношенні ведуча роль належить N, P, Si, що засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану.

Літосфера – зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі Мохоровичича. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральної (неорганічної), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази.

Переважні елементи хімічного складу літосфери: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою і неживою природою, про зворотний вплив живих організмів і їхніх систем на навколишні їх фізичні, хімічні і геологічні фактори усе наполегливіше проникала у свідомість вчених і знаходила реалізацію в їхніх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли і зміни, що відбулися в загальному підході натуралістів до вивчення природи. Вони усе більше переконувалися в тім, що відособлене дослідження явищ і процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тому на рубежі ХІХ – ХХ ст. у науку усе ширше проникають ідеї цілісного, підходу до вивчення природи, що у наш час сформувалися в системний метод її вивчення.

Результати такого підходу негайно позначилися при дослідженні загальних проблем впливу біотичних, чи живих, факторів на абіотичні, чи фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і усі вони свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою і неживою природою, у результаті якої жива речовина значною мірою змінює лик нашої Землі. Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з однієї сторони залежить, а з іншого боку – сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає задача – конкретно досліджувати, яким образом і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні і геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне і глибоке представлення про концепцію біосфери. Таку задачу саме і поставив перед собою видатний російський учений Володимир Іванович Вернадський (1863 – 1945).

2. В. І. Вернадський про біосферу і “живій речовині”.

Центральним у цій концепції є поняття про живу речовину, що В. І. Вернадський визначає як сукупність живих організмів. Крім рослин і тварин, В. І. Вернадський включає сюди і людство, вплив якого на геохімічні процеси відрізняється від впливу інших живих істот, по-перше, своєю інтенсивністю, що збільшується з ходом геологічного часу; по-друге, тим впливом, яке діяльність людей робить на іншу живу речовину.

Цей вплив позначається насамперед у створенні численних нових видів культурних рослин і домашніх тварин. Такі види не існували раніш і без допомоги людини або гинуть, або перетворюються в дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботу живої речовини в нерозривному зв'язку тварини, рослинного царства і культурного людства як роботу єдиного цілого.

На думку В.І.Вернадського, у минулому не додавали значення двом важливим факторам, що характеризують живі тіла і продукти їхньої життєдіяльності:

відкриттю Пастера про перевагу оптично активних з'єднань, зв'язаних з дисиметричністтю просторової структури молекул, як відмінної риси живих тіл;

явно недооцінювався внесок живих організмів в енергетику біосфери і їхній вплив на неживі тіла. Адже до складу біосфери входить не тільки жива речовина, але і різноманітні неживі тіла, що В. І. Вернадський називає відсталими (атмосфера, гірські породи, мінерали і т.д.), а також і біокосні тіла, утворені з різнорідних живих і відсталих тіл (ґрунти, поверхневі води і т.п.). Хоча жива речовина по обсязі і вазі складає незначну частину біосфери, але воно відіграє основну роль у геологічних процесах, зв'язаних зі зміною вигляду нашої планети.

Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери, остільки можна затверджувати, що воно може існувати і розвиватися тільки в рамках цілісної системи біосфери. Не випадково тому В. І. Вернадський вважає, що живі організми є функцією біосфери і найтіснішим образом матеріально й енергетично з нею зв'язані, є величезною геологічною силою, її визначальної.[1]

Вихідною основою існування біосфери і біогеохімічних процесів, що відбуваються в ній, є астрономічне положення нашої планети й у першу чергу її відстань від Сонця і нахил земної осі до екліптики, чи до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає в основному клімат на планеті, а останній у свою чергу – життєві цикли всіх існуючих на ній організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери і регулятором усіх геологічних, хімічних і біологічних процесів на нашій планеті. Цю її роль образно виразив один з авторів закону збереження і перетворення енергії Юліус Майер (1814 – 1878), що відзначив, що життя є створення сонячного променя.

Вирішальне відмінність живої речовини від відсталого полягає в наступному:

зміни і процеси в живій речовині відбуваються значно швидше, ніж у відсталих тілах. Тому для характеристики змін у живій речовині використовується поняття історичного, а у відсталих тілах – геологічного часу. Для порівняння відзначимо, що секунда геологічного часу відповідає приблизно ста тисячам років історичного;

у ході геологічного часу зростають міць живої речовини і його вплив на відсталу речовину біосфери. Це вплив, указує В.І. Вернадський, виявляється насамперед "у безупинному біогенному струмі атомів з живої речовини у відсталу речовину біосфери і назад";