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 должен быть ясен смысл научных определений биосферы. Чтобы полнее выразить суть биосферы, дадим два определения. По В.Д. Малиновскому, биосфера – это глобальная открытая динамическая оболочечная система Земли со свойством саморегуляции (гомеостаза). Кибернетически централизованная система, в которой живое вещество играет роль ведущего центра в функционировании системы в целом.

Другое определение – по Лапо – более развёрнутое. Биосфера – это «пронизанная жизнью и сформированная ею наружная оболочка Земли, развитие которой определяется постоянным притоком космической (главным образом солнечной) энергии. Биосфера Земли характеризуется присутствием жидкой воды и широким развитием низкотемпературных реакций… Биосфера продуцирует наружу – газовую оболочку, вовнутрь планеты – оболочку осадочных пород („былые биосферы“, или „метабиосферу“)».

В завершение общей характеристики биосферы следует сказать, что только в её условиях мог появиться человек, носитель разума. Человек с помощью биосферы создал свою цивилизацию, подошёл вместе с биосферой в своём развитии к порогу новой стадии развития биосферы – к порогу ноосферы, сферы разума. Но об этом в третьем разделе книги.

Глава 3. О границах биосферы

О зарождении биосферы. Освоение жизнью трёх разнофазных оболочек Земли. Особая роль магнитосферы. Об областях и границах биосферы.

Приведём исходные «паспортные» данные биосферы. Родилась она на Земле, как установлено наукой – три с половиной миллиардов лет назад. Научная общественность не сомневается, что мать биосферы – Земля. А вот насчёт отца мнения расходятся. Правда, Вернадский и другие великие умы сходились на том, что биосфера, как и жизнь, имеет космическое происхождение.

Обстоятельства рождения тоже не прояснены: откуда и как появился генетический код? Почему живое использует только левовращающие основания и аминокислоты? И так далее. Но на одном Вернадский настаивал – биосфера появилась чуть ли не одновременно с жизнью на Земле, а именно: жизнь, едва сама зародившись, уже имела биосферный, экосистемный характер. То есть, при зарождении она уже существовала в виде первичных экосистем, представляющих собой сообщество разных организмов, состоящих из множества различных видов. Таким образом, Вернадский постулирует изначальный видовой полифилетизм в биосфере в отличие от дарвиновского монофилетизма. Современная наука всё более это подтверждает. Так Т. Чеховская пишет: «…палеонтологами было доказано многоствольное происхождение большинства хорошо изученных групп животных: рыб, пресмыкающихся, млекопитающих». Академик Б.С. Соколов констатирует: «В целом становится ясно, что эволюционное развитие шло не одним-единственным путём. Мы не знаем, как связать родственные стволы многих беспозвоночных: ниже границы кембрия сейчас опущены корешки целого ряда ветвей эволюционного дерева, и они не сходятся… И сойдутся ли вообще?!»^[5]

А теперь приведём количественную характеристику биосферы. Современная биосфера (со всеми её геологическими слоями-оболочками) имеет массу около 0,05 % массы Земли. Объём – около 0,4 % объёма Земли. Масса живого вещества биосферы составляет 3·10^-8 % – 5·10^-8 % массы Земли или 0,7·10^-4 % – 1,0·10^-4 % массы биосферы.

Норвежский учёный В.М. Гольдшмидт привёл такое сравнение: «если литосферу представить в виде каменной чаши весом 13 фунтов, то гидросфера, заключённая в этой чаше, весила бы 1 фунт, атмосфера соответствовала бы весу медной монеты, а живое вещество, почтовой марки». (цитируется по А.И. Перельман)

Биосфера, охватывает три внешние, резко отличающиеся оболочки Земли: газообразную (атмосферу), жидкую (гидросферу) и твёрдую (литосферу). Живое любит разнообразие – вот оно и заселило все эти три разных фазы вещества, три разных оболочки Земли. Возможно, эта трёхфазность биосферы и была одним из тех необходимых важнейших условий, обусловивших появление жизни на Земле.