Биосфероведение

Можно ли хотя бы на миг вообразить ужасное – у Земли нет биосферы? Это невозможно! Невозможно представить нашу Землю голой, каменистой, бесплодной. Без океанов, без лесов, без рек, без облаков. С марсианской поверхностью. Всё это, как и почва, и полезные ископаемые, и климат, создавалось благодаря гигантской работе биосферы. Она работала «не покладая рук» миллиарды лет – и вот мы имеем всё это богатство земного мира, разнообразие и красоту животных, растений, минералов, ландшафтов. И человека.

Биосфера – сложнейший организм планеты. Она включает в себя не одну, а целую систему различных оболочек Земли и соединяет эту многослойность своим особым способом. Она вовлекла их в своё «хозяйство», сделала их своим жизненным пространством, своими пределами, «приручила» их. И они уже и впредь «служат» ей верой и правдой. Биосфера подобна цветку, который венцом своим обращен к солнцу, а корнями ушел в глубинные пласты Земли.

Часто делают ошибку, считая биосферой совокупность всего живого на Земле. Но вы уже знакомы с биосферной парадигмой Вернадского-Фёдорова, и знаете, что это неправильно. В своих работах Вернадский показал, что биосфера – это планетарное геологическое образование (биогеологическое или биокосное тело), в котором в один крепкий узел завязаны живая природа и геологические явления; образование, где геологические слои Земли не только пронизаны, освоены жизнью, но и объединены ею в планетарное целое. По его представлениям Земля – не просто место, где приютилась жизнь, не «подставка» для жизни, а активная её участница, то есть такое космическое тело, которое своими свойствами отвечает появлению и развитию на ней жизни. Пуповиной, всем своим строем биосфера связана с Землей. Живое живёт не само по себе, а замкнуто на Землю, на всю планету, на её геологические процессы и системы. Можно сказать, что жизнь – явление не только биологическое, но и геологическое.

Далее мы увидим, что жизнь также явление космическое. Жизнь и планета Земля – два космических партнёра, вступившие в творческий союз. Они будто предназначены друг для друга! Причём, меньший партнёр – жизнь – несравненно творчески активнее. В.И. Вернадский по этому поводу писал: «Если количество живого вещества теряется перед косной и биокосной массами биосферы, то биогенные породы (то есть созданные живым веществом) составляют огромную часть её массы, идут далеко за пределы биосферы». Ламарк уже понимал, что живое вещество «являлось создателем главных горных пород нашей планеты».

Итак, мы будем изучать биосферу – этот особенный организм, который живёт единой с тобой жизнью, дышит одним с тобой дыханием; это удивительное всепланетное целое, которое красуется перед всей Вселенной под её звёздами. Но не только изучать. Такое чудо природы надо любить. И мы будем учиться любить и дружить с ней. Будем находить особый язык для общения с ней, для распознавания её характера, её загадок. И ни в коем случае не дробить, не крушить, не уничтожать её! Ведь биосфера жива лишь в своей целостности: пока цела – жива, а коль жива – цела.

О целостности биосферы

Целостность биосферы – одно из основных понятий биосферологии. Благодаря чему и как она создаётся?

Есть в нашем земном мире самое большое и важное целое – это сама планета Земля! Она-то и породила другие целостности. И в первую очередь – целостности живых организмов и самой биосферы. Да, Земля – сложное образование сродни организму. Она – не беспорядочное скопление пород и минералов, а сложное многослойное тело, имеющее ядро, мантию, кору (литосферу), гидросферу и атмосферу. Она генерирует геомагнитное и электромагнитное поля. Имеет плазменную корону.

Практически, со времени возникновения Земли на ней поддерживаются условия для существования жизни – и жизнь существует на ней на протяжении почти всей миллиардолетней её истории. И, как свидетельствует палеонтологическая летопись, ни разу не прервалась! Эта непрерывность жизни на Земле является её целостностью во времени.

Живое также в высшей степени целостно и в пространстве. Оно существует только в виде организмов: от дуба до вируса. А не в виде плазмы, живого океана или ещё как-либо. Отдельные организмы группируются в новые целостности, стаи, популяции, биоценозы, ландшафты. Вплоть до самых больших – геоэкосистем. Уж такова их природа – тяготеть к целому. Живое тяготеет к живому. Целостное тяготеет к целостному! Это закон природы. В этом путь к повышению организации.

Вот по этому закону одно целое – живое (как в каждом организме, так и во всей своей совокупности) – тяготеет к самому большому целому, к Земле! Попробуйте вообразить жизнь биосферы на метеоритах, на астероидах, на космической пыли – на этих осколках космических тел. Возможно ли такое, чтобы на этих раздробленных осколках образовались небольшие сферочки с замкнутым биологическим круговоротом, с полным жизнеобеспечением? Ведь солнце светит всем: живи себе в космосе. Но нет там этого.

Для жизни, для отдельных живых организмов необходимо большое целое, которое способно обеспечить условия их целостности. А не просто дать «жилплощадь». И вот Земля создаёт эти условия благодаря своей единой, неразорванной большой поверхности; благодаря богатству химических веществ, имеющихся в её теле; благодаря её теплу, оптимальному для жизни; благодаря её определенной массе, создающей гравитационное поле, способное удержать гидросферу и атмосферу; благодаря наличию океана на ней, находящегося в оптимальной территориальной пропорции с сушей; благодаря её магнитному полю, защищающему и поддерживающему живое; благодаря озоновому экрану; «удачному» расстоянию от Солнца, в силу чего она получает столько лучевой энергии, сколько надо для процветания жизни.

Земля поистине выполняет материнские обязанности, которые могут быть присущи только целостному высокоорганизованному образованию. Она взрастила живую материю от низших форм до нынешнего состояния подростковой разумности.

Таким образом, одно целое породило другое целое и обеспечило ему условия для жизни. Главное в биосфере – её целостность и неразрывная связь с Матерью-Землёй.

Но связь биосферы с Землей такова, что она предполагает столь же непреложно и фундаментально другую связь – с Космосом. Ибо замкнутость Земли особая – открытая Космосу. И всё живое по мере созревания всё более ощущает зависимость не только от Земли, но и от Космоса.

Космическая обусловленность биосферы

Космос очень тесно связан с биосферой и имеет для неё фундаментальное значение. Как в энергетическом отношении, так и в информационно-организационном.

Действует как ближний, так и дальний космос. Уже планеты Солнечной системы влияют на биосферу. И, прежде всего, спутник Земли – Луна. Лунные месячные циклы известны и животному, и растительному миру. Китайцы издревле сажают растения, сообразуясь с фазами Луны. Неспроста и год разбит на месяцы. Можно вспомнить лунно-солнечный календарь Ветхого Завета.

Однако самое большое значение для биосферы имеет наша родная звезда Солнце. Без мощного потока его лучевой энергии невозможно представить жизнь на Земле. Это энергетическая основа существования всей биосферы. Кроме того, Солнце оказывает и регулирующее действие на биосферу. Известно значение вспышек, выбросов (протуберанцев) и других явлений, циклически возникающих на Солнце.

Неотразимо могучее влияние на биосферу Земли Галактических ритмов, в том числе Галактического года. Действие потоков космических лучей и электромагнитных излучений, достигающих Земли из глубин нашей Галактики, давно замечено наукой. Воздействует на биосферу и более отдаленный космос. Чего только стоят загадочные вспышки сверхновых звёзд или энергия квазаров!

Много здесь неизвестного, много таинственного, но занавес приоткрыт: мы увидели, что Космос теснейшим образом связан с биосферой. Поэтому биосферологи, начиная с Вернадского и говорят, что биосфера открыта Космосу, чутко отзывается на его действие и передает это действие Земле. Биосферу можно уподобить чуткому космическому органу Земли, который в виде пленки квазижидкого кристалла на большом твёрдом кристалле Земли реагирует на любые импульсы Космоса.

Общий системный очерк биосферы

Мы уже знаем, что биосфера представляет собой системное целое. Посмотрим, как взаимодействуют основные системы биосферы, обеспечивая её целостность.

Биосферу не зря называют организмом: в организме всё взаимосвязано. И в самом деле, множество фактов убеждают нас, что системы биосферы закономерно связаны подобно тому, как в организме человека связаны кровеносная и нервная системы, гормональная и иммунная, и другие.

Вот несколько примеров единства биосферы. В эпоху наземных испытаний ядерного оружия европейцы заметили такое «правило»: всякий раз как на атоллах Тихого океана производят ядерный взрыв – через четыре месяца в молоке европейских женщин обнаруживается радиоактивный стронций. Ещё пример. В северном полушарии ядохимикатом ДДТ травили насекомых – через некоторое время в Антарктиде, в организме пингвинов обнаруживают значительные количества этого яда. Яд пингвины получили с рыбой, которой питаются. Или другое: в океане плавает нефть – и через какое-то время в атмосфере снижается количество кислорода.

Ещё пример. Биосфера, вбирая солнечную энергию, создаёт энергетическую структуру, которая находится в равновесном состоянии. Растительный покров биосферы способен существовать только при определённой температуре окружающей среды, создаваемой солнечной энергией. Только в условиях общего энергетического равновесия биосферы растения могут брать для фотосинтеза свою долю энергии (0,25 %) из общего «котла». В свою очередь, растения создают условия для поддержания общего энергетического равновесия биосферы. С помощью математического моделирования академик Н.Н. Моисеев показал, как может нарушиться это равновесие. Он определил, что если понизить температуру поверхности Земли на 3–4 градуса, то весь земной шар покроется льдом. А повышение температуры Земли на 4–5 градусов приведёт к необратимому процессу тотального плавления ледников планеты и к затоплению значительной части суши.

Посмотрим теперь, как единый организм биосферы действует на протяжении значительных геологических периодов. Чтобы лучше разобраться в жизнедеятельности этого организма, позволим себе представить биосферу в виде глобальной кибернетической системы. Не забывая однако, что это будет упрощённое схематическое изображение биосферы, которая, обладая свойствами кибернетической системы, ими не исчерпывается и к ним не сводится.

Биосфера имеет свойство поддерживать гомеостаз, то есть сохранять устойчивость и целостность. Для этого она имеет «устройства» регуляции и саморегуляции, которые помогли ей выжить на протяжении миллиардов лет, несмотря на катастрофы, случавшиеся на Земле.

Английский кибернетик Эшби установил фундаментальный принцип: всякая кибернетическая система тем устойчивее, чем выше сложность её организации, чем богаче она разнообразием своих элементов. Этот кибернетический закон как нельзя лучше применим и к биосфере, которая отличается исключительным разнообразием и сложностью своих подсистем.

И, прежде всего (и более всего) это относится к центральной подсистеме биосферы – биоте (то есть всему живому на Земле или «живому веществу» по-Вернадскому), которая, являясь самым сложным и самым активным звеном биосферы, постоянно стремится к повышению своей организации, к возрастанию сложности.

Биота или живое вещество – это тот центр, в котором сходятся все энергии, все силы, влияния и вещества, поступающие как от Земли, так и из Космоса. Именно живое вещество – та удивительная материя, которая всё это воспринимает, чутко улавливает – и строит биосферу, воздействуя на окружающее.

Биоту можно назвать регулирующим центром биосферы, поддерживающим её гомеостаз (устойчивость). Поэтому биосферу считают централизованной кибернетической системой. Но она вместе с тем – и открытая термодинамическая система. Получая на «входе» из Космоса солнечную энергию, вещество (метеориты, космическую пыль и тому подобное) и другие воздействия, из недр Земли – вещество, тепло и радиоактивную энергию, биосфера на «выходе» приводит в движение колоссальное количество атомов земного вещества, производя геологическую работу по изменению лика Земли, её внешних оболочек. Благодаря именно этой работе сохраняется состав атмосферы, солёность морей, преобразуются в почву горные породы, образуются новые минералы. Эту работу, эти биогеохимические процессы Вернадский называл «биогенной миграцией атомов». Не было бы действия живого вещества – не было бы этих изменений природы. В связи с этим он писал: «Биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами[4 - «Трансформаторы» здесь – преобразователи.], переводящими космические излучения в действенную земную энергию – электрическую, химическую, механическую, тепловую и так далее».

Производя геологическую работу, сама биота находится в «вечном» круговороте: остатки живых организмов разлагаются и затем снова входят в состав новых организмов. В круговороте находится как бы одно и тоже количество атомов. Но это не так: часть живого вещества выпадает из биотического круговорота, так как он частично разомкнут. Выпавшие из биотического круговорота остатки живого вещества «превращаются, теряя всякие следы жизни, в гранитную оболочку, выходят из биосферы. Гранитная оболочка Земли есть область былых биосфер». (Вернадский)

Та часть биологической энергии, которая после циркуляции и превращений в биологических структурах «отходит от дел», накапливается в земной коре в виде алюмосиликатов, которые названы «геохимическими аккумуляторами». (А.В. Лапо)

Теперь должен быть ясен смысл научных определений биосферы. Чтобы полнее выразить суть биосферы, дадим два определения. По В.Д. Малиновскому, биосфера – это глобальная открытая динамическая оболочечная система Земли со свойством саморегуляции (гомеостаза). Кибернетически централизованная система, в которой живое вещество играет роль ведущего центра в функционировании системы в целом.

Другое определение – по Лапо – более развёрнутое. Биосфера – это «пронизанная жизнью и сформированная ею наружная оболочка Земли, развитие которой определяется постоянным притоком космической (главным образом солнечной) энергии. Биосфера Земли характеризуется присутствием жидкой воды и широким развитием низкотемпературных реакций… Биосфера продуцирует наружу – газовую оболочку, вовнутрь планеты – оболочку осадочных пород („былые биосферы“, или „метабиосферу“)».

В завершение общей характеристики биосферы следует сказать, что только в её условиях мог появиться человек, носитель разума. Человек с помощью биосферы создал свою цивилизацию, подошёл вместе с биосферой в своём развитии к порогу новой стадии развития биосферы – к порогу ноосферы, сферы разума. Но об этом в третьем разделе книги.

Глава 3. О границах биосферы

О зарождении биосферы. Освоение жизнью трёх разнофазных оболочек Земли. Особая роль магнитосферы. Об областях и границах биосферы.

Приведём исходные «паспортные» данные биосферы. Родилась она на Земле, как установлено наукой – три с половиной миллиардов лет назад. Научная общественность не сомневается, что мать биосферы – Земля. А вот насчёт отца мнения расходятся. Правда, Вернадский и другие великие умы сходились на том, что биосфера, как и жизнь, имеет космическое происхождение.

Обстоятельства рождения тоже не прояснены: откуда и как появился генетический код? Почему живое использует только левовращающие основания и аминокислоты? И так далее. Но на одном Вернадский настаивал – биосфера появилась чуть ли не одновременно с жизнью на Земле, а именно: жизнь, едва сама зародившись, уже имела биосферный, экосистемный характер. То есть, при зарождении она уже существовала в виде первичных экосистем, представляющих собой сообщество разных организмов, состоящих из множества различных видов. Таким образом, Вернадский постулирует изначальный видовой полифилетизм в биосфере в отличие от дарвиновского монофилетизма. Современная наука всё более это подтверждает. Так Т. Чеховская пишет: «…палеонтологами было доказано многоствольное происхождение большинства хорошо изученных групп животных: рыб, пресмыкающихся, млекопитающих». Академик Б.С. Соколов констатирует: «В целом становится ясно, что эволюционное развитие шло не одним-единственным путём. Мы не знаем, как связать родственные стволы многих беспозвоночных: ниже границы кембрия сейчас опущены корешки целого ряда ветвей эволюционного дерева, и они не сходятся… И сойдутся ли вообще?!»[5 - Т. Чеховская. Р. Щербаков. Ошеломляющее разнообразие жизни. М. 1990. С. 81–82.]

А теперь приведём количественную характеристику биосферы. Современная биосфера (со всеми её геологическими слоями-оболочками) имеет массу около 0,05 % массы Земли. Объём – около 0,4 % объёма Земли. Масса живого вещества биосферы составляет 3·10

% – 5·10

% массы Земли или 0,7·10

% – 1,0·10

% массы биосферы.

Норвежский учёный В.М. Гольдшмидт привёл такое сравнение: «если литосферу представить в виде каменной чаши весом 13 фунтов, то гидросфера, заключённая в этой чаше, весила бы 1 фунт, атмосфера соответствовала бы весу медной монеты, а живое вещество, почтовой марки». (цитируется по А.И. Перельман)

Биосфера, охватывает три внешние, резко отличающиеся оболочки Земли: газообразную (атмосферу), жидкую (гидросферу) и твёрдую (литосферу). Живое любит разнообразие – вот оно и заселило все эти три разных фазы вещества, три разных оболочки Земли. Возможно, эта трёхфазность биосферы и была одним из тех необходимых важнейших условий, обусловивших появление жизни на Земле.

К этим трём оболочкам следует добавить ещё одну, особую – магнитосферу. Это не вещественная оболочка, а полевая. Правда, она содержит плазменное вещество, но об этом расскажем в соответствующей главе. Важно то, что эта оболочка пронизывает все три названные оболочки, всю биосферу, всю толщу земную вплоть до её ядра. Исходит из ядра и уходит в космическую окрестность Земли. Такие особенности магнитосферы как невещественность, всепроникаемость, взаимосвязь с электромагнетизмом космоса, делают её совершенно особенным, необходимым фактором для биосферы, главным для жизни. Фактором, вероятно обусловившим самые фундаментальные свойства живого, а именно – связанные с его пространственно-временной структурой и информатикой. В настоящее время наука установила, что живое не может существовать без геомагнитного поля, без магнитосферы.

Насколько полно и тесно биосфера связана с перечисленными оболочками? Здесь «пальму первенства» надо отдать гидросфере. Только гидросфера целиком, на всю свою толщу пронизана жизнью. Недаром замечено особое сродство воды к жизни. Вода будто бы специально создана для того, чтобы благодаря ей могла существовать жизнь. Другие оболочки охвачены жизнью лишь частично.