I. Vernadska biosfēras doktrīna

Krievu zinātnieki sniedza lielu ieguldījumu bioloģijas attīstībā divdesmitajā gadsimtā. Krievu bioloģiskajai skolai ir krāšņas tradīcijas. Pirmo zinātnisko modeli par dzīvības izcelsmi radīja A.I. Oparīns. UN. Vernadskis bija izcilā augsnes zinātnieka V.V. students. Dokučajevs, kurš radīja doktrīnu par augsni kā sava veida Zemes apvalku, kas ir vienots veselums, iekļaujot dzīvās un nedzīvās sastāvdaļas. Būtībā biosfēras doktrīna bija Dokučajeva ideju turpinājums un paplašināšana plašākā realitātes sfērā.

Vernadska biosfēras doktrīnas nozīmi ekoloģijā nosaka fakts, ka biosfēra ir augstākais līmenis mijiedarbība starp dzīvām un nedzīvām lietām un globālo ekosistēmu. Tāpēc Vernadska rezultāti ir derīgi visām ekosistēmām un ir zināšanu vispārinājums par mūsu planētas attīstību.

Terminu “biosfēra” zinātnē ieviesa austriešu ģeologs E. Suess 1875. gadā. Viņš identificēja četrus Zemes ģeoloģiskos apvalkus: atmosfēra gaisa apvalks, hidrosfēra- ūdens apvalks, litosfēra– ciets apvalks un biosfēra- dzīvā čaula. UN. Vernadskis, kurš pētīja dzīvo un nedzīvo sistēmu mijiedarbību, pārdomāja biosfēras jēdzienu. Viņš biosfēru saprata kā dzīvo un nedzīvo lietu vienotības sfēru.

Zem biosfēras Vernadskis saprata plānais Zemes apvalks, kurā visi procesi notiek tiešā dzīvo organismu ietekmē. Biosfēra atrodas litosfēras, hidrosfēras un atmosfēras krustojumā. Atmosfērā dzīvības augšējās robežas nosaka ozona ekrāns - plāns ozona slānis aptuveni 20 km augstumā. Okeāns ir apdzīvots ar dzīvību līdz dziļāko ieplaku dibenam, 10-11 km attālumā. Dzīvība iekļūst līdz 3 km cietajā Zemes apvalkā (baktērijas naftas laukos).

Savus secinājumus par biosfēras uzbūvi un funkcijām viņš izklāstīja empīrisku vispārinājumu veidā, kurus vēlāk nosauca par biosfēras doktrīnu. Vernadska galvenie empīriskie vispārinājumi izskatās šādi:

1. Pirmais secinājums no biosfēras doktrīnas ir biosfēras integritātes princips. "Mēs varam runāt par visu dzīvi, par visu dzīvo vielu kā vienotu veselumu biosfēras mehānismā." Zemes struktūra, pēc Vernadska domām, ir koordinēts mehānisms. "Zemes radības ir sarežģīta kosmiska procesa radīšana, kas ir nepieciešama un dabiska harmoniska kosmiskā mehānisma sastāvdaļa." Pats dzīvā matērija nav nejauša radīšana.

2. Biosfēras un tās organizācijas harmonijas princips. Biosfērā, pēc Vernadska domām, “viss tiek ņemts vērā un viss tiek pielāgots ar tādu pašu precizitāti, ar tādu pašu mehāniskumu un ar tādu pašu pakārtotību mēram un harmonijai, ko mēs redzam debesu ķermeņu harmoniskajās kustībās un sākam. redzēt vielas atomu un enerģijas atomu sistēmās.

3. Atomu biogēnās migrācijas likums: migrācija biosfērā ķīmiskie elementi notiek ar obligātu dzīvo organismu tiešu līdzdalību. Biosfēra savās galvenajās iezīmēs ir pārstāvējusi vienu un to pašu ķīmisko aparātu kopš senākajiem ģeoloģiskajiem periodiem. Zemes seju patiesībā veido dzīvība.

4. Biosfēras kosmiskā loma enerģijas transformācijā. Vernadskis uzsvēra enerģijas nozīmi un nosauca dzīvos organismus par enerģijas pārveidošanas mehānismiem.

5. Kosmiskā enerģija izraisa dzīvības spiedienu, kas tiek panākts ar vairošanos. Organismu vairošanās samazinās, palielinoties to skaitam. Populāciju lielums palielinās, līdz vide var atbalstīt turpmāku pieaugumu, pēc kura tiek sasniegts līdzsvars. Skaitlis svārstās tuvu līdzsvara līmenim.

6. Dzīvības izplatīšanās ir tās ģeoķīmiskās enerģijas izpausme. Dzīvā viela, tāpat kā gāze, izplatās pa zemes virsmu saskaņā ar inerces likumu. Mazie organismi vairojas daudz ātrāk nekā lielie. Dzīvības pārnešanas ātrums ir atkarīgs no dzīvās vielas blīvuma.

7. Dzīvi pilnībā nosaka zaļās veģetācijas ilgtspējības lauks, un dzīvības robežas ir fizikālās un ķīmiskās īpašības savienojumi, kas veido ķermeni, to neiznīcināmība noteiktos vides apstākļos. Maksimālo dzīvības lauku nosaka organismu ekstrēmās izdzīvošanas robežas. Dzīvības augšējo robežu nosaka starojums, kura klātbūtne nogalina dzīvību un no kura pasargā ozona vairogs. Apakšējā robeža ir saistīta ar augstas temperatūras sasniegšanu. Intervāls 433 0 C (no mīnus 252 0 C līdz plus 180 0 C) ir ierobežojošais termiskais lauks.

8. Dzīvības pārpilnība biosfērā. Dzīve pamazām, lēnām pielāgojoties, sagrāba biosfēru, un šī sagūstīšana nebeidzās. Dzīves stabilitātes lauks ir adaptācijas rezultāts laika gaitā.

9. Dzīvās vielas daudzuma noturība biosfērā. Brīvā skābekļa daudzums atmosfērā ir tādā pašā kārtībā kā dzīvās vielas daudzums (1,5 x 10 21 g un 10 20 -10 21 g). Šis vispārinājums ir spēkā nozīmīgos ģeoloģiskos laika periodos, un tas izriet no tā, ka dzīvā viela ir starpnieks starp Sauli un Zemi un tāpēc vai nu tās daudzumam jābūt nemainīgam, vai arī jāmainās tās enerģētiskajiem raksturlielumiem.

Biosfēras struktūrā Vernadskis identificēja piecus elementus: 1) dzīvā viela - dzīvo organismu kopums uz planētas; 2) inerta matērija, veidojusies bez dzīvības līdzdalības; 3) biogēna viela, kas radusies organismu dzīves laikā (nafta, ogles, atmosfēras gāzes, kaļķakmens u.c.); 4) bioinerta viela - dzīvo organismu mijiedarbības rezultāts ar nedzīvo vidi (augsni, dūņām, ezera ūdeni); 5) kosmiskas izcelsmes matērija.

Kā izriet no biosfēras doktrīnas, tā veic šādas funkcijas: 1) enerģija - fotosintēzes procesā augi uzņem Saules enerģiju; 2) gāze - fotosintēzes procesā tiek absorbēts oglekļa dioksīds un izdalās skābeklis, elpošanas procesā, gluži pretēji, tiek absorbēts skābeklis un izdalās oglekļa dioksīds, kā arī molekulārais slāpeklis tiek absorbēts no atmosfēras un pēc tam izdalās. denitrifikācijas procesā; 3) redokss - biosfērā notiek atomu savstarpēja pārvēršanās ar valences izmaiņām (piemēram, metālu savienojumi); 4) koncentrācija - dzīvie organismi savos ķermeņos uzkrāj periodiskās tabulas elementus, kā rezultātā pēc to nāves veidojas, piemēram, minerāli; 5) destruktīva — mirušo organismu atlieku sadalīšanās un to mineralizācija.

II. Vielu cikls biosfērā

Tiek uzskatīts, ka dabā ir divi galvenie cikli – lielais (ģeoloģiskais) un mazais (bioģeoķīmiskais).

1. Lielais ģeoloģiskais cikls izraisa Saules enerģijas mijiedarbība ar Zemes dziļo enerģiju un veic matērijas pārdali starp biosfēru un Zemes dziļākajiem apvāršņiem. Magmatiskie ieži vulkāniskās darbības un plākšņu kustības rezultātā paceļas no zemes dzīlēm, virspusē pārvēršas nogulumiežiem, pēc tam mobilajās zonās atkal nolaižas augstas temperatūras zonā, kur atkal pārkūst magmā. Un kustība tiek atkārtota vēlreiz. Lielajā ciklā ietilpst arī ūdens cikls: mitrums, kas iztvaikojis no okeāna virsmas, lietus veidā nokrīt virs zemes, no kurienes ūdens ieplūst atpakaļ okeānā.

1. Mazs vielu cikls (bioģeoķīmisks) notiek biosfērā, ko vada dzīvas būtnes. Atšķirībā no enerģijas, ko organisms savulaik izmantojis, pārvēršas siltumā un pazūd ekosistēmai, vielas cirkulē biosfērā, ko sauc par bioģeoķīmiskiem cikliem. No vairāk nekā 90 dabā sastopamajiem elementiem aptuveni 40 ir nepieciešami dzīviem organismiem. Viņiem svarīgākie un lielos daudzumos nepieciešami ir ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, slāpeklis. Skābeklis nokļūst atmosfērā fotosintēzes rezultātā, un to patērē organismi elpošanas laikā. Slāpeklis tiek izvadīts no atmosfēras slāpekli fiksējošo baktēriju darbības rezultātā un atdots tajā ar citām baktērijām.

Elementu un vielu cikli tiek veikti pašregulējošu procesu dēļ, kuros piedalās visas ekosistēmu sastāvdaļas. Šie procesi ir bez atkritumiem, jo ​​dabā nav nekā bezjēdzīga vai kaitīga.

Pastāv bioģeoķīmiskā cikla globālās slēgšanas likums biosfērā, kas darbojas visos tās attīstības posmos, kā arī noteikums par pieaugošu bioģeoķīmiskā cikla slēgšanu pēctecības laikā. Biosfēras evolūcijas procesā palielinās bioloģiskā komponenta loma bioģeoķīmiskā cikla slēgšanā. Cilvēkiem ir vēl lielāka loma bioģeoķīmiskajā ciklā. Bet viņa loma tiek veikta pretējā virzienā. Cilvēks izjauc esošos vielu ciklus, un tas izpaužas viņa ģeoloģiskais spēks, kas mūsdienās ir postošs biosfērai.

Kad dzīvība uz Zemes parādījās pirms vairāk nekā 3 miljardiem gadu, atmosfēra sastāvēja no vulkāniskām gāzēm. Tajā bija daudz oglekļa dioksīda un ļoti maz skābekļa (ja tāds bija), tāpēc pirmie organismi bija anaerobi. Tā kā ražošana vidēji pārsniedza elpošanu, ģeoloģiskā laika gaitā atmosfērā uzkrājās skābeklis un samazinājās oglekļa dioksīda saturs. Šobrīd oglekļa dioksīda saturs atmosfērā palielinās, sadedzinot lielu daudzumu fosilā kurināmā un samazinoties “zaļās jostas” absorbcijas spējai. Pēdējais ir pašu zaļo augu skaita samazināšanās rezultāts, kā arī tāpēc, ka putekļi un piesārņojošās daļiņas atmosfērā atspoguļo starus, kas nonāk atmosfērā.

Antropogēnās darbības rezultātā samazinās bioģeoķīmisko ciklu noslēgtības pakāpe. Lai gan tas ir diezgan augsts (dažādiem elementiem un vielām nav vienāds), tomēr tas nav absolūts, kā liecina skābekļa atmosfēras rašanās piemērs. Citādi evolūcija būtu neiespējama, jo visaugstākā bioģeoķīmisko ciklu noslēgtības pakāpe ir novērojama tropiskajās ekosistēmās – vissenākajā un konservatīvākajā.

Tādējādi nevajadzētu runāt par to, ka cilvēks maina kaut ko, kam nevajadzētu mainīties, bet gan par viņa ietekmi uz pārmaiņu ātrumu un virzienu un to robežu paplašināšanos, pārkāpjot dabas pārveidošanas mēra likumu. Pēdējais ir formulēts šādi: dabisko sistēmu darbības laikā nevar pārsniegt noteiktas robežas, kas ļauj šīm sistēmām saglabāt pašpietiekamas īpašības. Pasākuma pārkāpums pieauguma vai samazinājuma virzienā rada negatīvus rezultātus. Piemēram, izlietotā mēslojuma pārpalikums ir tikpat kaitīgs kā trūkums. Šī proporcijas sajūta ir zaudēta mūsdienu cilvēks kuri uzskata, ka biosfērā viņam ir atļauts viss.

Cerības pārvarēt vides grūtības jo īpaši saistās ar slēgtu tehnoloģisko ciklu izstrādi un nodošanu ekspluatācijā. Tiek uzskatīts par vēlamu cilvēka radīto materiālu transformācijas ciklus sakārtot tā, lai tie būtu līdzīgi dabiskajiem vielu aprites cikliem. Tad vienlaikus tiktu atrisinātas problēmas nodrošināt cilvēci ar neaizvietojamiem resursiem un dabas vides aizsardzība pret piesārņojumu, jo šobrīd tikai 1-2% no pasaules svara dabas resursi tiek pārstrādāts galaproduktā.

Teorētiski ir iespējami slēgti vielu transformācijas cikli. Tomēr pilnīga un galīga nozares pārstrukturēšana saskaņā ar vielas aprites principu dabā nav reāla. Vismaz īslaicīgs slēgtā tehnoloģiskā cikla pārtraukums ir gandrīz neizbēgams, piemēram, veidojot sintētisku materiālu ar jaunām, dabai nezināmām īpašībām. Šāda viela vispirms tiek rūpīgi pārbaudīta praksē, un tikai pēc tam var izstrādāt tās sadalīšanas metodes ieviešanas nolūkā. sastāvdaļas dabiskajos ciklos.

33. Biosfēra - definīcija. Mācīšana c. I. Vernadskis par biosfēru.

Terminu "biosfēra" izdomāja austriešu ģeologs E. Suess 1875. gadā, lai apzīmētu Zemes apvalku, kurā dzīvo dzīvi organismi.

Biosfēra dziļāk un plašāk ir parādīta Vladimira Ivanoviča Vernadska darbos.

BIOSFERE - tas ir dzīvības konteiners, sarežģīta, neatņemama sistēma, kuras dinamiskais līdzsvars izpaužas ar daudziem parametriem. Pats vārds "biosfēra" cēlies no vārdiem "bio" un "sfēra" - šī ir aktīvās dzīves zona, kas aptver atmosfēras apakšējo daļu, litosfēras augšējo daļu un hidrosfēru.

Biosfērā dzīvie organismi (dzīvā viela) un biotops ir organiski saistīti viens ar otru un mijiedarbojas viens ar otru, veidojot vienotu dinamisku sistēmu.

V.I. Vernadskis rakstīja: " Biosfēra - tā ir mūsu dzīves vide, tā ir “daba”, par kuru runājam sarunvalodā. Cilvēks, pirmkārt, ar savu elpošanu, savu funkciju izpausmēm ir nesaraujami saistīts ar šo “dabu”, pat ja viņš dzīvo pilsētā vai nomaļā mājā.

"Cilvēks... tāpat kā visi dzīvie organismi, tāpat kā jebkura dzīva viela, ir noteikta biosfēras funkcija... veido noteiktu biosfēras struktūras modeli."

BIOSFERE ir visu dabā esošo dzīvo būtņu kopums, kam ir savas robežas.

Vernadska pamatidejas par biosfēras problēmām attīstījās pagājušā gadsimta sākumā. Vernadskis biosfēru uzskatīja par dzīves jomu, kuras pamatā ir dzīvo un inerto vielu mijiedarbība. Pati biosfēra ir mūsu planētas ilgstošas ​​attīstības produkts.

Zinātnieks par galveno biosfēras iezīmi uzskatīja Saules enerģijas izraisīto ķīmisko savienojumu atomu migrāciju, kas izpaužas organismu vielmaiņas, augšanas un vairošanās procesā.

Šo biogēno migrāciju regulē divi bioģeoķīmiskie principi:

1) tiecas pēc maksimālas izpausmes - rodas dzīves “visur”;

2) noved pie organismu izdzīvošanas, kas palielina atomu bioloģisko migrāciju.

Pamatojoties uz to, mēs varam teikt BIOSFERE - šī ir zemes garozas zona, ko aizņem transformatori, kas kosmisko enerģiju pārvērš zemes enerģijā - elektriskā, ķīmiskā, mehāniskā, termiskā utt.

Biosfērā ietilpst:

1) dzīvie organismi;

2) biogēnās vielas (ogles, nafta, kaļķakmens u.c., organiskas dabas fosilie materiāli);

3) inerta viela (tās veidošanā nepiedalās dzīvas būtnes);

4) bioinerta viela (radīta ar dzīvo organismu palīdzību);

5) kosmiskas izcelsmes matērija.

Kopumā mēs raksturosim biosfēru atbilstoši atsevišķiem apvalkiem, ko tā aptver.

ATMOSFĒRA.

Tā garums ir 2-3 tūkstoši km. Dzīves robeža stiepjas līdz 10 km (sēnīšu un baktēriju sporas atrodas augstumā līdz 20 km). Atmosfēru veido čaumalas: troposfēra, stratosfēra un jonosfēra.

TROPOSFĒRA- atmosfēras apakšējais slānis, 15 km augsts, ietver gaisā suspendētus ūdens tvaikus, kas sajaucas ar nevienmērīgu Zemes virsmas karsēšanu.

STRATOSFĒRA- slānis, kas atrodas virs troposfēras līdz 40 km augstumam. Augšējā daļā brīvais skābeklis pārvēršas ozonā, kas veido ekrānu, kas absorbē dzīvajām būtnēm postošos kosmisko starojumu un īsviļņu ultravioletos Saules starus.

IONOSFĒRA- slānis, kas atrodas virs stratosfēras, kur dominē retinātās gāzes.

LITOSFĒRA.

Tā garums ir 30-70 km, un dzīves robežas ir 6-8 m (līdz 100 m). Tas ir cietais akmeņains Zemes apvalks. Litosfēras augšējo daļu veido nogulumieži. Zem tiem atrodas granīta un bazalta slāņi. Uz litosfēras virsmas atrodas augsne - Zemes slānis, ko maina atmosfēra un organismi. Dzīvo organismu atliekas augsnē sadala sadalītāji, kas ietver ķīmiskos elementus, ko ciklā izmanto zaļie augi. Augiem ir kosmiska loma, kas darbojas kā starpnieks starp Sauli un visu Zemes dzīvību, jo tie atbrīvo skābekli un sintezē organiskās vielas.

HIDROSFĒRA.

Tas aizņem 70% no Zemes virsmas, tā garums ir 11 km (Marianas tranšeja).

Tas ir Zemes ūdens apvalks, kas atrodas starp atmosfēru un zemes garozu. Pasaules okeāna vidējais dziļums ir 3,8 km, maksimālais dziļums līdz 11 km, tajā ir izšķīdināti līdz 100 ķīmisko elementu savienojumi un, kas īpaši svarīgi dzīvniekiem un augiem, skābeklis un oglekļa dioksīds. Dzīvie organismi, kas apdzīvo Pasaules okeānu, ir sadalīti planktons un bentoss.Planktons- apdzīvo ūdens stabu, un bentoss- piestiprināts apakšā. Okeānam ir liela ietekme uz klimatu – tas mīkstina karstumu un aukstumu. Apakšā notiek nogulumiežu nogulsnēšanās procesi.

Biosfēra ir pašregulējoša sistēma, kurā visi dzīvie organismi ir savstarpēji saistīti. Šī sistēma veidojās simtiem tūkstošu gadu un pastāvēja trīs attīstības posmi:

1) apakšējais paleolīts, kura laikā notika galvenā planētas biomasas veidošanās - augšējais paleolīts;

2) no augšējā paleolīta līdz mūsu tūkstošgades sākumam. Šis ir laiks, kad cilvēka, kurš sevi uzskata par augstāko būtni, iejaukšanās izraisīja pirmo lielo vides krīzi, kas noveda pie daudzu lielo dzīvnieku sugu izzušanas;

3) zinātnes un tehnikas progresa un neracionālas vides pārvaldības attīstība. Tas turpinās līdz pat šai dienai.

Lielus sasniegumus dabaszinātnēs guva V.I. Vernadskis. Viņam ir daudz darbu un viņš kļuva par bioģeoķīmijas, jaunas zinātnes nozares, dibinātāju. Tās pamatā ir biosfēras doktrīna, kuras pamatā ir dzīvās vielas loma ģeoloģiskajos procesos.

Biosfēras būtība

Mūsdienās ir vairāki biosfēras jēdzieni, no kuriem galvenais tiek uzskatīts par šādu: biosfēra ir vide visu dzīvo organismu pastāvēšanai. Reģions aptver lielāko daļu atmosfēras un beidzas ozona slāņa sākumā. Biosfērā ietilpst arī visa hidrosfēra un daļa litosfēras. Tulkojumā no grieķu valodas vārds nozīmē "bumba", un šajā telpā dzīvo visi dzīvie organismi.

Zinātnieks Vernadskis uzskatīja, ka biosfēra ir organizēta planētas sfēra, kas saskaras ar dzīvību. Viņš bija pirmais, kurš izveidoja holistisku doktrīnu un atklāja "biosfēras" jēdzienu. Krievu zinātnieka darbs sākās 1919. gadā, un jau 1926. gadā ģēnijs pasaulei prezentēja savu grāmatu “Biosfēra”.

Pēc Vernadska domām, biosfēra ir telpa, reģions, vieta, kas sastāv no dzīviem organismiem un to dzīvotnes. Turklāt zinātnieks uzskatīja, ka biosfēra ir atvasināta. Viņš apgalvoja, ka tā ir kosmiska rakstura planetāra parādība. Šīs telpas īpatnība ir “dzīvā matērija”, kas apdzīvo telpu un piešķir mūsu planētai unikālu izskatu. Ar dzīvo vielu zinātnieks saprata visus dzīvos organismus uz planētas Zeme. Vernadskis uzskatīja, ka biosfēras robežas un attīstību ietekmē dažādi faktori:

• dzīvā viela;
• skābeklis;
• oglekļa dioksīds;
• šķidrs ūdens.

Šo vidi, kurā koncentrējas dzīvība, var ierobežot augsta un zema gaisa temperatūra, minerālvielas un pārāk sāļš ūdens.

Biosfēras sastāvs pēc Vernadska

Sākotnēji Vernadskis uzskatīja, ka biosfēra sastāv no septiņām dažādām ģeoloģiski savienotām vielām. Tie ietver:

• dzīvā viela - šis elements sastāv no milzīgas bioķīmiskās enerģijas, kas rodas dzīvo organismu nepārtrauktas dzimšanas un nāves rezultātā;
• bioinerta viela – ko rada un apstrādā dzīvi organismi. Šie elementi ietver augsni, fosilo kurināmo utt.;
• inerta viela - attiecas uz nedzīvu dabu;
• biogēna viela - dzīvo organismu kopums, piemēram, mežs, lauks, planktons. To nāves rezultātā veidojas biogēnie ieži;
• radioaktīvā viela;
• kosmiskā viela – kosmisko putekļu un meteorītu elementi;
• izkliedēti atomi.

Nedaudz vēlāk zinātnieks nonāca pie secinājuma, ka biosfēras pamatā ir dzīvā viela, kas tiek saprasta kā dzīvo būtņu kopums, kas mijiedarbojas ar nedzīvu kaulu vielu. Arī biosfērā ir biogēna viela, kas tiek radīta ar dzīvo organismu palīdzību, un tie galvenokārt ir ieži un minerāli. Turklāt biosfērā ietilpst bioinerta viela, kas radusies dzīvo būtņu un inertu procesu savstarpējās attiecības rezultātā.

Biosfēras īpašības

Vernadskis rūpīgi pētīja biosfēras īpašības un nonāca pie secinājuma, ka sistēmas funkcionēšanas pamats ir bezgalīgā vielu un enerģijas cirkulācija. Šie procesi ir iespējami tikai dzīva organisma darbības rezultātā. Dzīvās būtnes (autotrofi un heterotrofi) savas pastāvēšanas laikā rada nepieciešamos ķīmiskos elementus. Tādējādi ar autotrofu palīdzību tiek pārveidota enerģija saules gaismaķīmiskos savienojumos. Heterotrofi savukārt patērē radīto enerģiju un noved pie organisko vielu iznīcināšanas minerālsavienojumos. Pēdējie ir pamats jaunu organisko vielu radīšanai ar autotrofiem. Tādējādi notiek vielu cikliska cirkulācija.

Pateicoties bioloģiskajam ciklam, biosfēra ir pašpietiekama sistēma. Ķīmisko elementu cirkulācija ir būtiska dzīviem organismiem un to pastāvēšanai atmosfērā, hidrosfērā un augsnē.

Biosfēras doktrīnas pamatnoteikumi

Vernadskis savos darbos “Biosfēra”, “Dzīves zona”, “Biosfēra un telpa” izklāstīja galvenos doktrīnas noteikumus. Zinātnieks iezīmēja biosfēras robežas, ieskaitot visu hidrosfēru kopā ar okeāna dzīlēm, zemes virsma (augšējais slānis litosfēra) un daļa atmosfēras līdz troposfēras līmenim. Biosfēra ir neatņemama sistēma. Ja kāds no tā elementiem nomirst, biosfēras apvalks sabruks.

Vernadskis bija pirmais zinātnieks, kurš izmantoja jēdzienu "dzīvā matērija". Viņš definēja dzīvi kā matērijas attīstības fāzi. Tieši dzīvie organismi pakārto citus procesus, kas notiek uz planētas.

Raksturojot biosfēru, Vernadskis norādīja šādus punktus:

• biosfēra ir organizēta sistēma;
• dzīvie organismi ir dominējošais faktors uz planētas, un tie ir izveidojušies pašreizējais stāvoklis mūsu planēta;
• Zemes dzīvi ietekmē kosmiskā enerģija

Tādējādi Vernadskis lika pamatus bioģeoķīmijai un biosfēras teorijām. Daudzi viņa izteikumi ir aktuāli mūsdienās. Mūsdienu zinātnieki turpina pētīt biosfēru, taču viņi arī pārliecinoši paļaujas uz Vernadska mācībām. Dzīvība biosfērā ir izplatīta visur un visur dzīvo dzīvi organismi, kas nevar pastāvēt ārpus biosfēras.

Secinājums

Slavenā krievu zinātnieka darbi tiek izplatīti visā pasaulē un tiek izmantoti mūsu laikā. Vernadska mācību plašo pielietojumu var redzēt ne tikai ekoloģijā, bet arī ģeogrāfijā. Pateicoties zinātnieka darbam, cilvēces aizsardzība un aprūpe mūsdienās ir kļuvusi par vienu no aktuālākajiem uzdevumiem. Diemžēl ar katru gadu arvien vairāk rodas problēmas ar vidi, kas apdraud biosfēras pilnvērtīgu pastāvēšanu nākotnē. Šajā sakarā ir nepieciešams nodrošināt ilgtspējīgu sistēmas attīstību un līdz minimumam samazināt negatīvās ietekmes uz vidi attīstību.

biosfēra, saskaņā ar akadēmiķa V.I. Vernadskis ir Zemes ārējais apvalks, ieskaitot visu dzīvo vielu un tās izplatības zonu (biotopu). Biosfēras augšējā robeža ir aizsargājošais ozona slānis atmosfērā 20-25 km augstumā, virs kura dzīvība nav iespējama ultravioletā starojuma iedarbības dēļ. Biosfēras apakšējā robeža ir: litosfēra līdz 3-5 km dziļumam un hidrosfēra līdz 11-12 km dziļumam (1.3. att.).

Biosfēras sastāvdaļas: atmosfēra, hidrosfēra, litosfēra – veic svarīgākās funkcijas dzīvības nodrošināšanai uz Zemes.

Biosfēra radās aptuveni pirms 4,5 miljardiem gadu un izgāja cauri vairākiem evolūcijas attīstības posmiem: no sākotnējā organisko vielu cikla līdz bioloģiskajam ciklam – nepārtrauktai vielas un enerģijas apmaiņai starp dzīviem organismiem un vidi visā organismu dzīves laikā un pēc tam. viņu nāve.

Svarīgākās biosfēras sastāvdaļas ir:

Dzīvās vielas (augi, dzīvnieki, mikroorganismi);

Organiskas izcelsmes biogēna viela (ogles, kūdra, augsnes trūdviela, eļļa, krīts, kaļķakmens utt.);

Inerta viela (neorganiskas izcelsmes ieži);

Bioinerta viela (dzīvu organismu iežu sabrukšanas un apstrādes produkti).

Saskaņā ar V.I. Vernadskis, dzīvā viela ir biosfēras brīvās enerģijas nesēja un ir saistīta ar nedzīvu vielu ar biogēnu atomu migrāciju. Dzīvo organismu sausnas biomasa uz Zemes, ieskaitot aptuveni 500 tūkstošus augu sugu un 1,5 miljonus dzīvnieku sugu, ir ārkārtīgi liela un sastāda aptuveni 2,4232 * 10 12 tonnas. Ikgadējais dzīvās vielas pieaugums uz Zemes ir aptuveni 8,8 * Caur šiem dzīvajiem organismiem izgāja 10 11 tonnas liels daudzums litosfēras augšdaļas, atmosfēras un hidrosfēras elementu.

Svarīgi attiecībās starp organismiem ir ēdiens— trofiskais faktors(no grieķu val trofeja- ēdiens). Primārās organiskās vielas rada zaļie augi (ražotāji - ražotāji), izmantojot saules enerģiju. Viņi patērē oglekļa dioksīdu, ūdeni, sāļus un atbrīvo skābekli.

Patērētāji (patērētāji) var iedalīt divos pasūtījumos:

I - organismi, kas barojas ar augu pārtiku;

II - organismi, kas barojas ar dzīvnieku barību.

Sadalītāji(reducējošie līdzekļi) - organismi, kas barojas ar bojājošiem organismiem, baktērijām un sēnītēm. Šeit īpaši liela loma ir mikroorganismiem, kas pilnībā iznīcina organiskās atliekas un pārvērš tos galaproduktos (minerālsāļi, oglekļa dioksīds, ūdens, vienšūņi organisko vielu), nonākot augsnē un atkārtoti patērējot augiem.

Visi dzīvnieki un augi ir selektīvi pārtikas sastāvā, atkarībā no nepieciešamības pēc noteiktiem minerālelementiem. Dzīvnieki un augi ir nepieciešami vides faktori attiecībā pret citiem dzīvniekiem un augiem, tie ir savstarpēji nepieciešami.

Jebkurš organisms ir pielāgots pastāvēšanai diezgan šaurās mainīgo apstākļu robežās. vide, un vides parametru novirzīšanās ārpus noteiktajām robežām nozīmē noteiktas sugas dzīvībai svarīgās aktivitātes nomākšanu vai tās nāvi. Organisma (apgabala) izplatības robežas nosaka attiecīgā organisma nepieciešamo prasību atbilstība vides apstākļiem (faktoriem). Katra suga ieņem vietu, ko nosaka tās prasības pret teritoriju, barību, vairošanos un citām ķermeņa funkcijām. Šo vides parametru kopumu sugas dzīvotnei, vietai, ko tā ieņem biosfērā, sauc ekoloģiskā niša. Visi faktori ekoloģiskajā nišā ir savstarpēji saistīti: izmaiņas vienā no tiem nozīmē izmaiņas citos.

Dzīvo organismu spēju pielāgoties vides faktoriem raksturo ekoloģiskā valence, vai plastiskums.

Dzīvie organismi atrodas pastāvīgā mijiedarbībā ar vidi, kas sastāv no daudzām parādībām, apstākļiem, elementiem, kas mainās laikā un telpā, t.s. vides vides faktori. Tie ir jebkuri vides apstākļi, kuriem ir ilgtermiņa vai īslaicīga ietekme uz dzīviem organismiem, kas uz šīm ietekmēm reaģē ar adaptīvām reakcijām. Tie ir sadalīti abiotisks(faktori nedzīvā daba) Un biotisks(dzīvās dabas faktori). Šobrīd pieņemtā vides vides faktoru klasifikācijas versija ir prezentēta tabula 1.2.

Galveno abiotisko faktoru raksturojums, kas jāņem vērā, restaurējot arhitektūras pieminekļus, ir doti. Pielikums 1.1. Tas ir atmosfēras sastāvs; punktu attiecība 12 punktu seismiskajā skalā ar zemestrīču stiprumu; seismiskais mērogs; vēja spēka skala.

Biotiskie vides faktori nosaka attiecības starp organismiem. Šos faktorus šajā gadījumā sauc par trofiskiem, t.i. ēdiens.

Vides faktori jaunatklāto ķīmisko vielu ietekmē, kas dabā neeksistē, un cilvēka radītās cilvēka radītās sastāvdaļas ir ļoti mainītas. Parādās piesārņotāji, kas izraisa saprofītiskās (saglabājot līdzsvaru ekosistēmā) mijiedarbību dabiskajā vidē. To bieži pavada dzīvnieku un augu nāve, tas izraisa funkciju traucējumus, visu dzīvo būtņu nāvi un zemes pārtuksnešošanos. Dominējošās sugas mikrobiotā kļūst patogēni mikroorganismi, ko var klasificēt kā bioloģiskos piesārņotājus. Negatīvi mainās atmosfēras sastāvs, palielinās gruntsūdeņu un gruntsūdeņu agresivitāte. Planēta piedzīvo sasilšanu, ozona slāņa noārdīšanos, un skābie lietus kļūst arvien biežāki.

Visi šie faktori ietekmē ne tikai dzīvos organismus (arī cilvēkus), bet arī pieminekļus, un pat viena no tiem neņemšana vērā var ietekmēt restaurācijas kvalitāti un pat izraisīt pieminekļa bojāeju.

Dzīvie organismi dabā pastāv formā populācijas - vēsturiski izveidojušās noteiktas sugas indivīdu dabiskās populācijas, ko saista attiecības un adaptācija noteiktas teritorijas vai cita biotopa (biotopa) apstākļos. Dabiskos apstākļos iedzīvotāju skaits un blīvums nav nejauši to nosaka regulējoši (kontrolējoši) vides faktori. Tiek saukta vides spēja atbalstīt organisma vai populācijas normālu darbību Ecosi jaudakātiem.

Ekoloģiskā sistēma (ekosistēma) ir savstarpēji saistītu un savstarpēji atkarīgu kopdzīves kopums dažādi veidi organismi un to pastāvēšanas apstākļi. Savienots ekosistēmā biocenoze(dzīvu organismu kopiena kopā) un biotops(biotops). Galvenie dabisko ekosistēmu veidi uz zemeslodes ir uzskaitīti rīsi. 1.4.

Akadēmiķis V.N. Sukačovs ierosināja koncepciju biogeocenoze(no grieķu val bios- dzīve, Gaia - Zeme, cenoze - vispārēja) ir dzīvo organismu un to apkārtējās abiotiskās vides dabiska sistēma, ko savieno vielu, enerģijas un informācijas apmaiņa. Tagad termini “ekosistēma” un “biogeocenoze” tiek uzskatīti par gandrīz sinonīmiem.

Biogeocenoze ietver:

Augu sastāvdaļa (fitocenoze);

Dzīvnieku sastāvdaļa (zoocenoze);

Mikroorganismi (mikrobiocenoze);

Augsne un augsne-gruntsūdeņi, mijiedarbībā ar augu, dzīvnieku sastāvdaļām un mikroorganismiem, kas veido edafotopu;

Atmosfēra, kas, mijiedarbojoties ar citām sastāvdaļām, veido klimatu;

Nedzīvā daba, kas ir inerta viela, ir ekotops.

Tādējādi biogeocenoze ir telpiski izolēta, neatņemama biosfēras elementāra vienība, kuras visas sastāvdaļas ir cieši savstarpēji saistītas. Biogeocenozes galvenās sastāvdaļas ir trīs organismu grupas - augi, dzīvnieki un mikrobi, ar kuru palīdzību vielas pārvietojas no vienas sastāvdaļas uz otru, atspoguļojot vispārzināmu vispārēju modeli. vielu cikls dabā.

Biogeocenozes ekoloģiskās sastāvdaļas(vai ainavas, vai vidi veidojošās sastāvdaļas) ekoloģijā tiek uzskatītas par ekoloģisko sistēmu galvenajām materiāla un enerģijas sastāvdaļām. Viņiem, saskaņā ar N.F. Reimers (1.5. attēls), ietver: enerģiju, gāzu sastāvu (atmosfēru), ūdeni (šķidrais komponents), augsnes substrātu, autotrofiskos ražotājus (augus) un heterotrofos organismus (patērētājus un sadalītājus). Šodien šim vides komponentu sarakstam tiek pievienota informācija.

Tajā pašā laikā visas vides sastāvdaļas ir dabas resursi, kuru kvalitāte nosaka cilvēka dzīves kvalitāti, un to savstarpējās mijiedarbības antropogēni traucējumi var samazināt šo kvalitāti.

Reālās ekosistēmās cikls parasti ir atvērts, jo dažas vielas atstāj ekosistēmu, bet dažas nāk no ārpuses. Bet kopumā cikla princips dabā paliek nemainīgs. Vienkāršākas ekosistēmas tiek apvienotas kopējā planētu ekosistēmā (biosfērā), kurā pilnībā izpaužas vielu cikls - dzīvība uz Zemes radās pirms miljardiem gadu, un, ja nebūtu dzīvībai nepieciešamo vielu slēgtas plūsmas, to rezerves būtu bijušas sen izsmelts un dzīve būtu beigusies.

Cilvēka iejaukšanās negatīvi ietekmē asinsrites procesus. Piemēram, mežu izciršana vai augu vielu asimilācijas procesu pārtraukšana piesārņojuma rezultātā noved pie oglekļa asimilācijas intensitātes samazināšanās. Organisko elementu pārpalikums ūdenī, kas rodas rūpniecisko notekūdeņu ietekmē, izraisa rezervuāru sabrukšanu un pārmērīgu ūdenī izšķīdinātā skābekļa patēriņu, kas izslēdz iespēju šeit attīstīties aerobām (skābekli patērējošām) baktērijām. Dedzinot fosilo kurināmo, fiksējot atmosfēras slāpekli rūpnieciskajos produktos un saistot fosforu sintētiskajos mazgāšanas līdzekļos, cilvēki izjauc šo elementu ciklu.

Vielu aprite dabā nozīmē vispārēju vietas, laika un procesu ātruma konsekvenci dažādos līmeņos - no populācijas līdz biosfērai. Šo dabas parādību konsistenci sauc ekoloģiskais līdzsvars;Šis līdzsvars ir mobils, dinamisks.

Ekoloģiskā sistēmā (bez cilvēka iejaukšanās) tiek saglabāts līdzsvars, kas izslēdz noteiktu trofisko ķēžu posmu neatgriezenisku iznīcināšanu. Cilvēks savas darbības procesā pastāvīgi ietekmē ekosistēmu kopumā, kā arī tās atsevišķās saites. Tas var izpausties kā jaunu komponentu, tostarp piesārņotāju, ievadīšana ekosistēmā vai atsevišķu komponentu iznīcināšana (dzīvnieku nošaušana, mežu izciršana utt.). Šīs ietekmes ne vienmēr un ne uzreiz noved pie visas sistēmas sabrukšanas vai tās stabilitātes izjaukšanas. Taču sistēmas uzturēšana nenozīmē, ka tā ir palikusi nemainīga. Sistēma tiek pārveidota, un ir ārkārtīgi grūti novērtēt notikušo izmaiņu skaitu un virzienu.

Cilvēka ražošanas darbības rezultātā starp dabu un sabiedrību ir radies jauns vielmaiņas un enerģijas process (saglabājot bioloģisko apmaiņu) - antropogēnā apmaiņa, kas būtiski maina vielu planetāro ciklu, krasi to paātrinot. Antropogēnā apmaiņa atšķiras no biotiskā cikla ar to, ka tā nav slēgta pēc būtības. Antropogēnās apmaiņas ievade ir dabas resursi, un produkcija ir rūpniecības un sadzīves atkritumi. Antropogēnās apmaiņas ekoloģiskā nepilnība slēpjas faktā, ka koeficients izdevīga izmantošana dabas resursu, kā likums, ir ārkārtīgi maz, un ražošanas atkritumi piesārņo dabisko vidi. Turklāt daudzi no tiem nesadalās līdz dabiskajam stāvoklim. Strauji palielinās antropogēnās apmaiņas mērogs un ātrums, radot ievērojamu spriedzi biosfērā.

Ieslēgts pēdējais posms biosfēras attīstība, cilvēka darbība ir kļuvusi par spēcīgu spēku, neatgriezeniski un mērķtiecīgi mainot dabisko vidi. Veidojas biotehnosfēra - cilvēces sociālās un zinātniski tehniskās attīstības sekas. Attiecības starp dabu un cilvēku daudzos gadījumos ir nelīdzsvarotas, izraisot vides depresiju (jo īpaši arhitektoniskās un vēsturiskās vides iznīcināšanu), kas var izraisīt biosfēras degradāciju.

Veidoja celtnieki jauna sistēma var saukt par dabisko tehnogēno (PTS). Tā veidošanās process, ja tas netiek pielāgots vides komponentiem (citiem vārdiem sakot, saskaņā ar ekosistēmu attīstības likumiem), parasti noved pie dabas pārkāpumiem.

mijiedarbība dabiskajā sistēmā, galvenokārt tāpēc, ka tajā tiek ievesti “sveši” komponenti, kurus ekosistēma var uztvert kā piesārņotājus. Šo mijiedarbību nenovērtēšana būvdarbu laikā nav pieļaujama, jo tā noved pie būvniecības kvalitātes pazemināšanās un pasliktina dzīves vides kvalitāti.

Videi nedroša būvnieku un restauratoru darbība rada neatgriezenisku kaitējumu dabas ainava un ekosistēmas informācijas komponents. Kā atzīmē Prutsyn O.I., tiek iznīcināta arhitektoniskā un vēsturiskā vide*: “Tiek izjaukts telpisko kompozīciju siluets, visas struktūras harmoniskā subordinācija un ansambļa vienotība. Pilnībā jāsaglabā vēsturiskajā periodā sasniegtais siluets un proporcionalitāte, jo, pateicoties klasiskajām proporcijām, tās var viegli apvienot ar jebkuru gaidāmo attīstību.”

Nedrīkst aizmirst, ka ainava ir visaptveroša un mūžīga realitāte, kurā cilvēks pastāvēja pirmspilsētu laikmetā. Tieši nevainojamā ainavas izjūta bija raksturīga cilvēkiem pagājušajos gadsimtos, kad ēkas saplūda ar dabisko vidi. Pagātnes un šodienas arhitektūra pārstāv izcilības skolu arhitektūrā un pilsētplānošanā Krievijā. Jau no 11. gs. Pilsētas varas iestādes uzlika izstrādātājiem pienākumu ievērot pilsētplānošanas noteikumus un likumus, kas regulē attiecības starp arhitektūru un dabu. Krievijā kopš 11. gadsimta. Spēkā bija Bizantijas “Pilsētas likums”, kas ierakstīts stūrmaņu grāmatās**. Starp viņa noteikumiem bija, piemēram: “Tikai tad ēka ir patiesi redzama, ja tā atrodas sakārtotā vietā. Pirms būvniecības rūpīgi pārbaudiet teritoriju. Izvēlieties vietu tā, lai ēka netraucētu dabai.” Vai arī šie: “...pavēlam, lai tie, kas atjauno pussagruvušu pagalmu, neatņem savam kaimiņam gaismu un neatņem viņam izskatu, nemaina sākotnējo tēlu”; "...neaizsedziet kaimiņam ar varu skatu, ja viņš, stāvot savā pagalmā, tieši redz jūru." Un šodien būvniecības un restaurācijas darbībās “dabiskajai” loģikai jākļūst par fundamentālu.

Saprātīgas attieksmes pret dabas aizsardzību veidošanās stadijā būtu jāveic pakāpeniska biotehnosfēras pārveide par noosfēra - saprāta sfēra, kas, pēc V.I.Vernadska domām, ir neizbēgams un dabisks biosfēras attīstības posms.

Pierādījums šādas transformācijas sākumam ir ANO pieņemtais jēdziens “ilgtspējīga attīstība”, “ilgtspējīga būvniecība”, “ilgtspējīga atjaunošana”, kas ir tieši saistīts ar jēdzienu “ekoloģiskā ilgtspēja”. Pēdējais nozīmē ekosistēmas spēju saglabāt savu struktūru un funkcionālās īpašības ja tiek pakļauti ārējiem faktoriem. Bieži vien “vides ilgtspējība” tiek uzskatīta par vides stabilitātes sinonīmu.

Tālāk ir sniegti pamatjēdzieni un prasības saistībā ar vides ilgtspējības kategoriju. Viņu izpratne nepieciešama vides pārvaldības aktuālo problēmu risināšanai būvniecības un restaurācijas darbības jomās, komfortablas dzīves vides veidošanai un darbības stratēģijas noteikšanai “ilgtspējīgas attīstības”, “ilgtspējīgas būvniecības”, “ilgtspējīgas restaurācijas” jomās.

* Prucins O., Rimaševskis B., Borusevičs V. Arhitektoniski vēsturiskā vide. - M.: Stroyizdat, 1990.

** Alferova G.V. Stūrmaņa grāmata kā vērtīgākais senkrievu pilsētplānošanas mākslas avots // Bizantijas pagaidu grāmata, 1973. - T. 35.