La doctrina de la biosfera. El concepto de la biosfera, los límites de la biosfera. Los orígenes de las enseñanzas de V.I. Vernadsky sobre la biosfera y la noosfera. De qué componentes consta la capa inferior de la atmósfera: la doctrina de la biosfera de Vernadsky

Grandes logros en las ciencias naturales fueron realizados por V.I. Vernadsky. Tiene muchos trabajos y se convirtió en el fundador de la biogeoquímica, una nueva dirección científica. Se basa en la doctrina de la biosfera, que se basa en el papel de la materia viva en los procesos geológicos.

La esencia de la biosfera

Hasta la fecha, existen varios conceptos de la biosfera, el principal de los cuales es el siguiente: la biosfera es el medio ambiente para la existencia de todos los organismos vivos. La región cubre la mayor parte de la atmósfera y termina al comienzo de la capa de ozono. La biosfera también incluye toda la hidrosfera y una parte de la litosfera. Traducido de Palabra griega significa "bola" y es dentro de este espacio donde viven todos los organismos vivos.

El científico Vernadsky creía que la biosfera es una esfera organizada del planeta, que está en contacto con la vida. Fue el primero en crear una doctrina holística y reveló el concepto de "biosfera". El trabajo del científico ruso comenzó en 1919, y ya en 1926 el genio presentó al mundo su libro Biosfera.

Según Vernadsky, la biosfera es un espacio, región, lugar, que consiste en organismos vivos y su hábitat. Además, el científico consideraba que la biosfera era derivada. Sostuvo que se trata de un fenómeno planetario de naturaleza cósmica. Una característica de este espacio es la "materia viva" que habita el espacio, y también le da un aspecto único a nuestro planeta. Bajo materia viva, el científico entendió todos los organismos vivos del planeta Tierra. Vernadsky creía que varios factores influyen en los límites y el desarrollo de la biosfera:

• la materia viva;
• oxígeno;
• dióxido de carbono;
• agua en estado líquido.

Este entorno, en el que se concentra la vida, puede verse limitado por las altas y bajas temperaturas del aire, los minerales y el agua excesivamente salada.

La composición de la biosfera según Vernadsky

Inicialmente, Vernadsky creía que la biosfera se compone de siete sustancias diferentes, interconectadas geológicamente. Éstas incluyen:

• materia viva: este elemento consiste en una enorme energía bioquímica, que se crea como resultado del continuo nacimiento y muerte de organismos vivos;
• sustancia bioinerte - creada y procesada gracias a los organismos vivos. Estos elementos incluyen suelo, combustibles fósiles, etc.;
• materia inerte - se refiere a la naturaleza inanimada;
• sustancia biogénica - un conjunto de organismos vivos, por ejemplo, bosque, campo, plancton. Como resultado de su muerte se forman rocas biogénicas;
• sustancia radioactiva;
• materia cósmica - elementos de polvo cósmico y meteoritos;
• átomos dispersos.

Un poco más tarde, el científico llegó a la conclusión de que la biosfera se basa en la materia viva, entendida como la totalidad de los seres vivos interactuando con la materia ósea inanimada. También en la biosfera existe una sustancia biogénica que se crea con la ayuda de organismos vivos, y estos son principalmente rocas y minerales. Además, la biosfera incluye una sustancia bioinerte, que se produjo como resultado de la relación de los seres vivos y los procesos inertes.

Propiedades de la biosfera

Vernadsky estudió cuidadosamente las propiedades de la biosfera y llegó a la conclusión de que la base del funcionamiento del sistema es la circulación interminable de materia y energía. Estos procesos son posibles solo como resultado de la actividad de un organismo vivo. Los seres vivos (autótrofos y heterótrofos) crean los elementos químicos necesarios en el curso de su existencia. Entonces, con la ayuda de los autótrofos, la energía de la luz solar se convierte en compuestos químicos. Los heterótrofos, a su vez, consumen la energía creada y conducen a la destrucción de sustancias orgánicas a compuestos minerales. Estos últimos son la base para la creación de nuevas sustancias orgánicas por parte de los autótrofos. Así, hay una circulación cíclica de sustancias.

Es gracias al ciclo biológico que la biosfera es un sistema autosuficiente. La circulación de los elementos químicos es fundamental para los organismos vivos y su existencia en la atmósfera, la hidrosfera y el suelo.

Las principales disposiciones de la doctrina de la biosfera.

Vernadsky describió las disposiciones clave de la doctrina en los trabajos "Biosfera", "Área de vida", "Biosfera y espacio". El científico marcó los límites de la biosfera, incluida toda la hidrosfera junto con las profundidades del océano, la superficie de la tierra ( capa superior litosfera) y parte de la atmósfera hasta el nivel de la troposfera. La biosfera es un sistema integral. Si uno de sus elementos muere, la capa biosférica colapsará.

Vernadsky fue el primero de los científicos que comenzó a utilizar el concepto de "materia viva". Definió la vida como una fase del desarrollo de la materia. Son los organismos vivos los que subyugan otros procesos que ocurren en el planeta.

Al caracterizar la biosfera, Vernadsky afirmó las siguientes proposiciones:

• la biosfera es un sistema organizado;
• Los organismos vivos son el factor dominante en el planeta y han dado forma lo último nuestro planeta;
• la energía cósmica influye en la vida en la tierra

Así, Vernadsky sentó las bases de la biogeoquímica y la doctrina de la biosfera. Muchas de sus declaraciones son relevantes hoy. Los científicos modernos continúan estudiando la biosfera, pero también confían con confianza en las enseñanzas de Vernadsky. La vida en la biosfera está muy extendida en todas partes y los organismos vivos viven en todas partes, que no pueden existir fuera de la biosfera.

Conclusión

Los trabajos del famoso científico ruso están repartidos por todo el mundo y se utilizan en nuestro tiempo. La amplia aplicación de las enseñanzas de Vernadsky se puede ver no solo en ecología, sino también en geografía. Gracias a los trabajos del científico, la protección y cuidado de la humanidad se ha convertido en una de las tareas más urgentes de la actualidad. Desafortunadamente, cada año hay más y más problemas con el medio ambiente, lo que amenaza la plena existencia de la biosfera en el futuro. En este sentido, es necesario asegurar el desarrollo sostenible del sistema y minimizar el desarrollo de impactos negativos sobre el medio ambiente.

Biosfera- el caparazón de la Tierra, cuya composición, estructura y energía están determinadas por la actividad combinada de los organismos vivos.

ecología mundial- la doctrina de la biosfera de la Tierra.

La biosfera cubre parte de la atmósfera hasta la altura escudo de ozono (20-25 km), parte de la litosfera y toda la hidrosfera. El límite inferior cae en promedio 2-3 km en tierra y 1-2 km por debajo del fondo del océano.

En el aspecto biogeoquímico, es el caparazón de la Tierra dentro del cual la vida está muy extendida.

El término ʼʼbiosferaʼʼ fue introducido por E. Suess (1875), quien lo entendió como una película delgada de vida en la superficie terrestre, que determina en gran medida la ʼʼfaz de la Tierraʼʼ.

La doctrina holística de la biosfera fue desarrollada por V.I. Vernadsky.

Propiedades básicas de la biosfera según V. I. Vernadsky:

1) integridad y organización de la biosfera;

2) ʼʼomnipresenciaʼʼ de su materia viva;

3) la presencia en él de formaciones claras y discretas.

Destacó especialmente la capa de la biosfera cubierta por la vida, donde se concentra la mayor parte de los organismos: terrestre, plancton y película de fondo de la vida. La biosfera como sistema global de vida está formada por una combinación de biogeocenosis.

La sustancia de la biosfera es compleja y tiene varias componentes:

1) la totalidad de los organismos vivos - la materia viva;

2) una sustancia creada y procesada por organismos vivos, - nutritivo(carbón, betún, piedra caliza);

3) sustancia inerte, formado por procesos en los que no participa materia viva (sólido, líquido, gaseoso);

4) bioinerte, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ es creado simultáneamente por organismos vivos y procesos inertes (casi toda el agua de la biosfera, petróleo, suelo);

5) una sustancia en proceso de desintegración radiactiva;

6) átomos dispersos, que se crean continuamente a partir de varios tipos de materia terrestre bajo la influencia de la radiación cósmica;

7) materia de origen cósmico, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ incluye átomos individuales y moléculas que ingresan a la ionosfera desde campo electromagnetico Soles penetrando desde el espacio.

La materia viva en la biosfera realiza dos funciones principales:

1) función de energía: Para que la biosfera exista y se desarrolle, necesita energía, fuentes propias que ella no tiene. Solo puede consumir energía de fuentes externas. Tal fuente principal para la biosfera es el Sol.

2) Función de formación de ambiente. Se expresa en las funciones biogeoquímicas correspondientes, que indican la participación de los organismos vivos en los procesos químicos de cambio de la composición material de la biosfera:

A) gas- absorción y emisión de gases (por ejemplo, las plantas verdes absorben oxígeno; las bacterias restauran nitrógeno, sulfuro de hidrógeno; los animales y las plantas emiten dióxido de carbono).

b) concentración- Los organismos-concentradores acumulan nitrógeno, fósforo, silicio, calcio, magnesio en sus cuerpos y esqueletos.

V) redox- la materia viva oxida, por ejemplo, carbohidratos a dióxido de carbono y lo restaura a carbohidratos.

GRAMO) bioquímico Las funciones están asociadas con la actividad vital de los organismos vivos: su nutrición, respiración, reproducción, muerte y posterior destrucción de los cuerpos. Como resultado, se produce una transformación química de la materia viva, primero en bioinerte y luego, después de morir, en inerte.

mi) funciones biogeoquímicas asociadas con las actividades humanas

La biosfera es un grandioso sistema de equilibrio con una circulación continua de materia y energía. El desarrollo de la biosfera está determinado por el flujo de energía, cuya fuente dominante es el Sol. En la biosfera, la energía de la radiación solar se consume, se transforma, se liga. El almacenamiento de energía es materia orgánica. El flujo de energía en la biosfera se compone de la energía del Sol y energía interna Tierra. Al mismo tiempo, el intercambio de energía abarca todos los componentes de la biosfera, incluida la materia viva.

Todas las sustancias del planeta Tierra están en proceso de circulación bioquímica. Hay dos ciclos básicos: grande (geológico) y pequeño (biótico).

· gran ciclo dura millones de años. Las rocas son destruidas, erosionadas y transportadas por corrientes de agua hacia el Océano Mundial, donde forman poderosos estratos marinos.

· círculo pequeño, siendo parte de una mayor, se da a nivel de biogeocenosis y consiste, de hecho, en el hecho de que nutrientes el suelo, el agua, el aire se acumulan en las plantas, se gastan en la creación de sus masas y procesos de vida en ellas.

La intervención humana afecta negativamente los procesos del ciclo. Por ejemplo, el drenaje de pantanos, la deforestación o la interrupción de la asimilación de sustancias por parte de las plantas como resultado de la contaminación conducen a una disminución en la intensidad de la absorción de carbono. Exceso elementos organicos en el agua bajo la influencia de efluentes industriales provoca la descomposición de los cuerpos de agua y un uso excesivo del oxígeno disuelto en el agua, lo que impide el desarrollo de bacterias aerobias (que consumen oxígeno). Al quemar combustibles fósiles, fijar nitrógeno atmosférico en productos industriales, unir fósforo en detergentes (detergentes sintéticos), una persona interrumpe el ciclo de los elementos.

La tasa de circulación de elementos biogénicos es bastante alta. El tiempo de rotación del carbono atmosférico es de unos 8 años. Tiempo Total El ciclo del nitrógeno se estima en más de 110 años, el oxígeno, en 2500 años.

La circulación de sustancias en la naturaleza implica una consistencia general de lugar, tiempo y velocidad de procesos a niveles desde la población hasta la biosfera. Esta consistencia de los fenómenos naturales se llama Balance ecológico. Este equilibrio es dinámico y móvil.

En general, se conserva el principio de circulación en la naturaleza. Los ecosistemas más simples se unen en un ecosistema planetario común: la ʼʼbiosferaʼʼ, en la que la circulación de sustancias se manifiesta plenamente.

La productividad de la biosfera, según algunas estimaciones, alcanza los 164 mil millones de toneladas de materia orgánica seca al año. Según otras estimaciones, 83 mil millones de toneladas por año: 30 para los océanos y 53 para la tierra biomas.

Aunque el océano cubre el 0,7 de la superficie total de la Tierra, su contribución a la producción de productos netos es solo del 40%. Los bosques, ocupando sólo el 0,1 de la superficie de los continentes, fijan casi la mitad del total de la energía por parte de sus productores.

Las tierras cultivadas tienen una alta productividad primaria. Pero no es proporcional a la productividad primaria total del bosque. La alta productividad primaria neta obtenida por los agrónomos no significa un avance en el uso de la fotosíntesis.

Ninguna de las conchas que componen la biosfera puede desarrollarse aisladamente de las demás. Cualquier cambio cualitativo en uno de ellos afecta adecuadamente al otro. La ley universal del equilibrio de la biosfera es el principio básico de la existencia de todo el mundo orgánico e inorgánico.

La cantidad de biomasa de la materia viva tiende a una cierta constancia. Existe un equilibrio planetario aproximado entre la producción de materia viva y su descomposición. Desequilibrio en este proceso no solo (y no tanto) los cambios catastróficos naturales que ocurren en la tierra, sino también la actividad económica humana, que no solo puede ser proporcional a los factores naturales que se desarrollan catastróficamente, sino incluso exceder el nivel de su impacto.

La pérdida de volumen de biomasa durante la productividad secundaria está asociada con enormes gastos de energía para respiración, energía muscular, movimiento, etc. Cuanto más larga es la cadena alimentaria, menor es la productividad secundaria. Por ejemplo, se necesitan 80 kg de pasto para producir 1 kg de carne de res y 5 kg de carne para producir 1 kg de trucha.

La humanidad, las personas son parte de la biosfera. Debido al impacto cada vez mayor de la producción sobre el medio ambiente, el hombre y la sociedad provocan perturbaciones significativas en la biosfera. La biosfera evoluciona gradualmente hacia la noosfera.

concepto noosfera fue introducido por los filósofos franceses Edouard Leroy (1870-1954) y Teilhard de Chardin (1881-1955).

Los científicos rusos V.I. estuvieron más cerca de comprender la noosfera. Vernadsky, K. E. Tsiolkovsky (1857-1935) y A.L. Chizhevsky (1897-1964).

Hay conceptos estrechos y amplios de la noosfera.:

- en un sentido estrecho el único objeto noosférico que determina su desarrollo es el hombre. Al mismo tiempo, la noosfera se entiende comúnmente como la etapa más alta en el desarrollo de la biosfera, cuando los entornos naturales y artificiales se controlan bajo la influencia y la influencia de transformaciones humanas razonables.

Si aceptamos que la vida inteligente en el Universo no se limita de ninguna manera a su manifestación en la Tierra, entonces llegamos a amplio concepto de la noosfera cuando la actividad racional va más allá del ámbito de la mera actividad humana. En este enfoque, razonable y actividad consciente se extiende a todo el Universo (Mente Cósmica), y la noosfera actúa como el lado inteligente del Universo.

Y EN. Vernadsky enfatizó que la humanidad se está convirtiendo en una poderosa fuerza geológica capaz de producir cambios globales en la Tierra. Debido a esto biosfera cómo se convierte el área de vida activa noosfera - el reino de la mente.

Antes del advenimiento del hombre, el equilibrio de la biosfera estaba determinado cinco factores de energía:

· radiación solar,

la fuerza de la gravedad

las fuerzas tectónicas

la energía química

energía biogénica.

Estos cinco factores evolucionaron a lo largo de la escala de tiempo geológico y dieron forma al entorno natural durante 3.500 millones de años.

apareció actualmente factor nuevo - energía de producción mundial(no se desarrolla según la escala de tiempo geológica, sino según la histórica; de la organización de la producción depende la preservación o la violación irreversible del equilibrio móvil en la biosfera).

En la ciencia, existe uno de los principios más importantes: principio de articulación coevolución sociedad y naturaleza paralelo, coevolución o adaptación histórica de la naturaleza y la humanidad, la máxima importancia del desarrollo conjunto armonioso de la humanidad y la biosfera (basado en la teoría de la noosfera de Vernadsky).

La doctrina de la biosfera - el concepto y tipos. Clasificación y características de la categoría "Enseñanza de la biosfera" 2017, 2018.

Uno de los científicos naturales destacados que se dedicó a estudiar los procesos que ocurren en la biosfera fue el académico V. I. Vernadsky. Se convirtió en el fundador de la dirección científica, a la que llamó biogeoquímica, que formó la base de la teoría moderna de la biosfera.

Antes de la aparición de los trabajos de V. I. Vernadsky, el papel de los organismos vivos en la Tierra les parecía a los científicos muy modesto. De hecho, parecería, cuál podría ser la comparación de las consecuencias de su actividad vital con el poder de las fuerzas internas del planeta, levantando las montañas más altas, abriendo las profundidades del océano, moviendo continentes enteros.

V. I. Vernadsky demostró que, no importa cuán débil sea cada organismo individualmente, todos ellos, en conjunto, actúan como un poderoso factor geológico que juega un papel importante en la vida de nuestro planeta durante un largo período de tiempo. La actividad geológica de los organismos vivos se manifiesta como consecuencia de sus siguientes características: están íntimamente conectados con el medio ambiente e interactúan con él en el proceso de intercambio de materia y energía; el metabolismo de los organismos con el medio ambiente se lleva a cabo en el proceso de circulación biológica; el efecto total de los resultados de la actividad de los organismos se manifiesta durante períodos de tiempo muy largos (cientos de millones de años). Por lo tanto, la prioridad en el desarrollo de los fundamentos teóricos de la doctrina de la biosfera pertenece a los científicos soviéticos.

Según las definiciones de los científicos, la edad de la Tierra es de aproximadamente 5 mil millones de años. Los rastros más antiguos de organismos vivos se han encontrado en Sudáfrica(Transvaal oriental), en el espesor de las rocas, cuya edad es de 3.200 millones de años. Estos organismos se parecían a las bacterias filamentosas modernas. Los científicos incluso les dieron un nombre: eobacterium isolatum. Por lo tanto, podemos suponer que la biosfera de la Tierra surgió hace unos tres mil millones de años.

Los organismos terrestres aparecieron hace unos 400 millones de años. Estas fueron las primeras plantas primitivas. Con la aparición de los organismos vivos en la tierra y el surgimiento de las plantas, comienza la etapa más importante en la historia del desarrollo de la biosfera. A partir de este período comenzó su rápida expansión por el planeta, y en la actualidad la Tierra está habitada por una gran cantidad de diversos organismos vegetales y animales.

En el siglo XIX, Rusia desarrolló gradualmente una idea de la unidad del hombre y la naturaleza, de los problemas que inevitablemente enfrentaría la humanidad en su deseo desenfrenado de subyugar por completo a la naturaleza. En general, la idea del conocimiento integral basado en la plenitud orgánica de la vida pertenece a la filosofía rusa. Formó la base de la dirección de la vida pública, llamada "cosmismo ruso". Fue entonces cuando los nombres del psicólogo y fisiólogo I. M. Sechenov, el químico D. I. Mendeleev, el científico del suelo V. V. Dokuchaev y el fundador de la cosmonáutica K. E. Tsiolkovsky brillaron en la comunidad científica. V. I. Vernadsky también pertenece a la galaxia de estos destacados científicos.

En 1926 publicó en Leningrado un libro llamado "Biosfera", que supuso el nacimiento de una nueva ciencia sobre la naturaleza, sobre la relación del hombre con ella. En este trabajo, la biosfera se muestra por primera vez como un solo sistema dinámico habitada y regida por la vida, la sustancia viva del planeta. La biosfera es un caparazón definido y organizado. la corteza terrestre asociado con la vida". En sus trabajos sobre la biosfera, el científico demostró que la interacción de la materia viva con la materia inerte forma parte de un gran mecanismo de la corteza terrestre, por lo que se producen diversos procesos geoquímicos y biogénicos, la migración de átomos y participan en procesos geológicos. y ciclos biológicos.

V. I. Vernadsky fue el primero en demostrar que el estado químico de la corteza exterior de nuestro planeta está completamente bajo la influencia de la vida y está determinado por organismos vivos, con cuya actividad está asociado el gran proceso planetario: la migración de elementos químicos en la biosfera La evolución de las especies, señaló el científico, que conduce a la creación de formas de vida, es estable en la biosfera y debe ir en la dirección de aumentar la migración biogénica de los átomos.

La biosfera es la capa de vida planetaria más compleja habitada por organismos que juntos forman la materia viva. Este es el ecosistema más grande (global) de la Tierra: el área de interacción sistémica entre la materia viva y la inerte en el planeta. La actividad acumulativa de los organismos vivos en la biosfera se manifiesta como un factor geoquímico a escala planetaria.

La biosfera se divide verticalmente en dos regiones claramente separadas: la superior, iluminada por la luz, es la fotobiosfera, en la que se produce la fotosíntesis, y la inferior, “oscura”, melanobiosfera, en la que la fotosíntesis es imposible. En tierra, el límite entre ellos corre a lo largo de la superficie de la Tierra.

La biosfera cubre la parte inferior de la atmósfera hasta la altura de la pantalla de ozono (20-25 km), la parte superior de la litosfera (corteza de meteorización) y toda la hidrosfera hasta las capas profundas del océano. V. I. Vernadsky señaló que "los límites de la biosfera están determinados, en primer lugar, por el campo de existencia de la vida". El desarrollo de la vida y, en consecuencia, los límites de la biosfera están influenciados por muchos factores y, sobre todo, por la presencia de oxígeno, dióxido de carbono, agua en su fase líquida. Limite el área de propagación de la vida y las temperaturas demasiado altas o bajas. Elementos nutrición mineral también influyen en el desarrollo de la vida. El factor limitante también se puede atribuir al ambiente supersalino (excediendo la concentración de sales en agua de mar unas 10 veces). Las aguas subterráneas con una concentración de sal superior a 270 g/l están privadas de vida.

En la biosfera planetaria, se distinguen las biosferas continentales y oceánicas, que difieren en condiciones geológicas, geográficas, biológicas, físicas y de otro tipo. El límite inferior de la distribución de los seres vivos está limitado por el fondo del océano (unos 11 km de profundidad) o por una isoterma de 100 grados. C en la litosfera (según la perforación ultra profunda en Península de Kola esta cifra es de unos 6 km). De hecho, la vida en la litosfera se puede rastrear hasta una profundidad de 3-4 km. Así, el espesor vertical de la biosfera oceánica es de 17 km, y el de la biosfera terrestre es de hasta 12 km. Hacia la atmósfera, la biosfera no se extiende más allá de las densidades más altas de la pantalla de ozono, que es de 22 a 24 km. En consecuencia, el límite de la longitud de la biosfera en la Tierra se expresa en 33-35 km, aunque teóricamente puede ser mayor.

La composición material de la biosfera también es diversa. V. I. Vernadsky incluye siete partes profundamente heterogéneas, pero geológicamente no aleatorias:

una sustancia viva

sustancia biogénica: nacida y procesada por organismos vivos (combustibles fósiles, piedra caliza, etc.);

sustancia inerte formada sin la participación de organismos vivos (sólidos, líquidos y gaseosos);

Materia bioinerte - materia inerte transformada por organismos vivos (agua, suelo, costra de meteorización, limos);

sustancia de desintegración radiactiva (elementos e isótopos de la serie uranio, torio y actinouranio);

· átomos dispersos de materia terrestre y radiación cósmica;

Sustancia de origen cósmico en forma de meteoritos, polvo cósmico, etc.

En la estructura y morfología de la biosfera, los siguientes elementos tienen una importancia excepcional para el desarrollo de la materia viva (de arriba a abajo):

una capa de materia viva, la llamada "película de vida";

pedosfera, o cubierta del suelo;

sistemas ecológicos del paisaje: sistemas funcionales, incluidos los organismos vivos y su hábitat;

· corteza de meteorización, es decir, la zona de destrucción y transformación de las rocas, sus cambios minerales y geoquímicos en la parte superior de la corteza terrestre bajo la influencia de diversos factores;

· biosfera antigua (paleobiosfera) - un complejo de rocas, relieve y otros componentes del paisaje que yacen debajo de la biosfera moderna y están enterrados bajo sus últimas formaciones. Se trata de rocas, menas y minerales no metálicos, elementos químicos muy utilizados en la industria;

Numerosos minerales de la parte superior de la corteza terrestre y de la biosfera: arcillas, calizas, bauxitas, etc.;

aguas naturales de la concha sedimentaria;

millones de compuestos orgánicos y organominerales: carbón, grafito, sustancias húmicas, petróleo, gases naturales;

· recursos minerales biosfera y la corteza terrestre, distribuidos en forma de elementos libres: cobre, plata, oro, bismuto, platino, etc. Todos ellos son la principal fuente de materias primas para la metalurgia, la industria química y muchas otras industrias. Su producción y uso en la economía están creciendo año tras año.

De lo anterior se desprende que la biosfera es el resultado del más complejo mecanismo del desarrollo geológico y biológico de la materia inerte y biogénica. Por un lado, es el entorno de la vida, y por otro lado, es el resultado de la actividad de la vida. La principal especificidad de la biosfera moderna son los flujos de energía claramente dirigidos y la circulación biogénica (asociada con las actividades de los seres vivos) de sustancias.

Desarrollando la doctrina de la biosfera, V.I. Vernadsky llegó a la conclusión de que el principal transformador de la energía cósmica es la materia verde de las plantas. Solo ellos son capaces de absorber la energía de la radiación solar y sintetizar compuestos orgánicos primarios. Para explicar la gran energía total de la biosfera, el científico hizo cálculos que realmente mostraban la gran importancia de las plantas fotosintéticas en la creación de la masa orgánica total. El científico calculó que la superficie de la Tierra es menos de una diezmilésima parte de la superficie del Sol. La superficie total del aparato de transformación de las plantas verdes, según la época del año, ya es del 0,86 al 4,2% de la superficie del Sol. La diferencia es colosal. Este potencial de energía verde es la base de la preservación y el mantenimiento de toda la vida en nuestro planeta.

Y EN. Vernadsky, al igual que Lamarck hace 140 años, trató de dar los principales signos exhaustivos de cada reino de los vivos. Y cuanto más profundizaba en el problema, más claro se hacía que estaba surgiendo una nueva sección del mundo. Y EN. Vernadsky compiló una tabla de 16 puntos, donde consideró la disimilitud de los seres vivos y no vivos en el sentido físico, químico y termodinámico.

Un análisis de la tabla mostró que en la naturaleza no hay transiciones de lo inanimado a lo vivo: son tan contradictorias que lo vivo bajo ninguna circunstancia puede provenir de lo vivo. Un muro impenetrable separa el organismo y la materia inerte. Se ha confirmado el principio del naturalista y médico italiano Francesco Redi, que dice que lo vivo proviene solo de lo vivo, existe un límite nítido entre la materia viva y la no viva, aunque hay una interacción constante.

ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LA BIOSFERA

ATMÓSFERA. Esta es una capa de aire, que consiste principalmente en nitrógeno y oxígeno; alcanza una capacidad de hasta 20 mil km. En concentraciones más pequeñas, contiene dióxido de carbono y ozono. El estado de la atmósfera tiene una gran influencia en los procesos físicos, químicos y especialmente biológicos en la superficie terrestre y en ambiente acuático. Los más importantes para los procesos biológicos son el oxígeno atmosférico utilizado para la respiración de los organismos y la mineralización de la materia orgánica muerta, el dióxido de carbono consumido durante la fotosíntesis y el ozono, que protege la superficie terrestre de la radiación ultravioleta fuerte. Fuera de la atmósfera, la existencia de organismos vivos es imposible. Esto se puede ver en la Luna sin vida, que no tiene atmósfera. Históricamente, el desarrollo de la atmósfera está asociado a procesos geoquímicos, así como a la actividad vital de los organismos. Entonces, el nitrógeno, el dióxido de carbono, el vapor de agua se formaron durante la evolución del planeta debido a (en gran parte) la actividad volcánica y el oxígeno, como resultado de la fotosíntesis.

HIDROSFERA. El agua es un componente importante de todos los componentes de la biosfera y uno de los factores necesarios para la existencia de los organismos vivos. Su parte principal (95%) está encerrada en el Océano Mundial, que ocupa aproximadamente el 70% de la superficie del globo. La masa total de aguas oceánicas supera los 1300 millones de km 3 . Aproximadamente 24 millones de km 3 de agua están contenidos en glaciares, y el 90% de este volumen cae sobre la capa de hielo de la Antártida. La misma cantidad de agua está contenida bajo tierra. Las aguas superficiales de los lagos son aproximadamente 0,18 millones de km 3 (de los cuales la mitad son saladas) y ríos: 0,002 millones de km 3.

La cantidad de agua en los cuerpos de los organismos vivos es de aproximadamente 0,001 millones de Km. De los gases disueltos en el agua, el oxígeno y el dióxido de carbono son los de mayor importancia. La cantidad de oxígeno en aguas del océano varía ampliamente dependiendo de la temperatura y la presencia de organismos vivos. La concentración de dióxido de carbono también varía. A total su contenido en el océano es 60 veces mayor que su contenido en la atmósfera.

LITOSFERA. La mayor parte de los organismos que viven dentro de la litosfera se concentran en la capa del suelo, cuya profundidad no suele superar varios metros. Los suelos están representados por sustancias minerales formadas durante la destrucción de rocas y sustancias orgánicas, los productos de desecho de los organismos.

CICLO BIÓTICO. La función principal de la biosfera es asegurar la circulación de los elementos químicos. El ciclo biótico global se lleva a cabo con la participación de todos los organismos que habitan el planeta. Consiste en la circulación de sustancias entre el suelo, la atmósfera, la hidrosfera y los organismos vivos. Gracias al ciclo biótico, es posible una larga existencia y desarrollo de la vida con un suministro limitado de elementos químicos disponibles. Usando sustancias inorgánicas, las plantas verdes a expensas de la energía del Sol crean materia orgánica, que es destruida por otros seres vivos, heterótrofos, de modo que las plantas puedan utilizar los productos de esta destrucción para nuevas síntesis orgánicas.

Un papel importante en la circulación global de sustancias pertenece a la circulación del agua entre el océano, la atmósfera y las capas superiores de la litosfera. El agua se evapora y es transportada por las corrientes de aire durante muchos kilómetros. Al caer sobre la superficie terrestre en forma de precipitación, contribuye a la destrucción de las rocas, haciéndolas accesibles a las plantas y los microorganismos, erosiona la capa superior del suelo y va junto con los compuestos químicos disueltos en ella y las partículas orgánicas suspendidas a los océanos y mares. . Se estima que alrededor de mil millones de toneladas de agua se evaporan de la superficie de la Tierra en 1 minuto. La energía utilizada para evaporar el agua se devuelve a la atmósfera. La circulación del agua entre el Océano Mundial y la tierra es el eslabón más importante para mantener la vida en la Tierra y la principal condición para la interacción de plantas y animales con naturaleza inanimada.

Como ejemplos del ciclo biótico, considere los ciclos de carbono y nitrógeno en la biosfera. El ciclo del carbono comienza con la fijación del dióxido de carbono atmosférico a través de la fotosíntesis. Parte de los carbohidratos formados durante la fotosíntesis son utilizados por las propias plantas como energía, parte es consumida por los animales. El dióxido de carbono se libera durante la respiración de plantas y animales. Las plantas y los animales muertos se descomponen, el carbono de sus tejidos se oxida y se devuelve a la atmósfera. Un proceso similar ocurre en el océano.

El ciclo del nitrógeno también cubre todas las áreas de la biosfera. Aunque sus reservas en la atmósfera son prácticamente inagotables, las plantas superiores pueden utilizar el nitrógeno sólo después de combinarlo con hidrógeno u oxígeno. Exclusivamente papel importante Las bacterias fijadoras de nitrógeno juegan un papel en este proceso. Cuando las proteínas de estos microorganismos se descomponen, el nitrógeno vuelve a la atmósfera nuevamente.

Un indicador de la escala del ciclo biótico es la tasa de renovación de dióxido de carbono, oxígeno y agua. Todo el oxígeno atmosférico pasa a través de los organismos en aproximadamente 2 mil años, el dióxido de carbono, en 300 años, y el agua se descompone por completo y se restaura en el ciclo biótico en 2 millones de años.

FRONTERAS DE LA BIOSFERA

La biosfera no tiene límites horizontales, y solo debemos hablar de su dimensión vertical.

El límite superior de la propagación de la vida en la atmósfera aparentemente no está determinado tanto por las bajas temperaturas como por el efecto destructivo de la radiación solar. Así, polen de flores y gimnospermas, esporas de hongos, musgos, helechos y líquenes, bacterias y protozoos están constantemente o con ritmos estacionales presentes en el aire. Se encontraron microorganismos además de polen y esporas sobre la tierra y el agua en la lluvia, la nieve, las nubes y la niebla. Todo el ambiente del aire es una suspensión de polen, esporas y microorganismos viables, cuyo contenido disminuye con la altura. La intensidad de la radiación creada por los rayos cósmicos a una altitud de 9 km es diez veces mayor que al nivel del mar, y a altitudes de 15 a 18 km ya aumenta cientos de veces. La propagación de microorganismos a gran altura está limitada principalmente por el flujo de radiación ultravioleta fuerte del Sol, que mata a todos los seres vivos.

Se puede argumentar que toda la troposfera, cuya altura es de 8 a 10 km en las latitudes polares y de 16 a 18 km cerca del ecuador, está más o menos poblada por organismos vivos que se encuentran en ella de manera temporal o permanente. Ya en la tropopausa, las características físicas y de temperatura de la biosfera cambian drásticamente, en particular, se detiene la intensa mezcla turbulenta de masas de aire. La estratosfera por encima de la tropopausa difícilmente es apta para la existencia de microorganismos. El límite superior de la biosfera, o el campo de existencia de la vida, es claramente visible en la tropopausa. Sin embargo, el límite superior de introducción de esporas y microorganismos, que determina el “campo de estabilidad de la vida” (los organismos vivos existen, pero no se reproducen), es posible hasta el límite superior de la estratosfera.

Así, el área de distribución de los organismos vivos está limitada principalmente por la troposfera. Por ejemplo, el límite superior del vuelo de las águilas está a una altitud de 7 km; las plantas en los sistemas montañosos y los insectos en el aire no se distribuyen por encima de los 6 km; el límite superior de la habitación humana permanente es de 5 km, la tierra cultivada es de 4,5 km, los bosques en los sistemas montañosos de los trópicos no crecen por encima de los 4 km.

La troposfera es un entorno aéreo en el que solo se lleva a cabo el movimiento de organismos, a menudo con la ayuda de órganos que están especialmente adaptados para ello. Aparentemente, no hay aeroplancton real, que vive y se reproduce constantemente en el aire. De lo contrario, la troposfera sería un “beso” saturado de microorganismos al máximo. Todo el ciclo de su desarrollo, incluida la reproducción, los organismos se llevan a cabo solo en la litosfera y la hidrosfera, así como en el borde del ambiente aéreo con estas conchas.

Las capas superiores de la troposfera y la estratosfera, en las que se pueden introducir los microorganismos, así como las regiones más frías y más cálidas del globo, donde los organismos solo pueden existir en estado de reposo, se denominan parabiosfera.

La composición de la biosfera incluye completamente la hidrosfera: lagos, ríos, mares y océanos. En los mares y océanos, la mayor concentración de vida está confinada a la zona eufótica, donde penetra la luz solar. Su profundidad no suele superar los 200 m en los mares y cuencas continentales de agua dulce. Es en la fotobiosfera, donde es posible la fotosíntesis, donde se concentran todos los organismos fotosintéticos y se producen los productos biológicos primarios.

La zona afótica (melanobiosfera), a partir de los 200 m de profundidad, se caracteriza por la oscuridad y la ausencia de plantas fotosintéticas. Es un hábitat acuático para animales en movimiento activo. Al mismo tiempo, plantas muertas, secreciones y cadáveres de animales descienden al fondo de los mares y océanos en un flujo continuo a través de él.

Todavía no hay una idea clara sobre el límite inferior, litosférico, de la biosfera. En la mayoría de los trabajos dedicados a la biosfera, se indica que su límite inferior en los continentes es en promedio 2-3 km. Aquí, en condiciones de temperatura y presión bajas en comparación con las capas más profundas, pero con la participación de organismos vivos (microorganismos) y agua, la migración de elementos químicos se detiene. Los estudios microbiológicos indican que los microorganismos también están presentes en las aguas de formación que lavan el petróleo, aunque el petróleo en sí es estéril.

Debajo de los océanos, el límite litosférico de la biosfera probablemente se extiende hasta 0,5-1,0 km y posiblemente 3,0 km por debajo del fondo. Sin embargo, existe una suposición más razonable de que solo una capa de sedimentos del fondo de 200-250 metros puede estar habitada por microorganismos. Se ha establecido de manera confiable que la microflora vive en sedimentos del fondo con un espesor de 5 cm (Mar Negro) a 10-12 m (Océanos Pacífico e Índico) y 114 m (Mar Caspio). No hay información fiable sobre una penetración más profunda de la vida en la litosfera, a pesar de las intensas operaciones de perforación. Es muy difícil establecer la masa y el volumen exactos de la biosfera, ya que se desconoce la posición exacta de sus límites verticales. Solo podemos hablar de valores aproximados de estas características. La masa de toda la biosfera (atmósfera + hidrosfera + litosfera dentro de los límites de la biosfera) es 3 * 10 en los 9.000 millones de toneladas, o el 0,05 % de la masa de la Tierra, y el volumen es de 10.000 millones de metros cúbicos. km, o el 0,4% del volumen de la Tierra.

Debajo del límite litosférico de la biosfera se encuentra la "región de las antiguas biosferas", por la cual V. I. Vernadsky entendió el caparazón de la Tierra, que en el pasado geológico estuvo afectado por la vida. El científico señaló que la corteza terrestre, con un espesor de varias decenas de kilómetros, con rocas sedimentarias y una capa de granito, estuvo alguna vez en la superficie del planeta y formó parte de la biosfera. El carbón, el petróleo, el mármol, la dolomita, la caliza, la creta, el hierro y otras rocas de origen sedimentario son testigos de la existencia de vida en las "antiguas biosferas".

Algunos científicos (V. A. Kovda, A. N. Tyuryukanov) incluyen en la biosfera no solo el área de la vida, sino también otras estructuras de la Tierra que están genéticamente relacionadas con otra materia, es decir. "antiguas biosferas", actualmente desprovistas de vida. Se suponía que tal capa de múltiples capas de la Tierra, formada como resultado de la actividad de la materia viva, se llamaría megabiosfera (del griego mega - grande).

Megabiosfera incluye:

A) apobiosfera: la parte superior de la atmósfera terrestre por encima del nivel de distribución de las formas de vida en un estado de animación suspendida;

b) parabiosfera;

c) la biosfera;

d) la metabiosfera, correspondiente al "área de antiguas biosferas" de V. I. Vernadsky.

En geografía física, se utiliza el concepto propuesto por A. A. Grigoriev en 1937: "capa geográfica", que denota el área de interacción de lito, hidro, bio y atmósfera. El límite superior del caparazón generalmente se determina un poco por debajo de la capa de máxima concentración de ozono, en la estratosfera a una altura de 20-25 km. A veces, su rumbo vertical se estrecha o ensancha hasta la mesopausa a una altitud de 70-80 km. El límite inferior de la envolvente geográfica se encuentra en la capa subcortical ligeramente por debajo de la "superficie de Mohorovichic".

En los trabajos científicos dedicados a la concha geográfica, la biosfera se ha considerado durante mucho tiempo como una colección de organismos vivos o materia orgánica. Con este enfoque, las características de la biosfera como formación planetaria no se tuvieron en cuenta por completo. En la visión moderna de los geógrafos, el concepto de "biosfera" refleja sólo una visión privada y biocéntrica de envolvente geográfica, que es el único geosistema de nivel planetario en la Tierra (Isachenko, 1991). (1.9)

SUSTANCIA VIVA DEL PLANETA

Uno de los eslabones centrales del concepto de biosfera es la doctrina de la materia viva. Investigando los procesos de migración de los átomos en la biosfera, V. I. Vernadsky abordó la cuestión de la génesis (origen, aparición) de los elementos químicos en la corteza terrestre y, posteriormente, la necesidad de explicar la estabilidad de los compuestos que forman los organismos. Analizando el problema de la migración atómica, llegó a la conclusión de que “en ninguna parte existe compuestos orgánicos independiente de la materia viva. Posteriormente, formula el concepto de “materia viva”: “La materia viva de la biosfera es la totalidad de sus organismos vivos... Llamaré materia viva a la totalidad de los organismos, reducidos a su peso, composición química y energía. ” El propósito principal de la materia viva y su atributo integral es la acumulación de energía libre en la biosfera. La energía geoquímica habitual de la materia viva se produce principalmente a través de la reproducción.

Las ideas científicas de V. I. Vernadsky sobre la materia viva, sobre la naturaleza cósmica de la vida, sobre la biosfera y su transición a una nueva cualidad, la noosfera, tienen sus raíces en el siglo XIX y principios del XX, cuando los filósofos y científicos naturales hicieron la primera intenta comprender el papel y las tareas del hombre en la evolución general de la tierra. Fue a través de sus esfuerzos que el hombre comenzó su avance a las alturas de la evolución natural de los vivos, ocupando gradualmente el nicho ecológico que le ha sido asignado por la naturaleza.

En la década de 1930, V. I. Vernadsky destacó a la humanidad como una parte especial de la masa total de la materia viva. Esta separación del hombre de todos los seres vivos se hizo posible por tres razones. Primero, la humanidad no es productora, sino consumidora de energía biogeoquímica. Tal tesis requería una revisión de las funciones geoquímicas de la materia viva en la biosfera. En segundo lugar, la masa de la humanidad, según los datos demográficos, no es una cantidad constante de materia viva. Y en tercer lugar, sus funciones geoquímicas no se caracterizan por la masa, sino por la actividad productiva. La naturaleza de la asimilación de la energía biogeoquímica por parte de la humanidad está determinada por la mente humana. Por un lado, el hombre es la culminación de la evolución inconsciente, el “producto” de la actividad espontánea de la naturaleza, y por otro lado, el iniciador de una nueva etapa razonablemente dirigida de la propia evolución.

Qué características inherente a la materia viva? En primer lugar, es una enorme energía libre. En el curso de la evolución de las especies, la migración biogénica de los átomos, es decir, la energía de la materia viva de la biosfera, se ha multiplicado y continúa creciendo, porque la materia viva recicla la energía de la radiación solar, la energía atómica. la energía de la desintegración radiactiva y la energía cósmica de los elementos dispersos provenientes de nuestra Galaxia. La materia viva también se caracteriza por una alta tasa de reacciones químicas en comparación con la materia no viva, donde procesos similares son miles y millones de veces más lentos. Por ejemplo, algunas orugas por día pueden procesar alimentos 200 veces más de lo que pesan, y una teta come tantas orugas por día como se pesa.

Es característico de la materia viva que los compuestos químicos que la componen, los más importantes de los cuales son las proteínas, sean estables únicamente en los organismos vivos. Después de completar el proceso de la vida, las sustancias orgánicas vivas originales se descomponen en constituyentes químicos.

La materia viva existe en el planeta en forma de una continua alternancia de generaciones, por lo que la recién formada está genéticamente conectada con la materia viva de eras pasadas. Esta es la principal unidad estructural de la biosfera, que determina todos los demás procesos en la superficie de la corteza terrestre. La materia viva se caracteriza por la presencia de un proceso evolutivo. La información genética de cualquier organismo está cifrada en cada una de sus células. V. I. Vernadsky clasificó la materia viva en homogénea y no homogénea. El primero en su opinión es una sustancia genérica, específica, etc., y el segundo está representado por mezclas naturales de sustancias vivas. Esto es un bosque, un pantano, una estepa, es decir, una biocenosis. El científico propuso caracterizar la materia viva sobre la base de indicadores cuantitativos como la composición química, el peso promedio de los organismos y velocidad media su colonización de la superficie terrestre.

La vida en nuestro planeta existe en formas celulares y no celulares.

La forma no celular de la materia viva está representada por virus que carecen de irritabilidad y de su propia síntesis de proteínas. Los virus más simples consisten solo en una cubierta de proteína y una molécula de ADN o ARN que constituye el núcleo del virus. A veces, los virus se aíslan en un reino especial de la vida silvestre: Vira. Solo pueden reproducirse dentro de ciertas células vivas. Los virus son omnipresentes en la naturaleza y son una amenaza para todos los seres vivos. Al instalarse en las células de los organismos vivos, provocan su muerte. Se han descrito unos 500 virus que infectan a los vertebrados de sangre caliente y unos 300 virus que destruyen las plantas superiores. Más de la mitad de las enfermedades humanas deben su desarrollo a los virus más pequeños (son 100 veces más pequeños que las bacterias). Estos son la poliomielitis, la viruela, la gripe, la hepatitis infecciosa, la fiebre amarilla, etc.

Las formas de vida celular están representadas por procariotas y eucariotas. Los procariotas incluyen varias bacterias. Los eucariotas son todos los animales y plantas superiores, así como las algas, hongos y protozoos unicelulares y multicelulares.

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Hay un número infinito de criaturas en la Tierra y, al tener un alto potencial reproductivo, interactúan activamente con el medio ambiente y, en última instancia, representan en conjunto un factor de desarrollo global especial que transforma las capas superiores de la Tierra.
Los organismos vivos son infinitamente diversos, ubicuos, se reproducen en muchas generaciones, tienen una actividad bioquímica selectiva y una actividad química excepcionalmente alta en comparación con otros componentes de la naturaleza.
La totalidad de los organismos del planeta Vernadsky se denomina materia viva, que se caracteriza por la masa total, la composición química y la energía. Vernadsky escribió sobre el papel de los organismos vivos en la Tierra: “Se puede decir sin exagerar que el estado químico de la corteza exterior de nuestro planeta, la biosfera, está enteramente bajo la influencia de la vida, está determinado por los organismos vivos; no hay duda de que la energía que le da a la biosfera su apariencia habitual es de origen cósmico. Viene del Sol en forma de energía radiante. Pero son los organismos vivos, la totalidad de la vida, los que transforman esta energía radiante cósmica en energía química terrestre y crean la diversidad infinita de nuestro mundo. Estos son organismos vivos que, por su respiración, su nutrición, su metabolismo, su muerte y descomposición, el uso constante de su sustancia, y lo más importante, el continuo cambio de generaciones que dura cientos de millones de años, su nacimiento, reproducción, dan lugar a uno de los fenómenos planetarios más grandiosos que no existe en ningún otro lugar, excepto en la biosfera.
Según el científico, el único enfoque correcto de la biosfera es inevitable como un sistema ecológico global integral con cierta estructura y estabilidad, sus características inherentes de formación y desarrollo. Tal comprensión de la biosfera es especialmente importante ahora, cuando el impacto tecnogénico del hombre en la naturaleza ha alcanzado una escala sin precedentes y es capaz de causar cambios planetarios en el entorno humano.
Dentro de la biosfera, casi todos los elementos químicos pasan a través de una cadena de organismos vivos y se incluyen en el sistema de transformaciones biogeoquímicas. Entonces, todo el oxígeno del planeta, producto de la fotosíntesis, se renueva cada 2000 años, y el dióxido de carbono, después de 300 años.
Los procesos bioquímicos en los organismos también son cadenas complejas de reacciones organizadas en ciclos. Su reproducción en la naturaleza inanimada requeriría enormes costos de energía, mientras que en los organismos vivos proceden a través de catalizadores de proteínas, enzimas que reducen la energía de activación de las moléculas en varios órdenes de magnitud. Dado que los seres vivos extraen materiales y energía para las reacciones metabólicas del medio ambiente, transforman el medio ambiente por el mero hecho de vivir. Vernadsky enfatizó que la materia viva lleva a cabo un trabajo geológico y químico gigantesco en la biosfera, transformando completamente las capas superiores de la Tierra durante su existencia.
Más del 99% de la energía que ingresa a la superficie terrestre es radiación solar, esta energía se desperdicia en la gran mayoría de procesos físicos y químicos en la hidrosfera, atmósfera y litosfera: el movimiento de masas de aire y agua, la evaporación, la redistribución de sustancias , la absorción y liberación de gases, etc.
En la Tierra, solo hay un proceso en el que la energía de la radiación solar no solo se gasta y redistribuye, sino que también se une, a veces se almacena durante mucho tiempo: esta es la creación de materia orgánica en el proceso de síntesis. Así, al quemar carbón en los hornos, liberamos y utilizamos la energía solar almacenada por la vegetación hace cientos de millones de años.
Por lo tanto, la principal función planetaria de la materia viva en la Tierra es unir y almacenar energía solar, que luego respalda muchos otros procesos geoquímicos en la biosfera.
Vernadsky consideró la función bioquímica de la biosfera como una manifestación universal de la vida en la Tierra. Ninguna especie única de organismos podría cumplir este papel. Para garantizar la diversidad de formas de migración biogénica de elementos químicos, fue necesario desarrollar un cierto complejo de organismos. De aquí surge el problema de la evolución de la biosfera como un todo único en el proceso del desarrollo histórico y geológico de nuestro planeta.
Así, la biosfera moderna es el resultado de un largo desarrollo historico de todo el mundo orgánico en su interacción con la naturaleza inanimada. Gracias a ello, surgió en la biosfera una compleja red de procesos y fenómenos interrelacionados; debido a la interacción de factores abióticos y bióticos, la biosfera está en constante movimiento y desarrollo. Ha sufrido una importante evolución desde la aparición del hombre, es decir, durante los últimos 2 millones de años. Sin embargo, si inicialmente, en términos de su impacto en la naturaleza, el hombre podía ser considerado solo como uno de los factores secundarios, luego, con el desarrollo de la civilización y el crecimiento de su equipo técnico, su papel se volvió comparable a la acción de poderosos procesos geológicos. . Esta circunstancia hace que nos tomemos en serio las posibles consecuencias a largo plazo de las actividades humanas tanto industriales como medioambientales.
Como resultado de la actividad tecnogénica de la humanidad, la biosfera de la Tierra se transforma radicalmente y se convierte, según la definición de Vernadsky, en la noosfera, la "esfera de la razón". Noosfera - nuevo fenómeno geológico en nuestro planeta, en él el hombre se convierte por primera vez en la mayor fuerza geológica. La noosfera es el mundo de las acciones razonables y con base científica a escala global.
Por supuesto, difícilmente se puede esperar que la era de la noosfera surja espontáneamente en la Tierra. Por sí mismo, sólo puede desarrollarse el proceso de degradación. Y ya está en marcha, y también en el territorio de Rusia. La contaminación de la atmósfera, el agua y el suelo en muchas de nuestras ciudades y regiones es muchas veces superior a las normas que son seguras para la salud humana. Las instalaciones de tratamiento en empresas industriales e instalaciones agrícolas, así como en los sistemas de alcantarillado, a menudo se encuentran en un estado previo a la emergencia. Las crecientes violaciones de su funcionamiento normal conducen a desastres.
Sobre la catástrofe ecológica global por el crecimiento descontrolado y sin restricciones de la producción y el consumo en el sector industrial países desarrollados advirtió enérgicamente al científico ruso N. Moiseev. De forma generalizada, su advertencia puede enunciarse así: si en un futuro próximo la humanidad no cambia radicalmente su comportamiento a escala planetaria en relación con la naturaleza y en las relaciones a nivel personal, interétnico e interestatal, entonces a mediados de el siglo veintiuno. en la Tierra, tales condiciones ambientales pueden surgir bajo las cuales la raza humana no puede existir.
De particular preocupación es el hecho de que la biosfera aún no ha respondido al aumento significativo - en un 20-21% - en la proporción de dióxido de carbono en la atmósfera del planeta que se ha producido en los últimos cien años. Dado que este gas sirve como alimento para los organismos vegetales, como resultado de procesos naturales, el volumen total de la biomasa terrestre debería haber aumentado significativamente. Pero por alguna razón esto no sucedió, y la ausencia de tal reacción es un síntoma formidable.
Quizás esto indique que la biosfera ya ha perdido (o está comenzando a perder) su capacidad inherente para compensar las perturbaciones que ocurren en ella, bajo cuya influencia puede pasar a un nuevo estado inadecuado para la existencia humana.
Sin embargo, lamentablemente, esta muy probable amenaza para toda la humanidad aún no se ha convertido en un tema de consideración ni en la ONU ni en ningún otro organismo. organizaciones internacionales. Y ningún gobierno del mundo, incluido el nuestro, reconoce o niega oficialmente la existencia de tal amenaza. Los políticos no parecen darse cuenta.
Las empresas con sede en los países de los "mil millones de oro" tienen un interés personal en mantener un orden económico mundial en el que el 14 % de la población mundial consuma el 86 % de los recursos naturales del mundo.
El silencio de los políticos sobre las inevitables consecuencias catastróficas de tal desarrollo sostenible"porque el destino de toda la humanidad ayuda a mantener esta proporción y priva a la mayoría desfavorecida de los habitantes de la Tierra incluso de una esperanza fantasmal de que algún día esta proporción cambie.
Es posible que en algunos países de pobreza absoluta, donde vive hoy alrededor del 60% de la población mundial, el ingreso anual promedio per cápita haya aumentado en varias decenas de dólares estadounidenses, y en países de pobreza relativa, cuyos habitantes representan más de una cuarta parte de toda la humanidad, por varios cientos de dólares. Pero no podrán vencer el atraso. Para satisfacer la demanda efectiva de los "multimillonarios del oro", las empresas transnacionales seguirán extrayendo lo mejor que tienen de los países en desarrollo.
Es posible detener el impacto destructivo del actual sistema posindustrial de orden social en la naturaleza solo con el desarrollo y la implementación gradual por parte de todos los países de una nueva doctrina socioeconómica. Su principio definitorio debe ser el reconocimiento de los recursos naturales, las cuencas hidrográficas y atmosféricas como propiedad universal. A través de este principio, debe realizarse el derecho inalienable de toda persona a acceder a los beneficios naturales.
Es importante prestar atención a la Carta de la Tierra y la posibilidad de su adopción como documento oficial de la ONU. "Carta (Declaración) de la Tierra" contiene principios fundamentales para crear una sociedad global justa, sostenible y pacífica en el siglo XXI. Este documento es una especie de análogo de la Declaración de Derechos Humanos en el campo de la ambiente. Y por supuesto nuevo
una carrera armamentista, en particular, la continuación de experimentos a gran escala por parte de los Estados Unidos en el campo del impacto decidido y poderoso en el entorno cercano a la Tierra por ondas de radio de alta frecuencia, es decir, de hecho, la creación de un arma geofísica que conlleva un peligro potencial colosal para la humanidad, es completamente incompatible con la Carta de la Tierra.
Rusia, como saben, en términos de su riqueza natural nacional es más de 2 veces superior tanto a los Estados Unidos como a Europa Occidental. Pero si Europa usa esta riqueza en un 50%, entonces Rusia, solo en un 2%.
Rusia puede hacer una contribución significativa a la seguridad noosférica del planeta, siguiendo la nueva eco-ética del siglo XXI. Para ello, deberá reforzar la seguridad verdaderamente colectiva no sólo en tres niveles (en el espacio postsoviético de la CEI, en el formato ampliado y modificado de la OTAN y en los parámetros de los "Shanghai Six"), sino también en el nivel mundial.
La circulación de los principales elementos en la biosfera es la participación reiterada de sustancias en los procesos que ocurren en la atmósfera y la hidrosfera, incluidas aquellas capas que forman parte de la biosfera del planeta. De particular importancia son los ciclos de oxígeno, carbono, nitrógeno, azufre y fósforo. El ciclo biogeoquímico del oxígeno es un proceso planetario que conecta la atmósfera y la hidrosfera con la corteza terrestre. Los eslabones nodales del ciclo son: la formación de oxígeno libre durante la fotosíntesis en las plantas verdes, el consumo de oxígeno para la respiración de todos los organismos vivos, la oxidación de residuos orgánicos y sustancias inorgánicas(por ejemplo, la combustión de combustibles) y otras transformaciones químicas que conducen a la formación de compuestos oxidados como el dióxido de carbono, el agua y su posterior participación en un nuevo ciclo de transformaciones fotosintéticas.

En el ciclo del oxígeno se manifiesta claramente la actividad geoquímica activa de la materia viva, su papel protagónico en este proceso cíclico. En base a la masa de materia orgánica sintetizada durante el año (teniendo en cuenta el 15% gastado en el proceso de respiración), se puede concluir que la producción anual de oxígeno por parte de la vegetación verde del planeta es de unas 300 x 109 toneladas. poco más del 25% de esta cantidad es liberada por la vegetación terrestre, el resto, por organismos fotosintéticos del Océano Mundial (el oxígeno libre está presente no solo en la atmósfera, sino que también se encuentra disuelto en las aguas naturales). El volumen total de las aguas del Océano Mundial es de 137 x 109 litros, y en 1 litro de agua se disuelven de 2 a 8 cm3 de oxígeno. En consecuencia, en las aguas del Océano Mundial es de 2,7 a 10,9 x 1012 toneladas
oxígeno disuelto. Parte de la materia orgánica queda enterrada, por lo que el oxígeno ligado se elimina del ciclo anual.

En tierra, en el proceso de fotosíntesis, las plantas fijan el dióxido de carbono con la formación de sustancias orgánicas y la liberación de oxígeno. Los restos de plantas y animales son descompuestos por microorganismos, como resultado de lo cual el carbono se oxida a dióxido de carbono y vuelve a entrar en la atmósfera. Un ciclo similar de carbono ocurre en el ambiente acuático. El carbono fijado por las plantas es consumido en una cantidad importante por los animales, que a su vez lo liberan en forma de dióxido de carbono durante la respiración.
El ciclo del carbono en la hidrosfera es un proceso más complejo que en la atmósfera, ya que la edad de este elemento en forma de dióxido de carbono depende del aporte de oxígeno a las capas superiores de agua tanto desde la atmósfera como desde el espesor subyacente, ya que existe un constante intercambio de carbono entre la tierra y los océanos. Predomina la remoción de este elemento en forma de carbonato y compuestos orgánicos desde la tierra hacia el océano. La entrada de carbono del océano mundial a la tierra tiene lugar en cantidades incomparablemente más pequeñas, y solo en forma de dióxido de carbono que se difunde en la atmósfera y luego es transportado por las corrientes de aire.
Los microorganismos juegan un papel extremadamente importante en el ciclo del nitrógeno: fijadores de nitrógeno, nitrificantes, desnitrificantes. Todos los demás organismos afectan el ciclo del nitrógeno solo después de que ha sido asimilado en sus células. El nitrógeno también es fijado por bacterias fotosintéticas moradas y verdes, varias bacterias del suelo.
En la biosfera en su conjunto, la fijación de nitrógeno del aire promedia 140-700 mg/m3 por año. Se trata principalmente de una fijación biológica, y solo se registra una pequeña cantidad de nitrógeno (en promedio, no más de 35 mg/m3 por año) como resultado de descargas eléctricas y procesos fotoquímicos.
Se observó una alta intensidad de fijación en algunos lagos contaminados con muchas algas verdeazuladas. En el océano, donde la productividad es menor, la fijación de nitrógeno por m3 es menor que en tierra. Sin embargo, la cantidad total de nitrógeno fijado es bastante significativa e importante para el ciclo global.
Del enorme suministro de este elemento en la atmósfera y la litosfera, solo el nitrógeno fijo participa en el ciclo del nitrógeno, asimilado por los organismos vivos en la tierra y en el océano. El ciclo del nitrógeno involucra: nitrógeno de biomasa, nitrógeno de fijación biológica por bacterias y organismos vivos, nitrógeno juvenil (volcanogénico), atmosférico (fijado durante las tormentas) y tecnogénico.
En vastas áreas donde no se desarrolla ninguna actividad humana, las plantas toman el nitrógeno que necesitan del nitrógeno introducido en el suelo desde el exterior (nitratos con la lluvia, amoníaco del aire), del nitrógeno devuelto al suelo (los restos de animales , plantas, excrementos de animales), así como de diversos organismos fijadores de nitrógeno.
La mayor cantidad de elementos de nitrógeno y cenizas está contenida en la biosfera de la vegetación forestal; en casi todos los tipos de vegetación, la masa de elementos de cenizas es 2-3 veces mayor que la masa de nitrógeno. La excepción son las plantas de tundra, en las que el contenido de nitrógeno y cenizas es aproximadamente el mismo. El mayor número de elementos que se renuevan durante el año (es decir, la capacidad del ciclo biológico) se encuentra en húmedo bosques tropicales, entonces - en las estepas de chernozem y bosques de hoja ancha de clima templado (en bosques de robles).
El proceso de transformaciones cíclicas del azufre y sus compuestos está bien desarrollado en la biosfera.
El fondo del depósito de azufre es extenso en el suelo y los sedimentos, más pequeño - en la atmósfera. El papel principal en el fondo de intercambio de azufre lo desempeñan microorganismos especiales, cada uno de los cuales realiza una determinada reacción de oxidación y reducción; como resultado, el sulfuro de hidrógeno se mueve desde los sedimentos de aguas profundas hacia la superficie. A escala global, la regulación del ciclo del azufre involucra procesos geoquímicos y meteorológicos (erosión, sedimentación, lixiviación, lluvia, adsorción, desorción, etc.), procesos biológicos (producción y descomposición de biomasa), la relación del aire, el agua y el suelo . El sulfato, como el nitrato y el fosfato, es la principal forma disponible de azufre, que es reducido por los autótrofos e incorporado a las proteínas (el azufre es parte de varios aminoácidos).
El ciclo del nitrógeno y el azufre se ve cada vez más afectado por la contaminación industrial del aire, y la quema de combustibles fósiles ha aumentado significativamente el contenido de óxidos volátiles de nitrógeno (NO y M02) y azufre (S02) en el aire, especialmente en las ciudades. Su concentración se vuelve peligrosa para los componentes bióticos de los ecosistemas.
El ciclo geoquímico del fósforo difiere en mayor medida de los ciclos del carbono y el nitrógeno. El contenido de este elemento en la corteza terrestre es de 0,093%. Esto es varias decenas de veces más que el nitrógeno, pero a diferencia de este último, el fósforo no es uno de los elementos principales de las capas de la Tierra. Sin embargo, su ciclo geoquímico incluye varias rutas de migración en la corteza terrestre, un intenso ciclo biológico y migración en la hidrosfera.
El fósforo es uno de los principales elementos organogénicos. Sus compuestos orgánicos juegan un papel importante en los procesos vitales de todas las plantas y animales, forman parte de ácidos nucleicos, proteínas complejas, fosfolípidos de membrana y sirven de base para procesos bioenergéticos. El fósforo se encuentra concentrado en la materia viva, donde su contenido es 10 veces mayor que en la corteza terrestre. En la superficie terrestre se produce un ciclo intensivo de fósforo en el sistema "suelo-plantas-animales-suelo". Debido al hecho de que los compuestos minerales de fósforo son poco solubles y el elemento contenido en ellos es casi inaccesible para las plantas, estas últimas utilizan principalmente sus formas fácilmente solubles formadas durante la descomposición de los residuos orgánicos. El ciclo del fósforo también ocurre en el sistema "Tierra-Océano mundial": los fosfatos se eliminan con la escorrentía de los ríos, interactúan con el calcio y se forman fosforitas, cuyos depósitos finalmente salen a la superficie y se incluyen nuevamente en los procesos de migración.
Una persona debe planificar actividad económica teniendo en cuenta la personalidad de los procesos naturales. Esto debe hacerse con especial cuidado en la agricultura, el pastoreo, el suministro de agua y la navegación. Arado, aplicación fertilizantes minerales, la contaminación por petróleo y metales pesados ​​empobrecen la fauna del suelo. Los eslabones de las cadenas alimentarias normales y los ciclos biogeoquímicos se rompen e incluso desaparecen por completo. La reacción del suelo a la intervención humana es inusualmente grande.
Las reservas de compuestos inorgánicos necesarias para mantener la actividad vital de los organismos que los habitan bastarían por un corto tiempo si estas reservas no se renovaran tanto durante la vida de los organismos como después de su muerte. Después de todo, la sociedad

forma un cierto sistema con el medio inorgánico, en el cual el flujo de átomos, causado por la actividad vital de los organismos, forma un ciclo.
Las biogeocenosis de los paisajes boscosos y herbosos se convierten en el principal mecanismo para retener la energía solar y formar fitomasa, que incluye enormes cantidades de carbono, agua y biófilos comunes.
Los recursos del subsuelo son recursos no renovables. Estos recursos solo se pueden usar una vez (aunque algunos metales pueden servir materias primas secundarias), e inevitablemente conduce al agotamiento de sus reservas, tales tipos de recursos tienen reservas finitas, y su reposición en la Tierra es prácticamente imposible debido a la falta de condiciones en las que surgieron hace muchos millones de años, o ocurre muy lentamente. .
Los recursos renovables incluyen el suelo, la vegetación, la vida silvestre, así como algunos recursos minerales, como las sales depositadas en lagos y lagunas marinas, pueden reproducirse en procesos naturales y mantenerse en cierta cantidad constante, determinada por el nivel de su reproducción anual y consumo.
Sin embargo, a veces, si se derrocha, algunos tipos de recursos renovables pueden volverse no renovables o tardar demasiado en renovarse. Por ejemplo, la composición de los suelos que mejoran la fertilidad cuando se usan con prudencia puede deteriorarse drásticamente con un cultivo inadecuado, y la erosión resultante a menudo destruye físicamente la capa superior del suelo. Lo mismo puede decirse de los recursos de flora y fauna. Con el uso depredador, se viola la capacidad de los sistemas biológicos para autorreproducirse, y entonces estos recursos se vuelven prácticamente no renovables.
Gracias al funcionamiento incesante del sistema "atmósfera-suelo-plantas-animales-microorganismos", se ha desarrollado una circulación biogeoquímica de muchos elementos químicos y sus compuestos en la tierra, en la atmósfera y en las aguas continentales. Sus características totales son comparables con la escorrentía fluvial total de la tierra, la entrada total de materia desde el manto superior a la biosfera del planeta. Es por eso que la materia viva en la Tierra ha sido un factor de importancia geológica durante muchos millones de años.
La naturaleza está llena de posibilidades ilimitadas para satisfacer las necesidades humanas. Sin embargo, sólo por el poder del conocimiento científico en el proceso de actividad de producción una persona fuerza
los recursos naturales sirven para satisfacer sus necesidades.
El hombre usó los recursos (principalmente comida, agua, aire) desde el comienzo mismo de su existencia, pero al principio no hizo esfuerzos para reproducirlos. Los recursos determinaron las áreas de los primeros asentamientos humanos. Los recursos para la reproducción simple de una sociedad preindustrial se entienden como las fuerzas productivas naturales de las formas tradicionales de cultivo centenarias, que utilizaban principalmente sustancias que no sufrieron un procesamiento profundo: piedra, madera, fibras naturales, etc. Una sociedad industrial se basa en los recursos naturales que se necesitan no tanto para el mantenimiento de la vida humana, sino para la producción de bienes y servicios que satisfagan las necesidades más desarrolladas de los individuos y de la sociedad en su conjunto. La gran mayoría de los recursos se gastan en el proceso de reproducción ampliada.

El académico Vladimir Ivanovich Vernadsky (1864-1945) fue uno de los destacados científicos naturales que se dedicó a estudiar los procesos que ocurren en la biosfera. Es el fundador de la dirección científica, nombrada por él biogeoquímica que formó la base de la teoría moderna de la biosfera.

Investigación de V.I. Vernadsky condujo a la comprensión del papel de la vida y la materia viva en los procesos geológicos. La apariencia de la Tierra, su atmósfera, rocas sedimentarias, paisajes: todo esto es el resultado de la actividad vital de los organismos vivos. Vernadsky asignó un papel especial en la formación de la faz de nuestro planeta al hombre. Presentó la actividad de la humanidad como un proceso natural espontáneo, cuyos orígenes se pierden en las profundidades de la historia.

Siendo un destacado teórico, V.I. Vernadsky estuvo en los orígenes de ciencias nuevas y ahora universalmente reconocidas como la radiogeología, la biogeoquímica, la doctrina de la biosfera y la noosfera, la ciencia de la ciencia.

En 1926 V. I. Vernadsky publicó el libro "Biosfera", que marcó el nacimiento de una nueva ciencia sobre la naturaleza y la relación del hombre con ella. La biosfera se muestra por primera vez como un único sistema dinámico habitado y controlado por la vida, la materia viva del planeta: "La biosfera es una capa definida y organizada de la corteza terrestre, asociada con la vida". El científico estableció que la interacción de la materia viva con la materia inerte es parte de un gran mecanismo de la corteza terrestre, por el cual ocurren diversos procesos geoquímicos y biogénicos, los átomos migran y participan en ciclos geológicos y biológicos.

Y EN. Vernadsky enfatizó que la biosfera es el resultado del desarrollo geológico y biológico y la interacción de materia inerte y biogénica. Por un lado, es el entorno de la vida, y por otro lado, es el resultado de la actividad de la vida. La especificidad de la biosfera moderna son los flujos de energía claramente dirigidos y la circulación biogénica (asociada con las actividades de los seres vivos) de sustancias. Vernadsky fue el primero en demostrar que el estado químico de la corteza exterior de nuestro planeta está completamente bajo la influencia de la vida y está determinado por los organismos vivos, con cuya actividad está conectado el gran proceso planetario: la mitología de los elementos químicos en la biosfera. La evolución de las especies, que lleva a la creación de formas de vida, es estable en la biosfera y debe ir en la dirección de aumentar la migración biogénica de los átomos.

Y EN. Vernadsky señaló que los límites de la biosfera están determinados principalmente por el campo de existencia de la vida. El desarrollo de la vida y, en consecuencia, los límites de la biosfera, está influenciado por muchos factores y, sobre todo, por la presencia de oxígeno, dióxido de carbono y agua en su fase líquida. Temperaturas demasiado altas o bajas, los elementos de nutrición mineral también limitan el área de distribución de la vida. El entorno supersalino (que supera la concentración de sales en el agua de mar unas 10 veces) también se puede atribuir a los factores limitantes. Las aguas subterráneas con una concentración de sal superior a 270 g/l están privadas de vida.

Según las ideas de Vernadsky, la biosfera consta de varios componentes heterogéneos. El principal y principal la materia viva, la totalidad de todos los organismos vivos que habitan la Tierra. En el proceso de la vida, los organismos vivos interactúan con los no vivos (abiogénicos) - sustancia inerte. Tal sustancia se forma como resultado de procesos en los que no participan organismos vivos, por ejemplo, rocas ígneas. El siguiente componente es nutritivo, creado y procesado por organismos vivos (gases atmosféricos, carbón, petróleo, turba, piedra caliza, creta, suelo del bosque, humus del suelo, etc.). Otro componente de la biosfera - sustancia bioinerte- resultado actividades conjuntas organismos vivos (agua, suelo, corteza meteorizada, rocas sedimentarias, materiales arcillosos) y procesos inertes (biogénicos).

La materia inerte prevalece marcadamente en masa y volumen. La materia viva en masa constituye una parte insignificante de nuestro planeta: aproximadamente el 0,25% de la biosfera. Además, "la masa de materia viva permanece básicamente constante y está determinada por la energía solar radiante de la población del planeta". En la actualidad, esta conclusión de Vernadsky se llama la ley de la constancia.

Y EN. Vernadsky formuló cinco postulados relacionados con la función de la biosfera.

El primer postulado: “Desde el mismo comienzo de la biosfera, la vida incluida en ella ya debería haber sido un cuerpo complejo, y no una sustancia homogénea, ya que sus funciones biogeoquímicas asociadas a la vida, en términos de diversidad y complejidad, no pueden ser las mismas. mucho de cualquier forma de vida.” En otras palabras, la biosfera primitiva se caracterizó originalmente por una rica diversidad funcional.

El segundo postulado: “Los organismos no aparecen individualmente, sino en un efecto masivo... La primera aparición de la vida... debería haber ocurrido no en la forma de la aparición de cualquier tipo de organismos, sino en su combinación, correspondiente a la función geoquímica de la vida. Las biocenosis deberían haber aparecido inmediatamente.

El tercer postulado: "En el monolito general de la vida, no importa cómo cambien sus partes constituyentes, sus funciones químicas no podrían verse afectadas por el cambio morfológico". Es decir, la biosfera primaria estaba representada por "conjuntos" de organismos como las biocenosis, que eran la principal "fuerza actuante" de las transformaciones geoquímicas. Los cambios morfológicos en los "agregados" no se reflejaron en las "funciones químicas" de estos componentes.

El cuarto postulado: "Los organismos vivos... por su respiración, su nutrición, su metabolismo... por el cambio continuo de generaciones... dan origen a uno de los fenómenos planetarios más grandiosos... - la migración de elementos químicos en la biosfera", por lo tanto, "a lo largo de los últimos millones de años, vemos la formación de los mismos minerales, en todo momento hubo los mismos ciclos de elementos químicos que vemos ahora.

Quinto postulado: "Sin excepción, todas las funciones de la materia viva en la biosfera pueden ser realizadas por los organismos unicelulares más simples".

Desarrollando la doctrina de la biosfera, V.I. Vernadsky llegó a la conclusión de que el principal transformador de la energía cósmica es la materia verde de las plantas. Solo ellos son capaces de absorber la energía de la radiación solar y sintetizar compuestos orgánicos primarios.

Las principales disposiciones de las enseñanzas de V.I. Vernadsky sobre la biosfera (1863-1945)

Al concepto de "" (sin el término en sí) ya a principios del siglo XIX. surgió Lamarck. Más tarde (1863) explorador francés reut utilizó el término "biosfera" para referirse al área de distribución de la vida en la superficie terrestre. En 1875 un geólogo austríaco suess llamó a la biosfera una capa especial de la Tierra, que incluye la totalidad de todos los organismos, oponiéndola a otros

conchas terrenales. Comenzando con el trabajo de Suess, biosfera se interpreta como un conjunto de organismos que habitan la Tierra.

La doctrina completa de la biosfera fue creada por nuestro académico compatriota Vladímir Ivánovich Vernadsky. Las ideas principales de V. I. Vernadsky en la doctrina de la biosfera se formaron a principios del siglo XX. Los expuso en conferencias en París. En 1926, sus ideas sobre la biosfera fueron formuladas en el libro "Biosfera", compuesto por dos ensayos: "Biosfera y espacio" y "Área de vida". Más tarde, estas mismas ideas se desarrollaron en una gran monografía. "Estructura química de la biosfera terrestre y su entorno", que, por desgracia, no se publicó hasta 20 años después de su muerte.

En primer lugar, V. I. Vernadsky definió el espacio que cubre biosfera Tierra: toda la hidrosfera hasta las profundidades máximas de los océanos, la parte superior de la litosfera de los continentes hasta una profundidad de aproximadamente 3 km y la parte inferior de la atmósfera hasta el límite superior de la troposfera. Introdujo el concepto integral en la ciencia. materia viva y comenzó a llamar a la biosfera el área de existencia en la Tierra de "materia viva", que es una combinación compleja de microorganismos, algas, hongos, plantas y animales. Esencialmente, estamos hablando sobre una sola capa termodinámica (espacio) en la que la vida y
hay una interacción constante de todos los seres vivos con las condiciones ambientales inorgánicas (una película de vida). Demostró que la biosfera se diferencia de otras esferas de la Tierra en que la actividad geológica de todos los organismos vivos tiene lugar en su interior. Los organismos vivos, al convertir la energía solar, son una fuerza poderosa que afecta los procesos geológicos.

Una característica específica de la biosfera como capa especial de la Tierra es la circulación continua de sustancias en ella, regulada por la actividad de los organismos vivos. Según V. I. Vernadsky, en el pasado subestimaron claramente la contribución de los organismos vivos a la energía de la biosfera y su influencia en los cuerpos inanimados. Aunque la materia viva en términos de volumen y masa constituye una parte insignificante de la biosfera, juega el papel principal en los procesos geológicos asociados con el cambio de apariencia de nuestro planeta.

Persiguiendo la ciencia que él creó bioquímica, estudiando la distribución de elementos químicos en la superficie del planeta, V.I. Vernadsky llegó a la conclusión de que prácticamente no hay un solo elemento de la tabla periódica que no esté incluido en la materia viva. Formuló tres importantes principios biogeoquímicos:

• La migración biogénica de elementos químicos en la biosfera tiende siempre a su máxima manifestación. Este principio es ahora violado por el hombre.
• La evolución de las especies en el transcurso del tiempo geológico, que conduce a la creación de formas de vida estables en la biosfera, se produce en una dirección que potencia la migración biogénica de los átomos.
• La materia viva está en continuo intercambio químico con su entorno, que es creado y mantenido en la Tierra por la energía cósmica del Sol. Debido a la violación de los dos primeros principios, las influencias cósmicas que sostienen la biosfera pueden convertirse en factores que la destruyen.

Los principios geoquímicos enumerados se correlacionan con los siguientes hallazgos importantes Y EN. Vernadsky: cada organismo puede existir solo bajo la condición de una estrecha conexión constante con otros organismos y la naturaleza inanimada; la vida con todas sus manifestaciones ha producido profundos cambios en nuestro planeta.

La base inicial para la existencia de la biosfera y los procesos bioquímicos que ocurren en ella es la posición astronómica de nuestro planeta y, en primer lugar, su distancia al Sol y la inclinación del eje terrestre al plano de la órbita terrestre. Este disposición espacial La Tierra está determinada principalmente por el clima de la Tierra, y este último, a su vez, determina los ciclos de vida de todos los organismos existentes en ella. El sol es la principal fuente de energía de la biosfera y el regulador de todos los procesos geológicos, químicos y biológicos de la Tierra.

La materia viva del planeta Tierra

La idea principal de V.I. Vernadsky radica en el hecho de que la fase más alta del desarrollo de la materia en la Tierra, la vida, determina y subyuga a otros procesos planetarios. En esta ocasión, escribió que se puede decir sin exagerar que el estado químico de la corteza exterior de nuestro planeta, la biosfera, está completamente bajo la influencia de la vida y está determinada por los organismos vivos.

Si todos los organismos vivos están distribuidos uniformemente en la superficie de la Tierra, forman una película de 5 mm de espesor. A pesar de esto, el papel de la materia viva en la historia de la Tierra no está menos papel procesos geológicos. Toda la masa de materia viva que ha estado en la Tierra, por ejemplo, durante mil millones de años, ya supera la masa de la corteza terrestre.

La característica cuantitativa de la materia viva es la cantidad total biomasa Y EN. Vernadsky, después de realizar análisis y cálculos, llegó a la conclusión de que la cantidad de biomasa es de 1000 a 10,000 billones de toneladas. la superficie de las hojas de los árboles, tallos de hierba y algas verdes, da números de un orden completamente diferente - en diferentes períodos del año oscila entre el 0,86 y el 4,20% de la superficie del Sol, lo que explica la gran energía total del sol biosfera. EN últimos años un biofísico de Krasnoyarsk llevó a cabo cálculos similares con el equipo más moderno I. Gitelzon y confirmó el orden de los números, hace más de medio siglo, determinado por V.I. Vernadsky.

Un lugar significativo en las obras de V.I. Vernadsky, según la biosfera, se asigna materia viva verde de las plantas, ya que solo es autótrofa y capaz de acumular la energía radiante del Sol, formando con su ayuda compuestos orgánicos primarios.

Una parte significativa de la energía de la materia viva se destina a la formación de nueva biosfera. vadoso(desconocido fuera de él) minerales, y parte está enterrada en forma de materia orgánica, eventualmente formando depósitos de color marrón y hulla, pizarra bituminosa, petróleo y gas. “Estamos tratando aquí”, escribió V.I. Vernadsky, - con un nuevo proceso, con una lenta penetración en el planeta de la energía radiante del Sol, que alcanzó la superficie de la Tierra. De esta manera, la materia viva modifica la biosfera y la corteza terrestre. Deja en ella continuamente parte de los elementos químicos que han pasado por ella, creando enormes espesores de minerales desconocidos, además de vadosos, o penetrando en la materia inerte de la biosfera con el polvo más fino de sus restos.

Según el científico, la corteza terrestre son principalmente restos de antiguas biosferas. Incluso su capa de granito-gneis se formó como resultado del metamorfismo y la refundición de rocas que surgieron en algún momento bajo la influencia de la materia viva. Consideró que solo los basaltos y otras rocas ígneas básicas eran profundos y, en su génesis, no conectados con la biosfera.

En la doctrina de la biosfera, el concepto de "materia viva" es fundamental. Los organismos vivos transforman la energía radiante cósmica en terrestre, química y crean una variedad infinita de nuestro mundo. Con su aliento, nutrición, metabolismo, muerte y descomposición, con una duración de cientos de millones de años, continuo cambio de generaciones, dan origen al grandioso proceso planetario que sólo existe en la biosfera. — migración de elementos químicos.

La materia viva, según la teoría de V. I. Vernadsky, es un factor biogeoquímico a escala planetaria, bajo cuya influencia se transforman tanto el entorno abiótico circundante como los propios organismos vivos. En todo el espacio de la biosfera hay un movimiento incesante de moléculas generadas por la vida. La vida tiene una influencia decisiva en la distribución, migración y dispersión de los elementos químicos, determinando el destino del nitrógeno, potasio, calcio, oxígeno, magnesio, estroncio, carbono, fósforo, azufre y otros elementos.

Las épocas del desarrollo de la vida: Proterozoico, Paleozoico, Mesozoico, Cenozoico reflejan no solo las formas de vida en la Tierra, sino también su registro geológico, su destino planetario.

En la doctrina de la biosfera, la materia orgánica, junto con la energía de la desintegración radiactiva, se considera portadora de energía libre. Vida se considera no como una suma mecánica de individuos o especies, sino de hecho, un proceso único que cubre toda la sustancia de la capa superior del planeta.

La materia viva ha cambiado a lo largo de todas las épocas y períodos geológicos. Por lo tanto, como señaló V.I. Vernadsky, la materia viva moderna está genéticamente relacionada con la materia viva de todas las épocas geológicas pasadas. Al mismo tiempo, en el marco de períodos geológicos significativos, la cantidad de materia viva no está sujeta a cambios notables. Este patrón fue formulado por el científico como una cantidad constante de materia viva en la biosfera (para un período geológico dado).

La materia viva realiza las siguientes funciones biogeoquímicas en la biosfera: gas: absorbe y libera gases; redox: oxida, por ejemplo, carbohidratos a dióxido de carbono y lo restaura a carbohidratos; concentración - los organismos-concentradores acumulan nitrógeno, fósforo, silicio, calcio, magnesio en sus cuerpos y esqueletos. Como resultado del desempeño de estas funciones, la sustancia viva de la biosfera a partir de la base mineral crea aguas y suelos naturales, se creó en el pasado y mantiene la atmósfera en un estado de equilibrio.

Con la participación de la materia viva, se produce el proceso de meteorización y las rocas se incluyen en los procesos geoquímicos.

Las funciones gaseosa y redox de la materia viva están estrechamente relacionadas con los procesos de fotosíntesis y respiración. Como resultado de la biosíntesis de sustancias orgánicas por parte de organismos autótrofos, se extrajo una gran cantidad de dióxido de carbono de la atmósfera antigua. A medida que aumentaba la biomasa de las plantas verdes, la composición del gas de la atmósfera cambiaba: el contenido de dióxido de carbono disminuía y la concentración de oxígeno aumentaba. Todo el oxígeno de la atmósfera se forma como resultado de los procesos vitales de los organismos autótrofos. La materia viva ha cambiado cualitativamente la composición gaseosa de la atmósfera, la envoltura geológica de la Tierra. A su vez, los organismos utilizan oxígeno para el proceso de respiración, como resultado de lo cual se libera nuevamente dióxido de carbono a la atmósfera.

Así, los organismos vivos crearon en el pasado y mantienen la atmósfera de nuestro planeta durante millones de años. Un aumento en la concentración de oxígeno en la atmósfera del planeta afectó la velocidad y la intensidad de las reacciones redox en la litosfera.

Muchos microorganismos están directamente involucrados en la oxidación del hierro, lo que conduce a la formación de depósitos sedimentarios. minerales de hierro, oa la reducción de sulfatos con la formación de depósitos biogénicos de azufre. A pesar de que la composición de los organismos vivos incluye los mismos elementos químicos, cuyos compuestos forman la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera, los organismos no repiten completamente la composición química del medio ambiente.

La materia viva, realizando activamente la función de concentración, selecciona del medio ambiente aquellos elementos químicos y en la cantidad que necesita. Debido a la implementación de la función de concentración, los organismos vivos han creado muchas rocas sedimentarias, por ejemplo, depósitos de tiza y piedra caliza.

En la biosfera, como en todo ecosistema, se realiza constantemente la circulación de elementos químicos. Así, la materia viva de la biosfera, realizando funciones geoquímicas, crea y mantiene el equilibrio de la biosfera.

Generalizaciones empíricas de V.I. Vernadsky

La primera conclusión de la doctrina de la biosfera es el principio de la integridad de la biosfera. La estructura de la Tierra es un sistema coordinado. El mundo viviente es un sistema único cimentado por muchas cadenas alimenticias y otras interdependencias. Si incluso una pequeña parte muere, todo lo demás se derrumbará.

El principio de armonía de la biosfera y su organización. En la biosfera, "todo se tiene en cuenta y todo se ajusta con la misma precisión y con la misma subordinación a la medida y la armonía, que vemos en los movimientos armoniosos de los cuerpos celestes y comenzamos a ver en los sistemas de átomos de materia y átomos de energía."

El papel de los seres vivos en la evolución de la Tierra. La faz de la Tierra en realidad está formada por la vida. "Todos los minerales de las partes superiores de la corteza terrestre - ácidos aluminosilícicos libres (arcillas), carbonatos (piedras calizas y dolomías), hidratos de óxido de hierro y aluminio (mineral de hierro marrón y bauxitas), y muchos cientos de otros - se crean continuamente en sólo bajo la influencia de la vida".

Papel cósmico de la biosfera en la transformación de la energía. VI Vernadsky enfatizó la importancia de la energía y llamó a los organismos vivos los mecanismos de transformación de la energía.

La energía cósmica provoca la presión de la vida, que se logra mediante la reproducción. La reproducción de los organismos disminuye a medida que aumenta su número. El tamaño de la población aumenta en la medida en que el medio ambiente puede soportar su mayor aumento, después de lo cual se alcanza el equilibrio. El número fluctúa alrededor del nivel de equilibrio.

La propagación de la vida es una manifestación de su energía geoquímica. La materia viva, como un gas, se esparce sobre la superficie terrestre de acuerdo con la regla de la inercia. Los organismos pequeños se reproducen mucho más rápido que los grandes. La tasa de transmisión de la vida depende de la densidad de la materia viva.

El concepto de autotrofia. Los organismos autótrofos se denominan organismos que toman todos los elementos químicos que necesitan para vivir de la materia ósea que los rodea y no requieren compuestos preparados de otro organismo para construir su cuerpo. El campo de existencia de estos organismos verdes autótrofos está determinado por el área de penetración de la luz solar.

La vida está enteramente determinada por el campo de sustentabilidad de la vegetación verde, y los límites de la vida - por las propiedades fisicoquímicas de los compuestos que componen el cuerpo, su inviolabilidad en determinadas condiciones ambientales. El campo máximo de vida está determinado por los límites extremos de supervivencia del organismo. El límite superior de la vida está determinado por la energía radiante, cuya presencia excluye la vida y de la que protege el escudo de ozono. El límite inferior está asociado con alcanzar una temperatura alta.

La biosfera en sus rasgos principales representa el mismo aparato químico desde los más antiguos períodos geológicos. La vida se mantuvo constante durante el tiempo geológico, solo cambió su forma. La materia viva en sí misma no es una creación aleatoria.

La "ubicuidad" de la vida en la biosfera. La vida gradualmente, adaptándose lentamente, capturó la biosfera, y esta captura no terminó. El campo de estabilidad de la vida es el resultado de su adaptabilidad en el transcurso del tiempo.

La ley de la frugalidad en el uso de cuerpos químicos simples por parte de la materia viva. Una vez que ha entrado un elemento, pasa por una larga serie de estados, y el organismo introduce en sí mismo sólo el número necesario de elementos.

La constancia de la cantidad de materia viva en la biosfera. La cantidad de oxígeno libre en la atmósfera es del mismo orden que la cantidad de materia viva. La materia viva es un intermediario entre el Sol y la Tierra y, por lo tanto, su cantidad debe ser constante o sus características energéticas deben cambiar.

Cualquier sistema alcanza un equilibrio estable cuando su energía libre es igual o se aproxima a cero, es decir cuando se ha realizado todo el trabajo posible en las condiciones del sistema.

V. I. Vernadsky formuló la idea de la autotrofia humana., que ha cobrado importancia en el marco de la discusión del problema de la creación de ecosistemas artificiales en naves espaciales. La creación de tales ecosistemas artificiales será una etapa importante en el desarrollo de la ecología. En su construcción se combina un objetivo de ingeniería -la creación de uno nuevo- y enfoque ambiental en la preservación de lo existente, la creatividad y el conservadurismo razonable. Esta será la implementación del principio de “diseñar con la naturaleza”.

Hasta ahora, un ecosistema artificial es una estructura muy compleja y engorrosa. Lo que en la naturaleza funciona por sí mismo, una persona sólo puede reproducirlo a costa de un gran esfuerzo. Pero tendrá que hacer esto si quiere explorar el espacio y hacer vuelos largos. La necesidad de crear un ecosistema artificial en naves espaciales ayudará a comprender mejor los ecosistemas naturales.