Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 55. Біосфера як цілісна система

Біосфера об’єднує всі екосистеми Землі

Коли йшлося про екосистеми, то ми зауважували, що вони не обмежені розміром: і невеличке лісове озерце, і гігантський тропічний ліс можна розглядати як екосистему. Дуже важко провести чітку межу між різними екосистемами, оскільки їхні кордони зазвичай умовні й живі організми можуть легко їх перетинати та взаємодіяти з організмами з інших екосистем. Зрештою, усі екосистеми Землі пов’язані між собою спільною атмосферою, міграцією організмів, потоками речовини, енергії й іншими глобальними процесами. Уся сукупність екосистем Землі формує глобальну світову екосистему, яка має назву біосфера. Біосфера, як і будь-яка екосистема, містить біотичний та абіотичний компоненти — усіх живих істот планети й середовища їхнього перебування відповідно. Межі біосфери визначаються межами зустрічності живих організмів у воді, повітрі та в землі. Біосфера простягається від кількох кілометрів углиб земної поверхні, до 10-11 км углиб під водою та до 15-20 км у висоту в атмосфері (рис. 55.1). Межі ці приблизні, особливо в атмосфері, оскільки теоретично живі організми можуть траплятися на висоті озонового шару (20-30 км), вище за який ультрафіолетове випромінювання знищує все живе. Але ймовірність потрапляння навіть найдрібніших спор бактерій на таку висоту зовсім невелика1. Більшість живих організмів мешкає в набагато вужчому шарі — від глибини в кілька метрів під землею до кількох десятків метрів над поверхнею Землі. У планетарних масштабах біосфера невелика: маса всієї біосфери (включаючи біотичний та абіотичний компоненти) становить лише 0,1 % маси Землі, а сумарна маса живих організмів — лише одну мільйонну маси біосфери, тобто лише одну мільярдну маси нашої планети. Однак живі організми (а також людина) є сьогодні одним із найважливіших геологічних факторів, що видозмінюють обличчя нашої планети.

Поняття «біосфера» запропонував австрійський учений Едуард Зюсс 1875 року, а найповніше розвинув концепцію біосфери у своїх працях Володимир Вернадський — видатний вітчизняний учений, перший президент Української академії наук.

Володимир Вернадський цікавився питаннями кристалографії, мінералогії, ґрунтознавства, геохімії й навіть історії. Це дало йому змогу розробити міждисциплінарну концепцію біосфери, що об’єднує знання з різних галузей науки. Можливо, якісь погляди Володимира Вернадського в наш час можуть здатися дещо абстрактними чи несучасними, але треба пам’ятати, що він працював над питаннями біосфери в 1920-ті роки, тобто близько ста років тому, і заклав підвалини для наступних досліджень у цій галузі.

Рис. 55.1. Межі біосфери

1 Утім у травні 2017 року життєздатні спори бактерій було знайдено на поверхні Міжнародної космічної станції. Тому верхню межу біосфери можна розширити до висоти 400 км.

Біосфера має унікальні властивості

Біосфера — не просто дуже велика екосистема: крім властивостей, спільних для всіх екосистем, вона має власні, унікальні властивості.

Цілісність. Біосфера як система складається з багатьох компонентів, але функціонує як єдине ціле, оскільки всі організми та середовища їхнього перебування так чи так пов’язані між собою.

Різноманіття. Водночас єдність компонентів біосфери характеризується величезним різноманіттям живих організмів і середовищ їхнього існування. Біосфера — найбагатша екосистема на Землі. Нині на нашій планеті мешкають 9-15 млн видів живих організмів, а загалом за всю історію біосфери в ній мешкали понад 100 млн видів.

Стійкість і здатність до саморегуляції. Ця властивість є ключовою для існування життя на Землі й забезпечується тими самими механізмами, що й в окремих екосистемах, тільки в глобальному масштабі. Одним із найважливіших параметрів стійкості як окремих екосистем, так і біосфери загалом є біорізноманіття.

Централізованість. Володимир Вернадський підкреслював, що живі організми формують основу біосфери та є її центральним компонентом.

Наявність колообігу речовин і потоку енергії. Біосфера — відкрита система, тобто вона обмінюється речовиною й енергією з іншими системами. Насамперед це стосується, звісно, сонячної енергії, без надходження якої існування біосфери неможливе. Водночас надходження речовин у біосферу ззовні обмежене, тому ще одна її властивість — наявність механізмів, що забезпечують колообіг речовин. Саме колообіги забезпечують тривале існування біосфери без виснаження власних ресурсів.

Еволюція біосфери відбувається постійно

Біосфера — динамічна структура, що постійно змінюється. Володимир Вернадський приділяв значну увагу питанням еволюції біосфери та виокремив три ключові етапи в її розвитку. Перший етап пов’язаний із виникненням життя на Землі й початком формування біосфери як такої. Другий етап супроводжувався ускладненням біосфери і збільшенням біорізноманіття. Третій, сучасний етап, пов’язаний із появою людини і поступовим перетворенням біосфери під впливом людини.

Володимир Вернадський

Народився 1863 року в Санкт-Петербурзі. Дитинство провів у Полтаві, Харкові й Києві. Навчався в Харківській гімназії, потім у Санкт-Петербурзькому університеті. Був першим президентом Української академії наук. Якщо спробувати визначити, яким ученим був Вернадський, то одним-двома словами не обійтися: він заснував геохімію, біогеохімію, радіогеологію, вчення про біосферу, був висококласним природознавцем, філософом, мислителем. Доробок ученого дуже великий і різноманітний. Утім найголовнішим надбанням Вернадського є створена ним система уявлень про біосферу й ноосферу. Володимир Вернадський брав активну участь у політичному житті держави. Був головою комісії Міністерства освіти і мистецтв України за часів гетьмана Скоропадського. У цей час він писав: «Важливо створити сильний центр наукових досліджень українського народу, його історії, його мови, природи України. Звичайно, треба вести ці дослідження в найширшому загальнолюдському масштабі. Треба якнайшвидше створювати кафедри і лабораторії, інститути». Помер Володимир Вернадський на початку 1945 року в Москві від інсульту.

Александер фон Гумбольдт

Народився 1769 року в Берліні. Освіту здобув в Університеті Віадріна, Фрайберзькій гірничий академії й Геттінгенському університеті. Гумбольдт був різнобічним ученим — геологом, географом, ботаніком, екологом, кліматологом. Всесвітньо відомий як засновник географії рослин, вчення про життєві форми. Важливими є погляди ученого на живу природу як невіддільну частину планети Земля: він вважав, що хімічний склад організмів залежить від складу неживого довкілля. Зрештою, Гумбольдт вказував на існування особливої частини географічної оболонки Землі, заселеної живими організмами, яка об’єднує літосферу, гідросферу й атмосферу. І хоча термін «біосфера» був запропонований не Гумбольдтом, його уявлення про її будову стали піонерськими й на довгі роки визначили напрями її дослідження. Помер учений 1859 року в Берліні. Нині Берлінський університет носить його ім’я.

Кінцевою вищою стадією розвитку біосфери Володимир Вернадський уважав формування ноосфери1. Теорія вченого про ноосферу доволі складна для розуміння, але можна сформулювати кілька основних положень, що характеризують його уявлення про ноосферу. Цікаво, що деякі з постулатів Вернадського, що їх у першій половині ХХ століття вважали фантастичними, уже справдилися. Отже, ось основні передумови, які Вернадський уважав ключовими для формування ноосфери.

  • 1. Розселення людини по всій планеті та повне панування над іншими біологічними видами.
  • 2. Глобалізація, зміцнення зв’язків між державами, формування глобальних систем зв’язку та єдиних інформаційних систем.
  • 3. Використання нових джерел енергії, що дає людям змогу стати ще важливішою геологічною силою.
  • 4. Розвиток демократії, рівність усіх людей, зростання їхнього добробуту, припинення війн.
  • 5. Розвиток науки, створення умов для вільного розвитку наукової думки, зростання ролі науки в житті людей.
  • 6. Розширення біосфери шляхом космічної експансії людини та підкорення інших планет.

Ми живемо в перехідний період, і людство має взяти на себе відповідальність за своє майбутнє, аби ноосфера справді стала сферою розуму, а не світовою катастрофою.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. Внеском Вернадського у вивчення біосфери стало те, що

  • А він запровадив терміни «біосфера» й «ноосфера»
  • Б він уперше точно визначив межі біосфери в повітрі, воді та літосфері
  • В він докладно розробив концепції біосфери й ноосфери
  • Г працями Вернадського та його учнів було встановлено, що живі організми взаємодіють один з одним та з довкіллям
  • Д він визначив точну кількість живих організмів у біосфері та розрахував їхню сумарну біомасу

1 У перекладі з грецької — «куля розуму».

2. До складу біосфери НЕ входять

  • А земне ядро та мантія
  • Б усі живі організми Землі
  • В мертві органічні рештки
  • Г люди як біологічний вид
  • Д ґрунт, вода й інші абіотичні компоненти екосистем

3. Властивістю ноосфери є те, що вона — це

  • А частина біосфери, яка містить розумні живі організми
  • Б частина біосфери, яка містить всі живі організми й речовину органічного походження
  • В вища стадія розвитку біосфери, сформована людським розумом
  • Г історична стадія існування біосфери, протягом якої сформувався вид Людина розумна
  • Д початкова стадія розвитку біосфери, яка передувала формуванню життя на Землі

4. Згідно з концепцією Володимира Вернадського, НЕ є передумовою формування ноосфери

  • А глобалізація, посилення зв’язків між державами та континентами
  • Б розвиток засобів зв’язку
  • В формування єдиної загальнолюдської інформаційної системи
  • Г розвиток науки та використання нових джерел енергії
  • Д зростання ролі релігії в житті людей

5. Нині на Землі видів живих організмів мешкає приблизно

  • А 9-15 тисяч
  • Б 90-150 тисяч
  • В 9-15 мільйонів
  • Г 90-150 мільйонів
  • Д 9-15 мільярдів

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. Назвіть приблизні межі біосфери в літосфері, гідросфері та атмосфері.

7. Як ви розумієте твердження про те, що біосфера — відкрита система?

8. Чи можна вважати, що на сьогодні еволюція біосфери завершена й ми живемо в повністю сформованій ноосфері?

9. Володимир Вернадський уважав живі організми важливою геологічною силою. Як живі організми беруть участь у геологічних процесах на планеті?

10. Які властивості біосфери відрізняють її від звичайної екосистеми? Чому ці властивості не притаманні екосистемам?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11. Чому живі організми досі не заселили глибокі пласти земної кори, зате змогли заселити дно океанів?

12. На сьогодні описано близько 1,9 млн видів живих організмів, водночас учені вважають, що їх понад 8 млн. Чому не вдається описати усі види живих організмів?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13. Біогеохімія — наука, фундатором якої є Володимир Вернадський. Що вивчає ця наука та які її основні досягнення?

14. Не всі вчені погоджуються з концепцією ноосфери та піддають її критиці як ненаукову й умоглядну теорію, на підставі якої виникло багато псевдонаукових концепцій. Які аргументи при цьому наводять такі противники концепції ноосфери? Чи є в цих аргументах раціональне зерно?