ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 1, с. 3-12
К столетию со дня рождения профессора УДК 577.472:631.4 Мгу имени М.В. Ломоносова В.А. Ковды
О НЕКОТОРЫХ ТЕНДЕНЦИЯХ В ИЗУЧЕНИИ БИОСФЕРЫ
© 2004 г. Л. Г. Богатырев, О. А. Макаров, О. В. Семеншк, Г. В. Матышак
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 117234 Москва, Воробьевы горы Поступила в редакцию 04.11.2002 г.
Анализируется современное состояние учения о биосфере. Рассмотрены различные подходы к выделению ее границ и химического состава. Предложено понятие об экологическом пространстве как структурной единице биосферы. В рамках концепции экологического нормирования, как одного из методологических подходов к изучению биосферы, показаны возможности использования картографии для отражения специфики состояния наземных экосистем.
Ключевые слова: биосфера, экологическое нормирование, наземные экосистемы, картография.
В настоящее время учение о биосфере приобрело не только большое научное, но и практическое значение. Вместе с тем многие положения В.И. Вернадского до сих пор продолжают оставаться сложными для интерпретации. В.И. Вернадский не только наполнил концепцию биосферы биогеохимическим смыслом, но и разработал основы ее структурно-функциональной организации. За прошедшие годы система взглядов на учение о биосфере претерпела концептуальную и структурную перестройку, включая периоды интегрирования и дифференцирования. Учение о биосфере послужило становлению биогеохимии, в основе которой, по определению В.В. Ковальского^ 985), лежит системная организованность биосферы.
Одной из важнейших тенденций в изучении биосферы является исключительно повышенный интерес к составу и роли живых организмов в процессах аккумуляции, трансформации и перераспределения космической энергии. При этом несколько на второй план отодвинуты вопросы единства компонентов биосферы, генетических взаимосвязей живого вещества и неживой материи. Поэтому развитие концепции структурно-функциональной организации важнейших компонентов биосферы, включая почвы (Добровольский, Никитин, 1990) и их экологические функции (Добровольский, Никитин, 1986), представляется на сегодня особенно перспективной проблемой, причем актуальность этого направления возрастает прямо пропорционально резкому усилению антропогенного пресса. В связи с этим смещение акцентов при изучении нарушений в сторону отдельных компонентов биосферы несколько неверно. Наиболее актуальным в развитии концепции биосферы продолжает оставаться ее исследование как единой системы на планетар-
ном уровне, а в будущем и определение ее роли и места в вещественном и энергетическом поле космического пространства.
В настоящей работе авторы попытались проанализировать только некоторые положения о биосфере.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОСФЕРЫ
Фундаментальная концепция биосферы заключается прежде всего в том, что априори признается ее самостоятельность в системе земных оболочек, включая специфические законы ее формирования, при которых ведущее значение принадлежит живым организмам. Если Зюсс понимал под биосферой область, пронизанную жизнью, то уже Н.М. Сибирцев, почти за четверть века до основных работ В.И. Вернадского, определил биосферу как особую оболочку. Так, при определении выветривания он писал, что "оно совершается под влиянием внешних, периферических, сил и притом в обстановке, соответствующей сочетанию и напряженности этих сил у границы литосферы с атмосферой и биосферой" (Сибирцев, 1951, с. 90). С.Н. Кравков (1937, с. 17) отмечал, что "процессы превращения той или иной горной породы в почву подразумевают непременное участие в этой работе элементов биосферы", относя к ним не только живые организмы, но и продукты их разложения и минерализации. В рамках концепции биосферы это означает, что речь идет о биогенных и биокосных образованиях.
Многие исследователи вслед за В.И. Вернадским давали определение биосферы. Одно из удачных определений принадлежит В.А. Ковде (1972), который под биосферой понимал многокомпонентную систему живого вещества и неживой материи, характеризующуюся: а) термодина-
мической открытостью и саморегулируемостью, б) накоплением и перераспределением энергии. Кроме того, интегральное воздействие биосферы заключается в том, что она определяет состав и динамику земной коры, атмосферы и гидросферы. Самым ценным в определении В. А. Ковды является системный подход. В зарубежных работах биосфера часто понимается в более упрощенном виде, например только как область ("Биосфера", 1972), на которую падает лучистая энергия и которая богата водой.
ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ
Этот вопрос далеко не случайный, так как его решение имеет прямое отношение к расчету химического состава биосферы и определению ее соотношения с другими сферами. Предложено несколько решений при определении границ биосферы (Богатырев, Рыжова, 1994). Первое - это формальный подход, при котором, по В.И. Вернадскому, мощность биосферы ограничивается несколькими километрами, охватывая не только подстилающие почву породы, но и довольно значительную часть более глубоких горизонтов, включая часть магматических пород. Второе решение может быть названо структурным, при котором к биосфере относят области, где активность живых организмов наивысшая. Но в этом случае фактически речь идет о части биосферы, которая, согласно А.Н. Тюрюканову (2001), получила название витасферы, а за рубежом именуется парабиосферой. В рамках структурного подхода к биосфере следует относить области с наличием всех трех компонентов, входящих в состав биосферы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности (биогенного вещества), а также биокосного вещества - сложного продукта взаимодействия живого вещества, биогенного и косного, в результате которого формируются системы, обладающие совершенно новыми эмерд-жентными свойствами. Таким примером, в частности, являются почвы.
В основе третьего решения лежит функциональный подход. В его рамках сложным вопросом остается мера включения в биосферу части косного вещества. Ответ на этот вопрос частично был дан В.И. Вернадским. Так, характеризуя особенности биосферы, он пишет, что в биосфере между ее косной, безжизненной частью и живыми организмами идет непрерывный ток атомов, который пронизывает всю биосферу и определяет условия ее существования. Такой подход интересен тем, что биосфера в таком случае не ограничивается только тремя важнейшими компонентами, о которых речь шла выше, но в нее включается и косное вещество. Если же принимать во внимание все косное вещество, то в рамках этой концепции во многом теряется специфи-
ка биосферы. Более разумным, вероятно, будет учитывать только то косное вещество, которое активно участвует в процессах обмена веществом и энергией с живыми организмами. Кроме того, нельзя забывать, что В.И. Вернадский писал о том, "что мы можем рассматривать и саму биосферу, как биокосное тело" (1977, с. 127). Если буквально понимать это положение, то биосфера -это область преобладания только биокосных тел, что тоже не было бы в полной мере верным.
Представляется более верным принимать за основу циклический характер элементов при выделении биосферы. Для подобной системы, в пределах которой может осуществляться этот процесс, вполне достаточно двух компонентов, однако одним из постоянных компонентов должен быть всегда живой организм или совокупность организмов, с одной стороны, а с другой - любые компоненты абиотической, биокосной или биогенной природы, или же участие тех или иных компонентов может быть ограничено.
Кроме биогенного тока, В.И. Вернадский определил другой важнейший признак, отличающий биосферу от других оболочек. Для биосферы, по его мнению, характерен пластичный эволюционный процесс, который в большей степени свойственен живому веществу. Этот процесс, по образному выражению В.И. Вернадского, в течение миллионов лет эволюции был перенесен из мира живой природы в неживую и нашел свое отражение в свойствах природных биокосных и биогенных тел природы, играющих важную роль в биосфере. В.И. Вернадский (1977) называет эти тела: почвы, наземные и подземные воды, угли, битумы, известняки, органогенные породы.
Таким образом, в рамках функционального подхода В.И. Вернадским определен основной критерий биосферы, а следовательно, и ее границ -это круговорот элементов, который можно назвать универсальным ключом к идентификации биосферы как специфической оболочки земли. Высказанные выше положения поясняет табл. 1.
ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ
Отметим, что границы биосферы не постоянны. Они определяются не только деятельностью живых организмов, но и наличием сформированных биогенных и биокосных тел природы. Отсюда закономерным является представление о былых биосферах и механизме изменения границ биосферы. Как писал В.И. Вернадский - "эволюция видов переходит в эволюцию биосферы" (1977, с. 18). Но кроме эволюции видов, определяющих направленность биогеохимических циклов, чрезвычайно важна интенсивность их воздействия на косную материю. В числе блестящих решений следует отметить положение В.И. Вернад-
Таблица 1. Основные компоненты, критерии выделения и химический состав биосферы при различных методических подходах
Компоненты
Критерии выделения границ
Химический состав биосферы
Все компоненты в пределах выделяемой зоны
Живое вещество
Живое, биогенное и биокосное вещество
Живое вещество и один из компонентов биосферы, включая часть косной материи
Живое вещество, биогенное и биокосное вещество
Формальный подход
Формальная мощность в зависимости от участков биосферы на суше или в пределах океанических бассейнов
Структурный подход
Наличие живых организмов
Наличие всех компонентов
Функциональный подход Биогеохимический круговорот
То же
Варьирует в зависимости от плаща отложений. Вклад живых организмов минимален
Идентичен составу живого вещества
Идентичен средневзвешенному составу компонентов. Локальная роль тех или иных компонентов
Определяется с учетом баланса элементов, участвующих в круговороте на основе концептуально-балансовых или математических моделей
То же
ского (1977) о том, что "давление жизни сказывается в расширении границ поля жизни
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.