Биосфероведение - Валерий Степанович Миловатский
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], 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
