В начале 90-х годов прошлого столетия мир стал свидетелем весьма странного научного эксперимента под названием "Биосфера-2".
Восемь человек, одетых в форменные футуристические комбинезоны, помахали огромной толпе журналистов и вошли в герметический шлюз, который располагался в аризонской пустыне.
Воздухонепроницаемые стеклянные купола вмещали в себе пять ландшафтных модулей: джунгли, саванна, болото, пустыня и даже маленький океан с пляжем и коралловым рифом.
Среди этой красоты располагался сельскохозяйственный блок, оснащенный по последнему слову техники, а также жилой дом, построенный в авангардном стиле. Также кроме людей внутрь были запущены около 4 тысяч разнообразных представителей фауны, включая коз, свиней и кур на ферме.
«Биосфера-2» — сооружение, моделирующее замкнутую экологическую систему, построенное компанией «Space Biosphere Ventures» и миллиардером Эдвардом Бассом в пустыне Аризона (США).
Цифра «2» в названии призвана подчеркнуть, что «Биосферой-1» является Земля.
Существует альтернативная версия по поводу «первой Biosphere» — именно так назывался американский павильон Biosphere на всемирной выставке Экспо-67, в свое время не менее известный, чем Атомиум.
В пользу этой версии говорит заметное внешнее сходство в конструкции Biosphere и Biosphere-2.
Главной задачей «Биосферы-2» было выяснить, сможет ли человек жить и работать в замкнутой среде. В отдаленном будущем такие системы могут быть полезны и как автономные поселения в космосе, и в случае крайнего ухудшения условий жизни на Земле.
Лаборатория представляет собой сеть герметичных зданий общей площадью 1,5 га из лёгких материалов, разделённых на несколько независимых экосистем и покрытых стеклянным колпаком, пропускающим около 50% солнечного света.
Внутреннее пространство разделено на 7 блоков, среди которых — тропический лес, миниатюрный океан с необычным химическим составом, пустыня, саванна и мангровый эстуарий. Гигантские «легкие» регулируют внутреннее давление таким образом, чтобы оно соответствовало наружному — это сводит к минимуму утечки воздуха.
Эксперимент был проведен в два этапа: первый с 26 сентября 1991 года по 26 сентября 1993 года и второй — в 1994 году.
Весь этот ковчег должен был автономно просуществовать два года, питаясь тем, что росло под куполом, дыша кислородом, который выделяли растения, очищая и бесконечно используя одну и ту же воду.
Этакая планета в миниатюре, нетронутая технической революцией, где восемь интеллигентных, просвещенных людей планировали заниматься простым физическим трудом, собираться за одним обеденным столом, музицировать в часы досуга и, наконец, работать ради великой цели, на благо науки.
Чем не рай?
Оказалось, не всё так просто...
Восемь человек (четыре женщины и четверо мужчин) пробыли в «Биосфере-2» около двух лет, поддерживая связь с внешним миром только через компьютер. Вместе с ними туда же были доставлены 3000 видов растений и животных.
Во время первого этапа уровень кислорода начал падать на 0,5% в месяц, что привело к ситуации, когда люди вынуждены были жить в условиях кислородного голодания (аналогичные условия наблюдаются на высоте 4,080 м над уровнем моря).
Примерно через неделю главный техник «Биосферы» Ван Тилло пришел на завтрак очень взволнованным. Он объявил, что у него есть странные и неприятные новости. Ежедневные измерения состояния воздуха показали, что проектировщики купола ошиблись в расчетах.
В атмосфере постепенно сокращается количество кислорода и увеличивается процент углекислого газа.
Пока это совершенно незаметно, однако, если тенденция продолжится, примерно через год существование на станции станет невозможным. С этого дня райская жизнь бионавтов закончилась, началась напряженная борьба за воздух, которым они дышали.
Во-первых, было решено как можно интенсивнее наращивать зеленую биомассу.
Все свободное время колонисты посвящали посадкам и уходу за растениями.
Во-вторых, они запустили на полную мощность резервный поглотитель углекислого газа, с которого постоянно нужно было соскребать осадок.
В-третьих, неожиданным помощником стал океан, где оседало некоторое количество CO2, превращаясь в уксусную кислоту.
Правда, кислотность океана от этого постоянно росла, и приходилось использовать добавки, понижающие ее. Ничто не помогало. Воздух под куполом становился все более разреженным.
Поскольку уровень кислорода упал до такого опасного уровня, было принято решение искусственно закачивать кислород извне.
Через пару недель одна из участниц эксперимента отрезала себе палец при работе на сельскохозяйственном оборудовании. Попытки пришить палец окончились неудачей и участнице пришлось покинуть эксперимент.
Довольно быстро команда разбилась на две противоборствующие группы. Это сильно мешало нормальному ходу исследований.
Даже спустя 20 лет группы избегают встреч.
Внутри лаборатории росли деревья, трава и кустарники, что давали 46 видов растительной пищи, были пастбища коз, свинарники, курятники, в искусственных водоемах плавала рыба и креветки.
Предполагалось, что комплекс будет функционировать автономно, так как налицо были все условия нормального круговорота веществ.
Солнечного света, по расчетам ученых, должно было хватить для достаточного воспроизводства кислорода растениями в результате фотосинтеза, черви и микроорганизмы призваны были обеспечить переработку отходов, насекомые — опылять растения и т. д.
Однако через несколько недель жизнь людей, живущих натуральным хозяйством, нарушилась.
Микроорганизмы и насекомые стали размножаться в неожиданно больших количествах, вызывая непредвиденное потребление кислорода и уничтожение сельскохозяйственных культур (использование ядохимикатов не предусматривалось).
Вскоре перед бионавтами возникла еще одна глобальная проблема.
Выяснилось, что ферма в 20 соток при всех современных технологиях обработки земли способна обеспечить лишь 80% потребностей колонистов в пище. Их ежедневный рацион (одинаковый для женщин и мужчин) составлял 1700 калорий, что нормально для сидячей офисной жизни, но катастрофически мало при том количестве физической работы, которую должен был выполнять каждый житель «Биосферы».
Поначалу ужин сервировали в виде шведского стола, однако вскоре из-за этого начали возникать серьезные конфликты, и еду стали накладывать каждому в тарелку, отмеряя буквально до грамма.
Люди вставали из-за стола голодными и постоянно мечтали о лакомствах большого мира.
Вечерние философские дискуссии заменили фантазии о том, что они съедят, когда выйдут на свободу. Кладовую, где хранилось главное лакомство бионавтов - бананы, после отвратительного эпизода с анонимным разграблением пришлось запирать на ключ.
Перед тем как отдавать очистки свиньям, люди тщательно выбирали все, что можно было съесть самим. Банановые шкурки и ореховая шелуха шли за деликатес.
Однажды вечером Джейн Пойнтер, ответственная за ферму, призналась, что ей было известно о будущем продовольственном кризисе. За несколько месяцев до заселения она просчитала, что бионавтам будет не хватать еды, однако под влиянием доктора Валфорда с его представлениями о здоровой диете было решено, что эта нехватка пойдет только на пользу.
Доктор, кстати, был единственным, кто не жаловался на голод. Он же продолжал настаивать на справедливости своей теории: уже через полгода «голодной» диеты состояние крови бионавтов значительно улучшилось, понизился уровень холестерола, улучшился метаболизм. Люди потеряли от 10 до 18 процентов массы тела и выглядели удивительно молодо. Они улыбались из-за стекла журналистам и любопытным туристам, делая вид, что ничего не происходит. Однако бионавты чувствовали себя все хуже и хуже.
Лето 1992 года стало для колонистов особенно сложным. Посевы риса были уничтожены вредителями, так что их рацион на протяжении нескольких месяцев почти полностью состоял из фасоли, батата и моркови.
Из-за избытка бета-каротина их кожа стала оранжевой. К этой беде добавился особенно сильный эль-ниньо, из-за которого небо над «Биосферой-2» почти всю зиму было затянуто облаками.
Это ослабило фотосинтез джунглей (значит, и выработку драгоценного кислорода), а также снизило и без того скудные урожаи. Мир вокруг них терял свою красоту и гармоничность. В «пустыне» из-за конденсации на потолке регулярно выпадали дожди, так что многие растения сгнили.
Огромные пятиметровые деревья в джунглях неожиданно стали хрупкими, некоторые упали, сломав все вокруг. (Впоследствии, исследуя этот феномен, ученые пришли к выводу, что его причина крылась в отсутствии ветра под куполом, который укрепляет стволы деревьев в природе.)
Стоки в рыбных прудах забились, и рыбы становилось все меньше. Все труднее было бороться с кислотностью океана, из-за которой гибли кораллы.
Животный мир джунглей и саванны тоже неумолимо сокращался.
Хозяева рая чувствовали себя ничуть не лучше. Количество кислорода в атмосфере постоянно снижалось и достигло 16% (при норме в 20%). Это сравнимо с разреженным воздухом гор, и обыкновенно человеческий организм быстро приспосабливается к этому состоянию. Однако из-за общего истощения колонистов горная болезнь не отпускала их.
Бионавты начали быстро уставать, постоянно кружилась голова, они не могли уже выполнять работу в прежнем объеме. Но самым радикальным образом кислородное голодание сказалось на их моральном состоянии. Все чувствовали себя угнетенными, грустными, раздраженными. Каждый день под куполом происходили скандалы.
Прекрасно себя чувствовали только тараканы и муравьи, которые заполнили все биологические ниши. Биосфера постепенно умирала.
Обитатели проекта стали терять в весе и задыхаться. Учёным пришлось пойти на нарушение условий эксперимента и начать поставку внутрь кислорода (23 тонны) и продуктов (эти факты скрывались и были разоблачены впоследствии).
Первый эксперимент закончился неудачей: люди сильно потеряли в весе, количество кислорода снизилось до 15% (нормальное содержание в атмосфере — 21%).
После окончания эксперимента в 1994 году, началось трехгодичное восстановление огромного комплекса.
За это время спонсоры отказались от проекта, признавая, что эксперимент не принес ожидавшихся результатов.
В начале 1996 года «Биосфера-2» была передана под научный надзор Б. Марино и его коллег из Обсерватории Земли при Колумбийском университете.
Они решили прекратить эксперимент и удалить из сооружения людей, поскольку было неясно, как решить проблему питания и сохранения неизменного состава воздуха. В середине 1996 года ученые начали новый эксперимент, уже без участия людей.
Они должны были выяснить: действительно ли с увеличением процентного содержания СО2 урожайность повышается и до каких пор; что происходит с излишками углекислоты и где они накапливаются; возможен ли при неконтролируемом росте содержания двуокиси углерода в атмосфере некий обратный катастрофический процесс.
Второй этап также был преждевременно прерван из-за организационно-финансовых проблем.Предполагается, что падение уровня кислорода было вызвано непредвиденным размножением микроорганизмов. Посевы, саванна и лес были заполнены микроорганизмами, которые стали размножаться и истреблять всходы.
Главной причиной конфликта было то, что Аллен не разрешал бионавтам обнародовать их проблемы.
Он продолжал делать вид, что эксперимент идет по плану.
Половина колонистов (оба капитана, пиар-директор и начальница по научным исследованиям, то есть руководство) были абсолютно согласны с этой позицией. Они считали, что нужно пробыть под куполом запланированные два года любой ценой. Еще четверо бионавтов утверждали, что надо срочно запросить помощь международных ученых, чтобы понять, почему исчезает кислород. Также неплохо было бы заказать немного воздуха и еды извне.
Джейн Пойнтер, лидер группы, которая хотела просить помощи, так описывает начало конфликта: «Я убирала в загонах для животных на ферме. Голова ужасно кружилась, и приходилось поминутно отдыхать. С утра мы говорили о нашем положении, и я сказала, что оставаться тут и задыхаться - это какое-то сектантство. Я думала про все это, потом обернулась и увидела Абигайль, которая стояла у меня за спиной. У нее что-то было во рту... В следующую секунду она плюнула мне в лицо! Я растерялась и спросила: «За что?» «Сама подумай», - ответила та, развернулась и ушла».
Тем временем обычные зрители, которые каждый день приезжали целыми автобусами, чтобы посмотреть, что творится в гигантском человеческом аквариуме, и не подозревали, какие страсти там кипят. Они выстраивались вдоль стены, потягивая колу, жуя хот-доги, и люди в футуристических костюмах за стеклом казались им удивительно одухотворенными, настоящими героями фантастических книг и визионерами. Хотя, по большому счету, «визионеры» просто были очень уставшими и голодными. Осенью 1992 года содержание кислорода под куполом опустилось до 14%.
Доктор Валфорд объявил, что снимает с себя свои обязанности, поскольку более не в состоянии сложить в уме даже двухзначные числа. По ночам бионавты постоянно просыпались, так как активный фотосинтез растений прекращался, уровень кислорода резко падал и они начинали задыхаться. К этому моменту все позвоночные животные биосферы погибли.
Спустя год после начала эксперимента Аллен и Басс приняли решение разгерметизировать капсулу и добавить в атмосферу «Биосферы» кислород.
Также они разрешили бионавтам использовать неприкосновенные запасы зерна и овощей из семенного хранилища. Это значительно улучшило общее состояние колонистов.
Однако две враждующие группы так и остались в состоянии перманентной войны, стараясь даже не разговаривать друг с другом. 26 сентября 1993 года, когда шлюз был торжественно разгерметизирован и люди вышли наружу, по их лицам можно было понять, что эксперимент провалился - изгнание из рая произошло в полной мере и навсегда. Биосфера оказалась непригодной для жизни. Тем временем журналисты, прознавшие о добавке кислорода в атмосферу, раздули из этого огромный скандал и окрестили «Биосферу» грандиозным провалом столетия. Так в чем же состояла эта таинственная проблема с кислородом?
Когда ученые внимательно осмотрели плачевное состояние разоренных куполов, они пришли к выводу, что роковую роль сыграли цементные перекрытия.
Кислород вступал в реакцию с цементом и оседал в виде окислов на стенах.
Еще одним активным потребителем кислорода оказались бактерии в почве.
Для «Биосферы» выбрали самый плодородный чернозем, чтобы естественных микроэлементов в нем хватило на долгие годы, однако в такой земле было очень много микроорганизмов, которые точно так же дышат кислородом, как и позвоночные животные.
Научные журналы признали эти открытия главными и единственными достижениями «Биосферы». На одной из внутренних стен «планеты» до сих пор сохранилось несколько строк, написанных одной из женщин: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев — нам нечем будет дышать, если вода загрязнится — нам нечего будет пить».
Обнаруженные проблемы
- В лаборатории расплодилось огромное количество микробов и насекомых, особенно тараканов и муравьёв.
- Под стеклянной крышей комплекса по утрам конденсировалась вода и лился искусственный дождь.
- Создатели не предусмотрели такого явления, как ветер: оказалось, что без регулярного раскачивания деревья становятся хрупкими и ломаются.
Распродажа
10 января 2005 года компания-владелец уникального комплекса выставила лабораторию на продажу.
Выводы
На одной из внутренних стен «планеты» до сих пор сохранилось несколько строк, написанных одной из женщин:
«Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев — нам нечем будет дышать, если вода загрязнится — нам нечего будет пить».
Биодом для животных Африки появится к 2014 году в зоопарке Честера северной Англии. (Великобритания)
Эта гигантская «оранжерея» станет постоянным домом для таких африканских животных, как гориллы, шимпанзе, окапи, а также некоторых редких видов птиц, земноводных, пресмыкающихся, рыб и беспозвоночных. Ожидается, что этот биодом внесёт весомый вклад в сохранение биоразнообразия нашей планеты.
Биодом будет имитировать естественную среду обитания влажного тропического леса Конго. Площадь этого Великобританского кусочка Африки составит 16000 м 2 , максимальная высота свода «оранжереи» будет достигать 34 метра.
40. ВЕРНАДСКИЙ
«БИОСФЕРА»
Впервые книга с таким названием увидела свет в 1926 году и с тех пор выдержала 5 изданий. На первых же страницах Вернадский резко и аргументировано выступил против укоренившихся тенденций рассматривать жизнь, как случайное и чисто земное явление, ограничивая ее традиционно узкими рамками. Вместо этого ученый утверждает совершенно иной, космистский, подход, предусматривающий признание особой жизненной оболочки - биосферы, тесно взаимосвязанной с Космосом и его совокупными закономерностями:
По существу биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию - электрическую, химическую, механическую, тепловую и т. д.
Космические излучения, идущие от всех небесных тел, охватывают биосферу, проникают всю ее и все в ней.
Одним из первых, кто восторженно откликнулся на эпохальный труд Вернадского, был замечательный русский писатель Михаил Пришвин:
Я всегда чувствовал смутно вне себя эту ритмику мирового дыхания, и потому научная книга Вернадского «Биосфера», где моя догадка передается как «эмпирическое обобщение», читалась мной, как в детстве авантюрный роман. И мне теперь стало гораздо смелее догадываться о творчестве так, что, может быть, эта необходимая для творчества «вечность» и есть чувство не своего человеческого, а иного, планетного времени, что, может быть, эту способность посредством внутренней ритмики соприкасаться с иными временами, с иными сроками и следует назвать собственно творчеством.
«Биосфера» в концентрированной форме, а также в самом названии подытоживает многолетние и разносторонние исследования мыслителя-космиста. Сам термин «биосфера» был введен в научный оборот австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Зато Вернадский для обозначения космической причастности и обусловленности людей всех исторических эпох ввел другое оригинальное понятие «вселенскости» человечества, исследовав ее главным образом с точки зрения естественных наук - физики, химии, биологии, геологии и новых «стыковых» дисциплин, таких как геохимия, биохимия. (Попытка раскрыть собственно исторический процесс, его космическую обусловленность и циклы с точки зрения учения Вернадского была проделана впоследствии Л. Н. Гумилевым.) Вернадскому принадлежит и одно из наиболее четких определений, раскрывающих суть научного космизма: «Это самое глубокое проявление самосознания, когда мыслящий человек пытается определить свое место не только на нашей планете, но и в Космосе».
Так написано в «Главной книге», по определению самого русского энциклопедиста, - «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения».
Совокупность естественных наук и, в частности, геохимия раскрывают, по Вернадскому, неизвестное существование живого вещества, участвующего в круговороте всех элементов. Тем самым ставится на научную почву вопрос о космичности, вселенскости живого вещества. В данной связи вводятся и расшифровываются такие понятия-термины, как «всюдность жизни», «сгущение жизни», «давление жизни». Но как ученый, доверяющий исключительно доступным проверке и достоверным фактам, Вернадский не стремился к скорейшему распространению полученных выводов в недоступные космические дали. Поэтому центральное понятие своего учения «биосферы» он привязывал, прежде всего, к колыбели человечества - планете Земля. Биосфера - это вообще область распространения жизни, взятой в прошлом, настоящем и будущем, она формируется под воздействием энергии живого вещества.
Жизнь, по Вернадскому, проявляется в непрерывно идущих, в происходящих в планетном масштабе закономерных миграциях атомов из биосферы в живое вещество и обратно. Живое вещество есть совокупность живущих в биосфере организмов - живых естественных тел и изучается в планетном масштабе. Миграция химических элементов, которая отвечает живому веществу биосферы, является огромным планетным процессом, вызываемым в основном космической энергией Солнца, строящим и определяющим геохимию атмосферы и закономерность всех происходящих на ней физико-химических и геологических явлений, определяющих саму организованность этой земной оболочки.
Биосфера - планетное явление космического характера, ее отличительные черты - биогенный ток атомов и связанная с ним энергия. Биосфера является той единственной земной оболочкой, в которую непрерывно проникают космическая энергия, космические излучения и, прежде всего, лучеиспускание Солнца, поддерживающее динамическое равновесие: биосфера - живое вещество.
Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние - ноосферу (сферу разума). (Данный термин введен в научный оборот французскими учеными Эдуардом Леруа и Тейяром де Шарденом, с которыми Вернадский плодотворно общался во время научной командировки в Париж.) Отсюда: перестройка биосферы научной мыслью через организованный человеческий труд не есть случайное явление, а естественный природный процесс. Его закономерности еще предстоит установить, однако в общем плане нет никаких сомнений в том, что само научное творчество и его ход являются реальной (энергетической) силой, с помощью которой человек меняет биосферу; Вернадский даже считает научную работу геологическим фактором, обусловливающим развитие биосферы.
Научная мысль как планетное явление (так, кстати, называется известный философско-мировоззренческий труд великого провидца нашей эпохи) оказывает прямое влияние и на ход исторических процессов, и на уровень экономического развития, и на идеологические доминанты. В XX веке «движение научной мысли и его значение в геологической истории биосферы» ознаменовались взрывом научного творчества, изменением понимания основ реальности, вселенскостью и действенностью социального проявления нации. Вернадский осторожен в конкретных выводах по вопросам, на которые наука еще не дала ответа. Он лишь допускает возможность непосредственного воздействия ноосферы на закономерности мыслительных процессов и структуру нашего разума. Тем не менее, ученый призывает к изучению «с точки зрения живого вещества» метемпсихоза, то есть переселения (перевоплощения) душ, которое «ни в чем, может быть, не противоречит современным научным представлениям».
В решении подобных вопросов, по глубокому убеждению мыслителя-космиста, могут помочь достижения древневосточной философской мысли, в частности - учение упанишад. Более уверенней Вернадский чувствует себя, стоя на почве современной науки и призывая, например, исследовать «мгновенную передачу мысли» на предмет возможного технического обеспечения «скорости сношений» между людьми в процессе «полного заселения биосферы».
Четко и недвусмысленно Вернадский ставит научный вопрос о жизни в Космосе: является ли жизнь только земным феноменом или свойственным только планетам, или же она в какой-то форме отражает явления космических просторов, столь же глубокие и вечные, какими для нас являются атомы, энергия и материя, геометрически выявившие пространство - время. Во всестороннем философском осмыслении фундаментальных проблем бытия в наибольшей степени проявляется космическое видение мира во всех его ипостасях.
Космос, словно путеводная звезда (точнее - бессчетное множество звезд), направляет все философские и естественнонаучные изыскания Вернадского. Он нередко начинает с экскурса в обозримую Вселенную, очерка ее эволюции, анализа основных астрономических и космологических проблем вплоть до разгадки «пустого» мирового пространства, вакуума - этой «лаборатории грандиознейших материально-энергетических процессов». Но Вернадский прекрасно осознавал, что ключ к пониманию глубинных закономерностей Космоса лежит в правильном решении и понимании сути фундаментальных общенаучных понятий пространства и времени. Они неотделимы друг от друга, поэтому в основополагающих своих работах ученый использует единое понятие «пространство - время». И это вовсе не дань уважения набиравшей силу релятивистской теории. С выводами А. Эйнштейна и Г. Минковского о пространственно-временном континууме Вернадский был вполне солидарен хотя бы потому, что пришел к той же самой идее задолго до появления теории относительности. Так, еще будучи студентом, он записал в дневнике (11 января 1885 года - за двадцать лет до опубликования первой статьи Эйнштейна):
Бесспорно, что и время и пространство в природе отдельно не встречаются, они нераздельны. Мы не знаем ни одного явления, которое не занимало части пространства и части времени. Только для логического удобства представляем мы отдельно пространство и отдельно время… В действительности ни пространства, ни времени в отдельности мы не знаем нигде, кроме нашего воображения. Что же это за части неразделимые - чего, очевидно, того, что только и существует, - это материя, которую мы разбиваем на две основные координаты: пространство и время.
Чутко улавливая и прекрасно осознавая, сколько путаницы и непоправимых ошибок может внести неправильное истолкование понятий пространства и времени, Вернадский совершенно справедливо настаивает на различении реального пространства, изучаемого естествознанием, и идеального геометрического пространства, служащего для измерения и описания строения материальной физической среды. Первое именуется пространством натуралиста, второе - пространством геометрии. Задача философии - не допустить подмены или отождествления этих разнотипных понятий, указать и аргументировано доказать, что не первое (материальное) вытекает из второго (идеального), а наоборот, идеальное отображает материальное, а вовсе не подчиняет его себе по произволу утратившего чувство реальности теоретика.
Вернадский много размышлял над смыслом временных процессов и, прежде всего, связанных с живым веществом, эволюцией биосферы. Опираясь на понятие «жизненное время», он выдвинул ряд чрезвычайно продуктивных и перспективных идей, которые еще не нашли пока достойного места в системе теоретического осмысления действительности. Решая «великую загадку вчера - сегодня - завтра» как целостного всеобъемлющего и всепронизывающего явления, Вернадский совершенно закономерно увязывал ее с решением другой, не менее важной загадки «пространства, охваченного жизнью». Сквозь призму такого целокупного видения единого субстрата Мира время вообще определяется как динамическое текучее пространство - и в этом есть безусловная правота.
Философские и естественнонаучные мысли натуралиста подтверждают, как он сам же и выражался, непреодолимую мощь свободной научной мысли и творческой силы человеческой личности, величайшего нам известного проявления ее космической силы, царство которой впереди.
| |
Каждый живой организм, обитающий на нашей огромной планете, ежедневно питается, пользуется и водой для того, чтобы в организме происходили необходимые для жизнедеятельности реакции. Все, что окружает человека, является зоной жизни для всех организмов, обитающих на Земле, что подтверждает учение Вернадского о биосфере.
Вконтакте
Истоки учения о биосферных процессах
История современных взглядов на формирование понятия биосферы и принципов ее существования разделяется два этапа . Непосредственно с моментом консолидации гипотез о космической природе всего живого на планете связаны многочисленные современные атеистические и агностические взгляды на мироздание как таковое и зарождение жизни в целом. Кто создал основные положения учения о биосфер е и какова история его термина, расскажем дальше:
- Впервые общие понятия о зоне обитания биологических систем и отдельных организмов были представлены широкой общественности талантливым французским натуралистом Ж.Б. Ламарком.
- 1863 год. Французским исследователем Реютом применено название «биосфера» как обозначение сферы распространения жизни по поверхности .
- 1875 год. Целостное понятие биосферы как единства многообразных функций природы для поддержания впервые было введено австрийским геологом Эдуардом Зюссом в качестве официального термина — определения совокупности всего живого, что населяет нашу планету .
- 1926 год. Украинским ученым В.И. Вернадским был опубликован монументальный научный труд «Биосфера». Это революционная книга, где были определены основные принципы прогрессивного направления прикладной науки. Учение Вернадского о биосфере кратко – это новая наука о природе и обитании в ней человека как единой системы стала основой многочисленных научных дисциплин и течений, общепринятых в сфере прикладных и теоретических наук.
Работа ученого простирается в различные плоскости формирования передовых научных взглядов в области классических научных дисциплин.
Им впервые обнародованы принципы новых научных течений, которые в наши дни общепризнанны, используются самым широчайшим образом. Элементы радиогеологии, биогеохимии, учения о биосфере и ноосфере, науковедения стали базой, на которой формируется нынешняя концепция мироздания.
Благодаря выдающемуся ученому впервые был показан реальный формат жизни, разъяснено, из каких основных компонентов состоит биосфера.
Ученым впервые опытным путем была установлена и практически подтверждена роль живого вещества в биосфере. Механизмы взаимодействия является значительной частью масштабных процессов, осуществляется геохимический и биогенный обмен , миграция на атомном уровне, которая позволяет атомам участвовать в геологических, химических, физических биологических циклах.
Особенности биологического вещества
Вернадский в свое время произвел неизгладимое впечатление на мировую научную общественность. Именно ему, несмотря на многочисленных предшественников, удалось теоретически опровергнуть основы теологии . Именно религией рассматривается момент возникновения жизни на планете как результат деятельности бога – высшего разума. В.И. Вернадский и группа ученых данного направления выдвинули гипотезу о том, что живая клетка была занесена на совершенно необитаемую планету космическими телами – метеоритами, с космической пылью, а также привезена представителями инопланетных цивилизаций. Были также сформированы основные признаки живого вещества по Вернадскому и их отличие от неживой компоненты:
- высокий уровень активности;
- значительная скорость проходящих реакций;
- быстрый обмен веществ;
- живые организмы обладают свойством активного и пассивного движения.
Важно! Каждое живое существо передвигается не только под воздействием сил гравитации пассивным образом, но и против направления водных или воздушных потоков, преодолевая сопротивление этих масс, природные препятствия рельефа или особенности ландшафта.
По гипотезе ученого живая клетка была занесена на совершенно необитаемую планету.
Функции и границы биосферы
Принципиально новый подход к исследованию масштабных биологических процессов в их гармоничном сочетании с жизнедеятельностью микроорганизмов вплоть до клеточного уровня позволил определить и описать основные функции живого вещества в биосфере :
- Энергетическая, состоит в накоплении и преобразовании энергетического потенциала.
- Газовая. В качестве способности изменения и поддержания необходимого газового состава окружающей среды для комфортного обитания.
- Окислительно-восстановительные. Как возможность интенсификации всех происходящих в пространстве процессов.
- Концентрация – возможность живой ткани аккумулировать в собственном организме разрозненные атомы.
- Деструкция – способность разложения на составляющие остатков органического характера и косной составляющей.
- Передача вещества и концентрированной энергии как результат активного передвижения обусловлен транспортными характеристиками.
- Благодаря средообразованию происходит влияние на состояние параметров физико-химического направления.
- Информационные функции заключаются в накоплении, закреплении в структурах, ответственных за наследственность, данных об особенностях предков.
Функции биосферы
Согласно теории академика Вернадского главный компонент биосферы – весь комплекс живых организмов, являющихся активными существами на определенном уровне биологической системы. Живое вещество отличают определенные свойства. Это клеточная организация, обмен веществ, поддержание гемостаза. Им присущи функции движения, раздражимости, роста, развития, размножения, адаптации. Согласно теории знаменитого украинского исследователя, совершившего переворот в мировоззрении, в природе взаимодействуют три типа живой материи :
Основным движущим фактором процессов биологического обмена является движение биохимической энергии живого вещества. В соответствии с позициями учения Вернадского биосфера – результат совместного геологического и биологического развития, имеющий двоякое значение. В первую очередь биосфера является средой обитания и активной жизнедеятельности, а во вторых – результатом этих процессов.
Важно! Верхняя граница в атмосфере колеблется от 10 км на полюсах до 20-23 км на остальной поверхности Земли. Граница биосферы в литосфере находится на значительной глубине от 5 до 7 км в пещерах и глубоких разломах.
Учение Вернадского
Об основных принципах теории Вернадского
По мнению академика, зарождение жизни было синхронизировано с образованием планеты как целостного биофизического комплекса. Каков примерный возраст существующей биосферы, столько живет и наша планета. Он подтвердил наличие многочисленных взаимосвязей и закономерных процессов в сфере различных отраслей – биология, геология, биохимия, геохимия. Они гармонично сочетаются и следуют основным положениям учения Вернадского о биосфере.
- Наиболее важным принципом является целостность и согласованность биосферы , определенная рядом физических констант гравитации и электромагнитных полей.
- Гармония и связь биосферных процессов, преобразование энергий, движение атомов как отражение космической гармонии, ритмичность движения планет, база для биосферы есть позиция нашей планеты в космическом пространстве.
- Функции космоса в трансформировании и преобразовании энергий. Источниками энергетических явлений в геологии является солнечная радиация и внутренний радиоактивный фон.
- Принцип растекания жизненных процессов, аналогичных тому, как проявляется инерция в неживых предметах. Чем мельче организм, тем интенсивнее он стремится размножаться.
- Уровень развития и распространения автотрофов зависит от того, насколько глубоко проникает солнечный свет, необходимый им для фотосинтеза.
- Чем интенсивнее энергия , тем активнее размножение , которое имеет тенденцию уменьшения с ростом количественного показателя.
- Принцип сбережения энергии, когда при первом вхождении химический элемент претерпевает разнообразные изменения, чтобы обеспечить живые организмы необходимым объемом элементов.
- Поле стойкости зеленых растений определяется физико-химическими качествам соединений, из которых строятся организмы, их стойкостью при воздействии определенных условий окружающей среды, формирование предельного теплового щита.
- Постоянное соотношение атмосферного кислорода и объема живой биомассы зависит от принципа устойчивости показателей равновесия энергии .
Биосфера Вернадский
Биосфера — Вернадский
Вывод
Гениальный исследователь Вернадский создал учение о биосфере и тем самым внес глобальный вклад в современное естествознание. Благодаря учению Вернадского современная наука основывается на фундаментальном характере биологической целостности естественных природных процессов, протекающих на планете. Видовая эволюция позволяет выживать и размножаться тем организмам, увеличивающим показатели биогенной геохимической энергии.
Учение о биосфере Земли - одно из крупнейших и наиболее интересных обобщений современного естествознания. Оно является научной основой для исследования природных объектов и комплексного подхода при организации современного производства.
Жизнь на планете протекает и развивается лишь в тонком слое атмосферы, гидросферы и литосферы. Вот эту тонкую земную оболочку, населенную организмами, принято называть биосферой.
Биосфера - область «жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором обитают живые существа.
Величие В.И. Вернадского в том, что он впервые понял и научно обосновал единство человека и биосферы.
Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) - крупный отечественный ученый, минералог и кристаллограф, один из основоположников геохимии и биогеохимии.
Суть этого учения
: биосфера - это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.
Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере
.
Прежде всего, В.И. Вернадский определил пространство, охватываемое биосферой Земли. Биосфера (греч. «биос» - жизнь; «сфера» - шар) - оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу.
Планета Земля характеризуется наличием трех поверхностных геосфер - гидросферы, литосферы, атмосферы.
Гидросфера
, или водная оболочка Земли, представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами. Водная оболочка покрывает около 71% поверхности земного шара, наибольшая глубина в западной части Тихого океана достигает 11,5 км (Марианская впадина).
Литосфера
, или земная кора, представляет собой внешнюю твердую оболочку земного шара мощностью в несколько десятков километров. В контексте биосферы под литосферой обычно понимают только поверхностную ее часть - почву.
Атмосфера
, или воздушная оболочка, состоит из нескольких слоев: тропосферы до 15 км высоты над поверхностью Земли; стратосферы, с озоновым экраном, простирающейся до 100 км высоты; ионосферы, представляющей слой разреженного газа, высотой до 500 км.
Биосфера включает в себя:
1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы).
2) Тропосфера (нижний слой атмосферы).
3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.).
4) Литосфера (верхняя часть земной коры).
Возраст биосферы приблизительно 4 млрд. лет.
Схема строения биосферы
Вернадский различал следующие категории веществ:
1) живое вещество - совокупность живых организмов, населяющих биосферу, (от простейших вирусов до человека), характеризуется химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот). Живое вещество - «функция биосферы», а биосфера - результат развития живого веществ.
2) биогенное вещество - продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть, торф, мел);
3) биокосное вещество - продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды). Имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода).
4) косное вещество - все, что не имело связи с живым (застывшая лава, вулканический пепел).
5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).
6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.
7) Вещество космического происхождения - метеориты, протоны, нейтроны, электроны.
В пределах биосферы существуют 4 среды жизни: две мертвые (вода, воздух), одна биокосная (почва) и одна живая (организм).
Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, и от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически незамкнутой системой, в которой идет поглощение энергии из внешней среды.
Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более 2 млн. организмов, из них 0,5 - растения, 1,5 - растения и микроорганизмы (из них 1 млн. насекомых).
Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.
Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.
Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, известняк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воздействием жизни.
Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.
Особенности функционирования живых существ
:
способность к самовоспроизведению;
способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды;
способность аккумулировать и передавать химическую
энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.
Основой динамического равновесия
и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.
Круговорот веществ в биосфере
Основной принцип функционирования экосистем
- получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.
Рассмотрим такой круговорот для основных компонентов, входящих в состав биосферы.
Круговорот углерода
Для примера рассмотрим круговорот углерода. В атмосфере запасы углерода в виде СО2 невелики, в земной коре они присутствуют в виде ископаемого топлива. Когда около 2 млрд лет назад на Земле появилась жизнь, атмосфера в основном состояла из СО2. Первые организмы были анаэробными, т.е. жили в отсутствие кислорода. Накопление кислорода обусловлено существованием зеленых растений. Сейчас его запасы на Земле оцениваются в 1,6-105т. Эту массу зеленые растения могут создать за 10 тыс. лет. Поступивший в атмосферу по разным причинам углерод усваивается зелеными растениями, выделяющими в процессе своей жизнедеятельности кислород. А в результате потребления животными органических соединений происходит окисление органических веществ до углекислого газа, который поступает в атмосферу. Иными словами, углерод - главный участник биотического круговорота. Человек активно вмешивается в этот круговорот, что может в ближайшие 100 лет привести к изменениям климата, подъему океана, уменьшению количества кислорода в составе атмосферы и пр.
Круговорот серы
Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в биосфере. Из природных источников она попадает в атмосферу в следующем виде:
сероводород (H2S) - бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ - при извержении вулканов, при разложении органических веществ в болотах и затапливаемых приливами низинах;
диоксид серы (SO;) - бесцветный, удушливый газ при извержении вулканов;
частицы сульфатных солей (например, сульфат аммония) - из мельчайших брызг океанической воды.
Около трети всех соединений серы и 99 % диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов двуокиси серы в атмосферу. Остальная треть приходится на такие технологические процессы, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.
В атмосфере двуокись серы окисляется кислородом до газообразного триоксида серы, который при реакции с водяным паром образует мельчайшие капельки серной кислоты (H2SO4). Взаимодействуя с другими атмосферными компонентами, триоксид серы может образовывать мельчайшие частицы сульфатных солей. Серная кислота и сульфатные соли вносят свой вклад в образование кислотных осадков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем.
Круговорот воды
Гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды, состоит в следующем. Солнечная энергия и земное притяжение непрерывно перемещают воду между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами. Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение, конденсация, осадки и сток воды назад в море для возобновления цикла.
Под воздействием поступающей солнечной энергии вода испаряется с поверхности океанов, рек, озер, почв и растений и поступает в атмосферу. Ветры и воздушные массы переносят водяной пар в различные районы Земли. Понижение температуры в отдельных частях атмосферы приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и туманов и выпадению атмосферных осадков.
Часть пресной воды возвращается на поверхность земли в виде осадков, замерзает в ледниках. Однако в основном она заполняет понижения и ложбины и стекает в ближайшие озера, ручьи и реки, которые несут ее назад в океан, тем самым, замыкая кольцо круговорота. Такой сток пресных вод с поверхности суши вызывает также эрозию почв, которая приводит к перемещению различных химических веществ в рамках других биогеохимических циклов.
Значительная часть возвращаемой на сушу воды просачивается глубоко в фунт. Там происходит накопление фунтовых вод в водоносных горизонтах - подземных резервуарах. Подземные источники и водотоки в итоге возвращают воду на поверхность суши и в реки, озера, ручьи, откуда она вновь испаряется или стекает в океан. Однако циркуляция подземных вод происходит несравнимо медленнее, чем циркуляция поверхностных и атмосферных вод.
Эволюция биосферы
Итак, в процессе развития биосферы выделяют 3 уровня:
1) Биосфера
(где человек воздействовал на природу незначительно).
2) Биотехносфера
Техносфера
представляет собой совокупность искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью. Современная биосфера - это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество - это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника - это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос - каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны.
3) Ноосфера -
сфера разума.
Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование - есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.
Большие достижения в естественных науках совершил В.И. Вернадский. У него есть множество работ, и он стал основателем биогеохимии – нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.
Сущность биосферы
На сегодняшний день существует несколько понятий биосферы, основным среди которых считается следующее: биосфера – это среда существования всех живых организмов. Область охватывает большую часть атмосферы и заканчивается в начале озонового слоя. Также в биосферу входит вся гидросфера и некоторая часть литосферы. В переводе с греческого слово означает «шар» и именно в пределах этого пространства обитают все живые организмы.
Ученый Вернадский считал, что биосфера – это организованная сфера планеты, которая находится в контакте с жизнью. Он первый создал целостное учение и раскрыл понятие «биосферы». Работа российского ученого началась в 1919 году, а уже в 1926 гений презентовал миру свою книгу «Биосфера».
Согласно Вернадскому биосфера – это пространство, область, место, которое состоит из живых организмов и среды их обитания. Кроме того, ученый считал биосферу производным. Он утверждал, что она является планетарным явлением, имеющим космический характер. Особенностью данного пространства является «живое вещество», которое населяет пространство, а также придает уникальный облик нашей планете. Под живым веществом ученый понимал все живые организмы планеты Земля. Вернадский считал, что на границы и развитие биосферы влияют различные факторы:
- живое вещество;
- кислород;
- углекислый газ;
- вода в жидком состоянии.
Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества и чрезмерно соленая вода.
Состав биосферы по Вернадскому
Изначально Вернадский считал, что биосфера состоит из семи разных веществ, связанных между собой геологически. К ним относятся:
- живое вещество – данный элемент состоит из огромной биохимической энергии, которая создается в результате непрерывного рождения и умирания живых организмов;
- биокосное вещество – создается и перерабатывается благодаря живым организмам. К данным элементам относится почва, горючие ископаемые и др.;
- косное вещество – относится к неживой природе;
- биогенное вещество – совокупность живых организмов, например, лес, поле, планктон. В результате их гибели образуются биогенные породы;
- радиоактивное вещество;
- космическое вещество – элементы космической пыли и метеориты;
- рассеянные атомы.
Чуть позже ученый пришел к выводу, что в основе биосферы лежит живое вещество, под которым понимается совокупность живых существ, взаимодействующих с неживым костным веществом. Также в биосфере есть биогенное вещество, которое создается с помощью живых организмов, а это преимущественно горные породы и минералы. Помимо этого, в биосферу входит биокосное вещество, произошедшее вследствие взаимосвязи живых существ и косных процессов.
Свойства биосферы
Вернадский тщательно изучал свойства биосферы и пришел к выводу, что основой функционирования системы является бесконечный круговорот веществ и энергии. Данные процессы возможны только в результате деятельности живого организма. Живые существа (автотрофы и гетеротрофы) создают необходимые химические элементы в процессе своего существования. Так, с помощью автотрофов происходит преобразование энергии солнечного света в химические соединения. Гетеротрофы, в свою очередь, потребляют созданную энергию и приводят к разрушению органических веществ до минеральных соединений. Последние являются фундаментом для создания новых органических веществ автотрофами. Таким образом, происходит цикличный круговорот веществ.
Именно благодаря биологическому круговороту биосфера представляет собой самоподдерживающуюся систему. Циркуляция химических элементов является основополагающей для живых организмов и существования их в атмосфере, гидросфере и почве.
Основные положения учения о биосфере
Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы. Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.
Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.
Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:
- биосфера является организованной системой;
- живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты;
- на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия
Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.
Вывод
Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии. Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем. В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.