Биологический круговорот. 
Биосфера в условиях экологического кризиса

В природе известны три вида эволюции: неорганическая, органическая (биологическая) и социальная. Неорганическая эволюция протекает очень медленно, ее практически невозможно наблюдать в целом.

Непосредственно можно лишь изучать отдельные компоненты, отдельные ее слагающие процессы. Известно, что геологические преобразования на нашей планете заняли несколько миллиардов лет, вследствие чего этот вид эволюции не могут охватить наблюдением даже несколько поколений исследователей. Изучение же неорганической эволюции осуществляется астрономией (образование космических тел, галактик, звезд и т. п.).

Биологическая эволюция протекает значительно быстрее с нарастанием темпов. Если жизнь возникла на Земле около 4 млрд. лет назад, то человек — всего 3,5−4 млн. лет назад. В сравнении со сроками и масштабами процессов, изучаемых в астрономии, просто незначительно. Различные биогеохимические циклы могут укладываться в тысячи и сотни лет и даже меньше.

За время существования органической жизни элементы, вовлеченные в биологический круговорот, проходили через экосистемы многократно. Полное обновление живого вещества в биосфере осуществляется за.

8 лет, но в разных геосферах это не совсем так: на суше вся фитомасса (масса растительного вещества) обновляется за 14 лет, а вот в океане вся биомасса проходит круговорот всего за 33 дня, а фитомасса — даже за 24 ч. Диоксид углерода в биологическом круговороте обновляется за 300 лет.

Социальная эволюция осуществляется, как известно, еще более значительными темпами.

Живые организмы, населяющие все геосферы, действуют как целостная система в силу того, что они в биосфере функционально взаимообусловлены. Природные границы рассматриваются как биологически активные зоны. Для них выявлен «пограничный эффект», который заключается в том, что именно на границах между средами отмечено высокое разнообразие населяющих их живых организмов, через эти границы зафиксирован не только значительный объем переноса вещества, но и огромные потоки энергии и информации. В частности, важную роль в обмене веществ между геосферами играет речной сток, который вносит в шельфовые зоны морей, приустьевые зоны огромное количество органических соединений и биогенных элементов, обеспечивающих развитие гидробионтов. В устьях рек в регионах мангровых зарослей обитает почти две трети промысловых рыб.

Биосфера как целостная функциональная система имеет достаточно сложную иерархическую структуру, в частности на уровне геосфер выделяются — морские экосистемы, пресные водоемы, суша, ландшафтно-климатические зоны и др. Главнейшей функцией биосферы как целостной глобальной функциональной системы является поддержание жизни в устойчивом, эволюционном режиме, или в динамическом равновесии. Реализация устойчивого поддержания жизни обеспечивается единством геосфер и базируется на непрерывном круговороте веществ, который связан в единый процесс движения потоков энергии и информации.

Принцип круговорота реализуется не только на биосферном уровне, но и на уровне экосистем. При этом круговорот веществ имеет взаимопроникающий, взаимно поддерживающий и даже компенсирующий характер. Необходимо учитывать, что функционирование биосферы не ограничивается каким-то одним навсегда установившимся объемом органических и неорганических веществ, а при наличии средообразующего фактора биосфера вовлекает в процесс новые абиотические составляющие. Так совершается переформирование горных пород, образование почв и изменение их плодородия, некоторые колебания состава атмосферы и гидросферы и их физических параметров.

Одним из фундаментальных свойств биосферы является ее способность самоподдержания. В рамках эволюционного развития биосфера может быть рассмотрена как структурированная высоко организованная целостная система с активными механизмами саморегуляции. По мнению В. И. Вернадского (1989), «Организованность биосферы — организованность живого вещества — должна рассматриваться как подвижное равновесие» (с. 182). Это равновесие поддерживается за счет непрекращающегося взаимодействия живого и косного вещества, через непрерывный «биогенный ток из живого вещества в косное, и обратно.

Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, питании и размножении" (с. 183). В результате многочисленных биогеохимических процессов осуществляется поддержание газового состава атмосферы, солевого состава морских вод, теплового режима в приповерхностной части нашей планеты.

В целом же все сказанное подтверждается сущностью наиболее главных биосферных процессов: фотосинтеза, клеточного дыхания и разложения, энергетических превращений в организмах.

Если рассматривать вопрос о регуляторных возможностях биосферы, то необходимо сказать, что если замыкаться в данном случае на представлениях о биосфере только в обобщенном виде, то многие из процессов, протекающих в природной среде, не могут быть достаточно ясно объяснены. Главным представляется, что регуляторная функция биосферы чувствительна к конкретным живым организмам и к формам их взаимодействия.

Современные ученые, последователи идей В. И. Вернадского считают, что подробное изучение поведения сложных систем на границе перехода от атмосферы к водной среде или литосфере, не может быть предметом исследования одной какой-то конкретной науки, занимающейся соответствующим компонентом окружающей среды. Этим должна заниматься экология. Сам В. И. Вернадский считал, что недопустимо рассматривать по отдельности природные воды и воздух над ними, а только во взаимодействии.

Постоянно происходящие процессы сорбции и десорбции, синтеза и деструкции, миграции веществ и их круговорота, а также «взаимопроникаемость» отдельных сфер в пограничных зонах обеспечивают функционирование биосферы. Фактически постоянное взаимодействие всех сфер, круговорот веществ, постоянство подвижного равновесия в значительной степени определяют равновесие и самой биосферы.

Современная биосфера выполняет ряд важных функций для развития человечества, которые сам человек не может взять на себя, не смотря на свое техническое могущество (Степановских, 2000). Это касается, прежде всего, таких функций как закрепление подвижных элементов верхней части литосферы (пески, лесс, гравий и др.); регуляция круговорота воды, местного климата и погоды; поддержание современного состава атмосферы, участие в образовании и восстановлении почв, самоочищении природных вод от различных загрязнений. При непосредственном участии самого человека часть этих функций биосферы нарушены. Это привело к развитию водной и ветровой эрозии почв, иссушению огромных пространств, наступлению пустынь, увеличению содержания углекислого газа в составе атмосферы, затруднению процессов очищения в водных экосистемах, загрязняемых промышленными сточными водами. Нарушение человеком исторически сложившихся связей между отдельными компонентами биосферы неизбежно ведет к нарушению ее динамического равновесия.

По мнению В. Ф. Протасова (2000), ухудшение состояния окружающей среды представляет значительно большую угрозу для будущих поколений, чем военная агрессия. За ближайшие несколько десятилетий человечество способно ликвидировать нищету и голод, избавиться от социальных пороков, возродить культуру и восстановить памятники архитектуры при выделении на это финансовых средств. Но для возрождения разрушенных природных комплексов одних денег уже не достаточно.

Вмешательство человека в круговорот веществ в виде крупномасштабного изъятия углеводородных ресурсов (результат деятельности «былых» биосфер), промышленных и транспортных выбросов, загрязнения всех компонентов биосферы представляет реальную угрозу для ее стабильного функционирования.