Коллектив авторов - Концепции современного естествознания: Шпаргалка

Термин «биосфера» как «тонкая пленка жизни» на поверхности Земли, в значительной мере определяющая внешний облик планеты, был введен впервые в 1875 году австрийским геологом Э. Зюссом (1831–1914) в работе «Лик Земли». Современные представления о биосфере как области жизни планетарного масштаба, объединяющей в себе всю совокупность биологических систем и среду их обитания, связаны с работами русского ученого В.И. Вернадского (1863–1945) и прежде всего с его основополагающей работой «Биосфера», опубликованной в 1926 году. Представление о широком влиянии живых существ на протекающие в природе процессы было сформулировано еще в 1883 году русским ученым В.В. Докучаевым (1846–1903) в работе «Русский чернозем», в которой была показана зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов. Согласно Вернадскому, биосфера включает:

1) живое вещество – совокупность живых организмов;

2) косное вещество – горные породы, минералы, продукты вулканической деятельности, неживые продукты человеческого труда и т. п.;

3) биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, нефть, каменный уголь

и др.);

4) биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы, илы и т. п.).

Возникновению жизни на Земле предшествовало формирование трех главных сфер: литосферы, гидросферы и атмосферы. Первоначальный состав и строение этих сфер существенно отличались от их современного состава и строения. Появление жизни стало революционным событием в истории Земли. Живые организмы, возникнув, стали быстро заселять Землю. Благодаря этому появилась четвертая сфера – биосфера Земли.

С появлением человеческого общества в развитии биосферы начался переход от биогенеза, обусловленного факторами биологической эволюции, к ноогенезу – развитию под влиянием разумной созидательной деятельности человечества.

Понятие ноосферы как современной стадии, геологически переживаемой биосферой, было предложено в 1927 году французским математиком и философом Э. Ле Руа (1870–1954), в разработке этого понятия принимал участие также французский теолог и палеонтолог П. Тейяр де Шарден (1881–1955). Основанием для введения такого понятия послужили лекции о биогеохимической концепции биосферы, прочитанные в 1922–1923 годах Вернадским в Сорбонне в Париже. Ноосфера включает в себя социальные и природные явления, взятые в их целостности, в их единстве и противоречиях. Становление ноосферы определяется социально-природной деятельностью человека, его трудом и знаниями, т. е. тем, что относится к космопланетарному измерению человека.

С развитием социосферы – формы существования совокупности людей, взаимосвязанных системой отношений, – биосфера Земли оказалась перед лицом реальной угрозы гибели. Было показано, например, что в случае термоядерной войны произойдет настолько глобальное похолодание, что жизнь на Земле станет невозможной.

За время длительной эволюции биосфера Земли выработала механизмы, обеспечивающие относительно высокий уровень ее устойчивости в целом. Как в ней самой, так и во внешних условиях ее бытия постоянно происходят колебания. Противодействуя этим колебаниям, вырабатывая стабильность своих основных параметров, биосфера оказывается способной выдержать значительные внешние нагрузки. Однако благодаря усиливающейся человеческой деятельности в оборот вводятся такие факторы, к которым биосфера Земли совершенно не приспособлена.

Опасность для биосферы составляет и систематическое давление на тот генофонд, которым располагает биосфера Земли. Постоянно идет уничтожение видов животных и растений, а это подрывает саму основу биосферы.

Космические ритмы (циклы) – периодические изменения в природе, происходящие под влиянием гравитационных сил. Все ритмы принято делить по значению их периода на две группы. К первой группе относят ритмы, действующие в антропной шкале времени, т. е. в шкале, соизмеримой с жизнью человека. Здесь, прежде всего, можно выделить суточный ритм, обусловленный вращением Земли вокруг своей оси, месячный ритм, связанный с вращением Луны вокруг Земли, и годичный ритм, обусловленный вращением Земли вокруг Солнца.

В суточном и годичном ритмах изменяются освещенность, создаваемая Солнцем на поверхности Земли, температурный режим и ряд физических параметров атмосферы и гидросферы. В результате происходит смена дня и ночи, смена времен года. Суточные и месячные вариации гравитационного поля на поверхности Земли, связанные с приливным действием Луны и Солнца, создают сложное явление океанических приливов. С такими же периодами (сутки и месяц) происходят вариации магнитного поля Земли. Изменение ориентации земной магнитосферы относительно солнечного ветра (радиального потока плазмы солнечной короны в межпланетное пространство) задает суточный ритм магнитного поля. Вращение Солнца, а вместе с ним межпланетного магнитного поля, имеющего характерную структуру, задает 27-дневный ритм вариаций магнитного поля Земли.

Ко второй группе относят ритмы, действующие в геологической шкале времени, т. е. на протяжении очень длительных периодов, гораздо больших длительности жизни человека. Долгопериодические изменения влияют на погоду и климат на Земле, а через это и на биосферу. Климатические циклы связаны с характерными особенностями орбитальных движений Земли и Солнца, обусловленных воздействием других планет и галактик.

Выделяют следующие климатические циклы, за которые ответственность несут особенности орбитального движения Земли:

1) 26-тысячелетний цикл, обусловленный прецессией оси вращения Земли, так называемый Большой платонический год;

2) 41-тысячелетний цикл, связанный с периодом изменения угла наклона оси вращения Земли к эклиптике (большому кругу небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца);

3) 100-тысячелетний цикл, равный периоду изменения значения эксцентриситета земной орбиты.

Совместное действие этих космических факторов, их наложение, взаимное усиление приводят к долго-периодическим изменениям климата Земли. Выявлены орбитальные климатические ритмы, обусловленные совместным действием космических факторов: длительностью в 400 тыс. лет; 1,2; 2,5 и 3,7 млн лет, среди которых 400-тысячелетний ритм служит основной причиной долгопериодических изменений климата и эволюции органического мира. Этот ритм выявлен геологами из последовательности ледниковых событий и только потом обнаружен астрономами.

Организму присущи периодические процессы жизнедеятельности, охватывающие весьма широкий диапазон частот. В плане взаимодействия организма и внешней среды выделяют два типа колебательных процессов:

1) адаптивные ритмы (или собственно биоритмы), т. е. колебания с периодами, близкими к геофизическим циклам. Их роль состоит в обеспечении приспособления жизненных проявлений и поведенческих реакций организма к периодическим изменениям условий внешней среды;

2) рабочие ритмы, которые отражают текущую деятельность физиологических систем организма.

Биологические ритмы классифицируют также по частоте осцилляций, выделяя пять классов: высокочастотные, ультрадианные, циркадианные, инфрадианные и низкочастотные ритмы.

1. Высокочастотные ритмы процессов жизнедеятельности с периодом до 30 минут – это большинство рабочих ритмов. В основе их лежат ритмические осцилляторы клеточных мембран возбудимых клеток. Нейроны и мышечные клетки способны генерировать серии ритмично следующих импульсов. Их интеграция и обеспечивает стабильную работу сердца, дыхательных мышц и ряда других систем, дисбаланс которых грозит самому существованию организма.

2. Ультрадианные ритмы – с периодом от 0,5 до 20 часов иногда относят уже к собственно биологическим, т. е. согласованным с гелиогеофизическими условиями (в данном случае – с временем суток). В то же время отдельные фазы этих ритмов не удается связать с определенным временем суток. Так, цикл колебаний главных компонентов крови составляет около 20 часов. Один из ультрадианных ритмов – повторение стадии быстрых движений глаз через каждые 90 минут сна – не связан с временем суток, а отсчитывается от момента засыпания человека.

Циркадианные биоритмы (околосуточные) имеют длительность периода от 20 до 28 часов и синхронизированы с вращением Земли вокруг оси, со сменой дня и ночи. Прежде всего, это ритмы «сон – бодрствование», а также суточные колебания различных физиологических параметров (температуры тела, артериального давления и др.). Эти ритмы наиболее устойчивы и сохраняются в течение жизни организма.