ВЕРНАДСКИЙ. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

МАТИЕНКО Е.В.

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОНЯТИЕ БИОСФЕРЫ

Понятие биосфера вошло в науку до некоторой степени случайно. Около ста лет назад, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин в последней главе своей небольшой книги о происхождении Альп. Однако эта концепция не сыграла заметной роли в развитии научной мысли до тех пор, пока в 1926 году не были опубликованы две лекции русского минералога Владимира Ивановича Вернадского. Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса. Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел французский натуралист Жан Батист Ламарк, в чьих работах можно обнаружить немало геохимических идей, пусть и архаично изложенных.

Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Однако такое определение порождает ряд вопросов и требует уточнений. Пропуская через фильтр воздух, взятый на больших высотах, можно найти в нем споры бактерий и грибов. Но этот «аэропланктон», очевидно, не имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой, имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной» областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или скафандре. Такие искусственные места обитания можно рассматривать как участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос. Что же характерно для биосферы как особой оболочки земного шара? Во-первых, это область, в которой имеется в значительных количествах жидкая вода. Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в-третьих, в биосфере имеются поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях.



ЖИВОЕ И КОСТНОЕ ВЕЩЕСТВО




Фундаментом научного мировоззрения В.И.Вернадского служит понятие живого вещества. В работе «Несколько слов о ноосфере» он пишет: «Стоя на эмпирической почве, я оставил в стороне, сколько был в состоянии, всякие философские искания и старался опираться только на точно установленные научные и эмпирические факты и обобщения, изредка допуская рабочие научные гипотезы. В связи со всем этим в явления жизни я ввёл вместо понятия «жизнь» понятие «живого вещества», сейчас, мне кажется, прочно утвердившееся в науке. "Живое вещество» есть совокупность живых организмов. Понятие «жизнь» всегда выходит за пределы понятия «живое вещество» в области философии, фольклора, религии, художественного творчества. Это всё отпало в живом веществе. Согласно представлениям Вернадского, живые организмы без пропусков заполняют всю поверхность планеты. Размножением, питанием и дыханием они создают определённое давление на среду, меняют течение всех химических реакций, участвуют в круговороте всех химических элементов. Они выполняют в биосфере строго определённые биогеохимические функции для поддержания жизни на Земле. Более подробно В.И.Вернадский определяет понятие живого вещества в работе «О коренном материально-энергетическом отличии живых и косных естественных тел биосферы». Он отмечает два различных подхода к изучению явлений жизни - биогеохимический подход, когда живого вещество рассматривается как математически выраженная совокупность средних живых организмов, и подход других биологических наук, где изучается главным образом отдельные усреднённые живые организмы. Кроме того, вводятся понятия однородного живого вещества (родовое, видовое и т.п.) и неоднородного живого вещества (лес, степь, биоценоз вообще), являющегося смесью однородных живых веществ. Наряду с живым веществом В.И.Вернадский вводит понятие косного вещества: «Материально-энергетическое вещество, строящее биосферу, резко неоднородно. Мы в нём с этой точки зрения должны различать главную массу вещества её, не входящую в живое вещество; вещество, которое я буду называть косным, не живым. Таким образом, косное вещество - горные породы, жидкие и газообразные тела, в совокупности с живым веществом образуют биосферу.

Между живым и косным веществом существует непрерывно идущая связь во время дыхания, питания, размножения живого вещества: миграция атомов из косных тел биосферы в живые и обратно. Кроме понятий живого и косного вещества В.И.Вернадский выдвигает понятия о живых природных (естественных) телах (например, растение, жук, и т.п.), косных телах (например, горная порода, кварц и т.п.) и биокосных телах (например, почва, озёрная вода и т.п.). Если понятия живого и косного тел природы В.И.Вернадский относит к бытовым, исторически понятным на основе «здравого смысла, то понятие биокосного тела, как он считает, нуждается в определении. «Биокосные естественные тела характерны для биосферы. Это закономерные структуры, состоящие из косных и живых тел одновременно (например, почвы), причём все их физико-химические свойства требуют - иногда чрезвычайно больших - поправок, если при их исследовании не учтено проявление находящегося в них живого вещества. В своей работе «Очерки геохимии» Вернадский пишет: «Живое вещество более или менее непрерывно распространено на земной поверхности, оно образует на ней тонкий, но сплошной покров, в котором концентрирована свободная химическая энергия, выработанная им из энергии Солнца. Этот слой есть земная оболочка, которую знаменитый австрийский геолог Э.Зюсс почти 60 лет назад назвал биосферой и которая представляет одну из самых характерных черт организованности нашей планеты. Только в ней сосредоточена та особая форма нахождения химических элементов, которую мы назвали живым веществом. В книге «Химическое строение биосферы Земли и её окружения» он пишет по этому поводу: «Биосфера и её приближённый синоним - Лик Земли - оба понятия, введённые Э.Зюссом, но сейчас коренным образом изменённые ходом дальнейшего исследования, ярко определяют основные черты поверхности нашей планеты: близость к Космосу, не повторяющуюся на нашей Земле, и существование исключительно на ней живого вещества. «Лик Земли» - картина Земли, если смотреть на неё из просторов Космоса. Наиболее распространённым и вместе с тем наиболее однобоким является представление о биосфере только как о современной живой плёнке (условно -оболочке) планеты, т.е. о достаточно автономной совокупности всех организмов (животных, растений, бактерий), населяющих поверхность Земли и её гидросферу и проникающих в той или иной мере в приповерхностные зоны атмосферы и литосферы. Такая биосфера сложным образом соотносится с тремя другими геосферами Земли, что только усиливает иллюзию её автономности. Биосфера в духе геологического миропонимания Вернадского имеет неизмеримо большую глубину и характеризуется большим количеством фундаментальных параметров. Б.С.Соколов пишет: «Величайшая заслуга Вернадского в том, что он, используя, по существу, весьма образную метафору, вложил в понятие «биосфера» совершенно новый смысл. Его учение о биосфере - несомненно, одно из крупнейших обобщений естествознания XX в. Ни Ж.Б.Ламарк, ни Э.Зюсс, ни.Вальтер - никто из естествоиспытателей XIX в., рассуждавших о «сфере жизни», даже в отдалённой мере не мог предвидеть фундаментального значения развившегося позднее понятия биосферы для жизни современного человечества. Оно неизмеримо шире таких расплывчатых, хотя и модных понятий, как «окружающая среда», «географическая оболочка» и.т.п. Определяя биосферу, Вернадский пишет: «Э.Зюсс (1831 -1914) и геологи того времени могли смотреть и на проявление жизни и на Лик Земли, как на независимые друг от друга явления. Сейчас для нас ясно, что Лик Земли не является результатом «случайных явлений», а отвечает определённой резко ограниченной геологической земной оболочке - биосфере - одной из многих других, имеющих определённую структуру, характерную для земных планет.

Б.С.Соколов пишет: «Биосфера -не статическая структура «оболочки жизни», выступающая как извечная данность окружающего нас мира, а прежде всего геобиоисторический процесс - многомерная сфера развёртывания этого процесса - от гипотетических начал во Вселенной (менее вероятно - специфически только на Земле) к конкретным биогеохимическим циклам и эволюции живых систем на нашей планете и далее - до почти «апокрифической» экспансии единственного из полутора миллионов видов, который разорвал стихийно складывающийся сотнями миллионов лет весь стиль энергетического баланса планеты. В работе «Об условиях появления жизни на Земле», вышедшей в 1931 г. В.И.Вернадский ставит вопрос о первом появлении жизни, издавна волновавший философов. Однако он пытается разрешить этот вопрос не как философ, а как учёный. При этом, как считает Вернадский, можно научно подойти к решению этой проблемы, но не во всей её полноте. «Это необходимо учитывать и резко определять область, которая подлежит в данное время научному ведению. Этой областью не будет решение вопроса о механизме зарождения или появления жизни на нашей планете, абиогенеза, например, но ею может являться определение условий, в которых такое появление или зарождение единственно возможно. Здесь же даётся определение научной постановки проблемы: "Под научной постановкой проблемы я подразумеваю такую постановку, которая сводит всю проблему, или отдельные, логически непреклонно с ней связанные следствия к форме, допускающей точную проверку научным опытом или научным наблюдением». В.И.Вернадский подчёркивет два важнейших, с геологической точки зрения, положения: во-первых, планетный, геологически закономерный характер жизни, и, во-вторых, теснейшую связь всех геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества. Таким образом, понимание жизни как планетного явления приводит к представлениям о прямой зависимости существования биосферы от условий, созданных геологическими (в широком смысле слова) процессами.

Таким образом, Вернадский сводит проблему зарождения жизни к проблеме возникновения биосферы, т.е. к определению тех условий, при которых возможно осуществление биогеохимических функций биосферы. Он считает, что такие условия могли возникнуть после выделения Луны из Земли и образования Тихого океана. В.И.Вернадский пишет: «Первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде одного какого-нибудь вида организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни. Должны были сразу появиться биоценозы. При этом он допускает в качестве механизма возникновения жизни как абиогенез (зарождение вне живого), так и проникновение живого вещества извне, из космоса. Абиогенез, как считает Вернадский, несмотря на то, что мы не наблюдаем сейчас его проявлений, мог существовать в определённых условиях до появления биосферы. Интересно, что в работе «Начало и вечность жизни», вышедшей в 1922 г. В.И.Вернадский анализирует различные механизмы возникновения жизни и приходит к выводу, что жизнь могла быть вечной, не иметь начала: «Указание на логическую необходимость признания начала для эволюционного процесса имеет скорее философский, чем научный интерес. В конце концов, мы так же мало можем говорить о начале, как и о конце эволюционного процесса.» Причём одной из причин всеобщего признания в науке необходимости начала жизни Вернадский считал проникновение в науку философских построений, в частности, материализма, который, как он считал, «является историческим пережитком в современной философии» . По мнению В.И.Вернадского, земная кора -это область былых биосфер. Биосфера существовала на протяжении геологической истории от криптозоя до наших дней и была широко проникнута живым веществом. Б.С.Соколов пишет: «Только введя понятия о «былых биосферах», «геологической вечности биосферы» и одновременно о «пределах биосферы» как пространственно-временном поле существования самой жизни, Вернадский создал новое учение о биосфере - величайший из синтезов современной науки, открыл новые пути её всё более глубокого познания. Одновременно это учение - и современная философия естествознания, и руководство к действию, т.е. к поведению человека в геобиосферной системе, достигшей за многие миллионы лет определенного равновесия, устойчивости и надёжности. Биосфера Вернадского неразрывно связана с его концепцией пространства-времени, т.е. она трехмерна и геоисторична. Сведение её к современной жизнедеятельной плёнке планеты не просто обедняет понятие биосферы, а лишает её самой основы - бесконечной длительности эволюции, сложности неравномерного исторического развития, его непрерывности, направленности и необратимости. Нынешний срез биосферы, какой бы сложной и экологически дробной она нам ни представлялась, в своём вхождении в ландшафты Земли, в литосферу, в гидросферу (вплоть до человека в космосе) - только вершина древа - гигантского пути, идущего из геологического прошлого, без знания которого вся ослепительная красота современной мозаики жизни безродна и слепа. Таким образом, представление о биосфере как обособленной закрытой самоуправляющейся системе -специфической современной живой плёнке Земли - должно быть отвергнуто. Биосфера - это открытая система, существующая, вероятно, столь же долго, как и сама Земля. В работе «Химическое строение биосферы Земли и её окружения» В.И.Вернадский пишет: «Мы не знаем никакого промежутка времени на нашей планете, когда на ней не было бы живого вещества, не было бы биосферы. Биосфера непрерывно функционирует только в силу своей неразрывной связи с другими геосферами нашей планеты. Вернадский неоднократно подчёркивает, что ни один живой организм (и в том числе человек) в свободном состоянии на Земле не находится. Все организмы неразрывно и непрерывно связаны - прежде всего питанием и дыханием - с окружающей их материально-энергетической средой. «В гуще, в интенсивности и в сложности современной жизни человек практически забывает, что он сам и всё человечество, от которого он не может быть отделён, неразрывно связаны с биосферой - с определённой частью планеты, на которой они живут.

Биосферная концепция Вернадского лишена узкой биологичности и поэтому не может быть автоматически вписана только в сферу биологических наук. Это широкое междисциплинарное направление в науках о Земле и жизни, находящееся к тому же во все возрастающей связи с глобальной социологией и общественными науками. В этом и состоит огромное значение современных комплексных биосферных знаний в науке и в глобальных биосферных прогнозах наших дней, ставших особенно острыми в условиях неконтролируемой технократической деятельности людей.