Стабильность биосферы

Наряду с биологическим круговоротом в биосфере протекает и круговорот воды, источником энергии для которого служит излу­чение Солнца. В этом круговороте активно участвуют и живые организмы. Особенно велика роль транспирирующих растений, на создание единицы продукции которых требуется в сотни раз больше транспирируемой влаги.

В пределах ландшафтов круговорот воды заключается в испа­рении ее с поверхности почвы, водоемов и растений, концентриро-вании облаков и выпадении осадков. В пределах всей планеты этот круговорот выражается в водообмене океаны—материки. Во­да, испаряемая с поверхности океана, переносится ветрами на ма­терики, выпадает над ними и с речным и подземным стоком вновь возвращается в океан. Круговорот воды—главный агент механи­ческой работы в биосфере, тогда как биологический круговорот обусловлен в основном химическими процессами, которые сопро­вождаются превращением химической энергии. Та работа, которая совершается на Земле водами,—выветривание, растворение и т. п.—производится или при участии живых организмов, иля за счет продуктов их жизнедеятельности. Перемещение воды осу­ществляет в биосфере процессы эрозии, транспорта, перераспре­деления, осаждения и накопления механических и химических осадков на суше и в океане.

Солнечная энергия вызывает' также планетарные перемеще­ния воздушных масс в результате их неравномерного нагревания. Возникают грандиозные процессы атмосферной циркуляции, ко­торые носят ритмический, сезонный характер.

Все эти планетарные процессы на Земле тесно переплетены, образуя общий, глобальный круговорот вещества, перераспреде­ляющий энергию, поступающую от Солнца. Он осуществляется че­рез систему более мелких, локальных круговоротов. К этим цик­лам подключаются тектонические процессы, обусловленные вул­канической деятельностью и движением океанических плит в зем­ной коре. В результате на Земле поддерживается большой геоло­гический круговорот веществ.

Любой малый биологический круговорот характеризуется мно­гократным включением атомов в тела живых организмов и выхо­дом их в непосредственно окружающую среду, откуда они вновь могут быть использованы организмами. Скорости этих включений и время удержания атомов в составе биомассы для каждой конк­ретной экосистемы различны. Биологический круговорот поэтому характеризуется следующими показателями: 1) емкостью биоло­гического круговорота— количеством химических элементов, на­ходящихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме; 2) скоростью биологического круговорота — количе­ством живого вещества, образующегося и разлагающегося в еди­ницу времени.

Для различных ландшафтов скорость биологического круго­ворота можно определить, учитывая ежегодный абсолютный при­рост биомассы, ежегодный относительный прирост (в % от био­массы), а также ежегодный абсолютный и относительный опад растительности.

Скорость биологических круговоротов на суше составляет го­ды и десятки лет, а в водных экосистемах—несколько дней или недель.

Биологический круговорот суши и биологический круговорог гидросферы объединяют круговороты отдельных ландшафтов по­средством водного стока и атмосферных перемещений. Особенно большую роль циркуляция атмосферы и воды играет в объедине­нии всех материков и океанов в единый круговорот биосферы.

Большой геологический круговорот вовлекает осадочные по­роды в глубь земной коры, надолго выключая содержащиеся в них элементы из системы биологического круговорота. В ходе геоло­гической истории метаморфизированные осадочные породы, вновь оказавшись на поверхности Земли, постепенно разрушаются дея­тельностью живых организмов, воды и воздуха и снова включа­ются в биосферный круговорот.

Для каждого элемента характерна своя скорость миграции в малых и больших циклах. Весь кислород атмосферы проходит через живое вещество за 2 тыс., а весь углекислый газ—за 300 лег. Локальные круговороты осуществляются значительно быстрее.

Атмосфера, океан и осадочные породы служат долговремен­ными резервуарами биогенных элементов. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная эко­система, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообра­зии живых организмов, отдельные группы которых выполняют раз­личные функции в поддержании общего потока вещества и рас­пределении энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласованности циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных рз-зервуаров В биосфере действуют сложные системы обратных свя­зей и зависимостей.

Как показывают исследования, по крайней мере последний 600 млн. лет, начиная с кембрия, характер основных круговоро­тов на Земле существенно не менялся. Осуществлялись фундамен­тальные геохимические процессы, характерные и для современной

эпохи: накопление кислорода, связывание инертного азота осаж­дение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение же­лезных и марганцевых руд и сульфидных минералов, накопление фосфора и т д Менялись лишь скорости этих процессов По види­мому, не менялся существенно и общий поток атомов, вовлекае­мых в живые организмы Есть основание считать, что масса живо­го вещества оставалась приблизительно постоянной начиная с кар­бона, т. е биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме круговоротов Стабильное состояние биосферы обуслов­лено в первую очередь деятельностью самого живого вещества, обеспечивающей определенную скорость фиксации солнечной энер­гии и биогенной миграции атомов Таким образом, жизнь на Зем­ле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ей возможность развиваться бесконечно долго

Однако стабильность биосферы имеет определенные пределы и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями

Выступая как важнейший агент связывания и перераспределе­ния на поверхности Земли космической энергии, живое вещесг-во выполняет тем самым функцию космического значения.

Однако в настоящее время на Земле появилась новая <и.да, по мощности воздействия на поверхностные оболочки планеты почти не уступающая суммарному действию живых организмов — человечество с его социальными законами развития и мощной тех­никой, позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современное человечество использует не только огромные энерге­тические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряя геохимические преобразования при­роды Некоторые процессы, вызванные технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению к естествен­ному ходу их в биосфере (рассеивание металлов руд, углерода и других биогенных элементов, торможение минерализации и гуми­фикации, освобождение законсервированого углерода и его окисле­ние, нарушение крупномасштабных процессов в атмосфере, влия­ющих на климат, и т п).

В И Вернадский считал возможным говорить даже об авто-трофной роли человечества, понимая под этим возрастающие масштабы искусственного синтеза органических материалов, раз­личных полимеров и других веществ, часто даже не имеющих аналогов в живой природе

Современная деятельность человека во многом нанесла непред­виденный ущерб окружающей среде, 4io в конечном итоге угро­жает дальнейшему развитию самого человечества. Эти измене­ния на данном этапе еще не являются непоправимыми Поэтому одна из основных задач современной экологии—это изучение ре­гуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамен­та ее рационального использования Основные законы функциони­рования биосферы уже вырисовываются, но преде гоит еще мно­гое сделать объединенными усилиями экологов всех стран мира.