С. Г. Хорошавина концепции современного естествознания курс лекций
| Вид материала | Курс лекций |
- С. Г. Хорошавина концепции современного естествознания курс лекций, 5892.74kb.
- Программа курса «Концепции современного естествознания», 168.05kb.
- Программа дисциплины «концепции современного естествознания» «050706 Педагогика и психология», 169.4kb.
- В. М. Найдыш Концепции современного естествознания, 8133.34kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины концепции современного естествознания Специальность, 187.08kb.
- Концепции Современного Естествознания, 274.86kb.
- М. В. Ломоносова Философский факультет Кафедра философии образования, 155.37kb.
- Московском Государственном Открытом университете (эволюция вселенной, биологическая, 116.82kb.
- Концепции современного естествознания, 232.93kb.
- Программа дисциплины Концепции современного естествознания Специальность/направление, 456.85kb.
Несмотря на появление представлений о единстве Природы и Человека и их взаимообусловленности, мир неживой материи, живого вещества и мир человека и общества, им созданного, в XIX в. еще не были взаимосвязаны в сознании ученых. Научные дисциплины в этих трех сферах жили еще долгое время самостоятельной жизнью, а эмпирического материала было недостаточно, чтобы воспроизвести единую цельную картину мира. Таким связующим звеном стало учение о биосфере и ноосфере, которое начал формировать Владимир Иванович Вернадский в начале XX в. Он был одним из первых, кто понял, что весь лик Земли, ее ландшафты, структура атмосферы — все это является порождением жизни.
17.1. СУДЬБА НАУЧНЫХ ИДЕЙ В.И. ВЕРНАДСКОГО
Судьбы великих открытий складываются по-разному, по-разному складываются и судьбы великих идей. К одним признание приходит сразу. Это открытия, выношенные научной мыслью, рождение которых приветствуется научным обществом. Это счастливая судьба открытий, завершающих долгий, полный исканий и заблуждений путь, авторы которых еще при жизни бывают вознаграждены признанием благодарных современников. Таким путем пришли открытия периодического закона Д.И. Менделеевом, механизма эволюции — Ч. Дарви-ном, а в наше время — это двойная спираль и расшифровка генетического кода.
Иная судьба у идей, опережающих свое время, когда современники просто не понимают, не могут оценить их значение, если вовсе не отвергают. К авторам таких идей признание приходит посмертно, но со временем неуклонно возрастает осознание их величины. Судьба научных идей В.И. Вернадского относится к такого рода идеям. Можно возразить, что еще при жизни труды академика пользовались заслуженным признанием, но это не
306относится к главным обобщениям его жизни — представлениям о биосфере и ноосфере. Биосферу не отвергал никто, идея ноосферы пользовалась меньшим признанием и была предметом дискуссий, но вряд ли можно оспаривать тот факт, что лишь во второй половине нашего века, уже за пределами жизни автора, вся глубина и значение главных идей В.И. Вернадского только начинает осознаваться обществом.
17.1.1. Учение В.И. Вернадского
Владимир Иванович Вернадский занимает особое место среди выдающих представителей естествознания на рубеже XIX—XX вв. Естествоиспытатель, мыслитель, ученый-энциклопедист, академик заложил важнейшие основы новой естественнонаучной картины мира, показал закономерности естественноисторического развития как грандиозного космопланетарного процесса. Современное естественнонаучное мышление, как уже отмечалось, только начинает постигать значение нарисованной им величественной картины мироздания.
В.И. Вернадский родился в 1863 г. После окончания университета занялся минералогией и геохимией — проблемой изучения роли живого вещества в эволюции земной оболочки и биосферы. В 1890 г. он подытожил свою работу и развернул широкую программу эволюции биосферы с момента ее возникновения до настоящего момента.
В основе картины развития Земли как космического тела он ограничился констатацией факта, что жизнь на ней возникла, не занимаясь изучением КАК? Он предположил, что жизнь на Земле имеет довольно древнее происхождение. Сегодня учеными доказано, что жизнь на Земле существовала 3,8 млрд лет назад. То есть возникновение Земли как космического тела 4,5 млрд лет назад и появление на ней жизни по космическим масштабам произошли практически одновременно.
В.И. Вернадский первым сказал, что жизнь — есть явление космическое, и начал исследовать ее влияние на развитие планеты. Жизнь — это катализатор процесса развития. Он изложил историю развития биосферы и всей внешней оболочки земли, реконструкцию этого процесса. Пленка жизни, возникшая на поверхности планеты, многократно ускоряла процессы ее эволюции
307
за счет способности поглощать и использовать энергию космоса, солнца и трансформировать с ее помощью земное вещество.
17.1.2. Значение идей В.И. Вернадского
В.И. Вернадский, будучи истинным энциклопедистом, пользовался признанием как кристаллограф, минералог, геохимик, историк науки, создатель биохимии. Во второй половине века после выхода человека в космос человечество стало реально осознавать единство и единственность жизни на Земле, что и составляет суть учения о биосфере. И не только осознало, но и получило эффективный инструмент непосредственного изучения динамики жизненных процессов в планетарном масштабе. Этому немало способствовало развитие заложенных В.И. Вернадским дисциплин — геохимии и биогеохимии, а также общей экологии.
Выбор общественной стратегии взаимодействия человека с биосферой, формулирующейся сейчас как «модель устойчивого развития», — это и есть ноосфера В.И. Вернадского (см. ТЕМУ 18.7).
В философско-методологическом плане идеи В.И. Вернадского имеют большое значение для соотнесения с естественнонаучными представлениями ряда принципов материалистической диалектики. Весьма существенны многие аспекты вскрытого им взаимодействия живого и косного вещества. Обобщающие идеи В.И. Вернадского очень важны для анализа соотношения и взаимодействия различных форм движения материи.
Идеям В.И. Вернадского предстоит сыграть ключевую, все возрастающую роль в формировании мировоззрения современного человека, понимании им своего места в природе, прямой ответственности за будущее биосферы, воспитании новой экологической морали и этики. Учение В.И. Вернадского будет необходимо для непосредственного действия, и прежде всего для разработки научных основ устойчивого развития человечества в биосфере.
Наследие В.И. Вернадского сохраняет значение и для разработок в устоявшихся областях фундаментальной науки. Современные исследования вскрывают новые стороны введенных В.И. Вернадским представлений о взаи-
308модействии живого и косного вещества. Выявление планетарной функции живого вещества закономерным образом подводит В.И. Вернадского также к осмыслению космических функций живой материи.
Таким образом, научное творчество В.И. Вернадского и созданная им научноисследовательская программа многопланова и является «взрывом научного мышления XX столетия».
17.2. БИОСФЕРА КАК ЖИВАЯ САМОРЕГУЛИРУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА
Биосфера — вместилище жизни, сложная, целостная система, динамическое равновесие которой проявляется множеством параметров. Само слово «биосфера» произошло от слов «био» и «сфера» — это область активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу.
В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны между собой и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. В.И. Вернадский писал: «Биосфера — это среда нашей жизни, это та «природа», которая нас окружает, о которой мы говорим в разговорном языке. Человек прежде всего своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы. он жил в городе или в уединенном домике». «Человек ... как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы... составляет определенную закономерность строения биосферы».
Биосфера, или биомасса Земли, — это совокупность всех живых существ в природе, которая имеет свои границы. Верхний предел биосферы ограничен сильнейшим солнечным и космическим излучением, поражающим все живое. Нижний предел — высокими температурами недр Земли.
17.2.1. Возникновение учения о биосфере
Возникновение учения о биосфере обычно связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж.Б. Ламарка, который ввел термин «биология». Однако
309
определение биосферы как особой оболочки Земли и само ее название было предложено австралийским геологом Э. Зюсом. Именно Э. Зюсом в 1875 г. был введен термин «биосфера». Однако подробного освещения существа и роли биосферы мы у Зюса не находим. Ж.Б. Ламарк значительно раньше и глубже подошел к анализу взаимоотношений организмов со средой их обитания и гибели, что непосредственно предшествовало современному пониманию биосферы.
Более глубоко и широко биосфера представлена в трудах В.И. Вернадского. Его учение о биосфере как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетного масштаба, появилось в 1926 г. Теория биосферы, разработанная В.И. Вернадским, оказывается необходимой естественнонаучной предпосылкой для создания теоретических основ экологии человека и, кроме того, важнейшим средством стратегии и тактики научных исследований по проблеме экологии человека и различным аспектам преобразования окружающей среды.
17.2.2. Основные идеи В.И. Вернадского по проблемам биосферы
Основные идеи В.И. Вернадского по проблемам биосферы сложились в начале нынешнего столетия. В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой — взаимодействие живого и косного веществ. Он писал, что живые организмы являются функциями биосферы и тесным образом материально и энергетически с ней связаны. Сама биосфера является продуктом длительного спонтанного развития нашей планеты. Солнечная космическая энергия через растительный мир, почвенно-растительные системы служит источником зарождения, питания и существования всего живого на Земле. В свою очередь, живое вещество, завоевав планету, глубоко изменило ее, проявило себя могучим трансформирующим фактором.
Главной особенностью биосферы ученый считал биогенную миграцию атомов химических соединений, вызываемую лучистой энергией Солнца и проявляющуюся в процессе обмена веществ, росте и размножении орга-
310низмов. Эта биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:
- Стремится к максимальному проявлению — возникает «всюдность» жизни;
- Приводит к выживанию организмов, увеличивающих биологическую миграцию атомов.
Биосферу мы можем рассматривать как область земной коры, занятую трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию — электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.
17.2.3. Составные части биосферы
Биосфера — это сложная по составу, строению и организованности оболочка. Она включает в себя:
- живые организмы;
- биогенное вещество (уголь, нефть, известняки и др.). Огромные запасы топливных ископаемых в виде газа, нефти, угля являются материалами органического характера — продуктами прошлых стадий развития биосферы;
- косное вещество (в его образовании живое не участвует);
- биокосное вещество (создается с помощью живых организмов);
- вещество космического происхождения. Биосфера включает в себя все живые организмы,
находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли и обитающие в атмосфере, гидросфере и литосфере. Она представляет собой открытую систему, через которую проходит поток энергии от Солнца. Живые организмы аккумулируют солнечную энергию, превращают ее в химическую и создают все многообразие жизни.
Продукты жизнедеятельности живых систем относятся к весьма подвижным веществам, которые перемещаются в пространстве далеко за пределами обитания организмов, поэтому естественно, что распределение живых организмов в пространстве более ограничено, чем вся биосфера в целом.
Биосфера в главных своих чертах может быть охарактеризована по отдельным оболочкам, которые она охватывает. Рассмотрим каждую их них.
311
17.2.3.1. Атмосфера как составная часть биосферы
Атмосфера — наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим пространством. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы — водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.
Одним из важнейших компонентов атмосферы является изотоп кислорода — озон (03). Его образование и разложение связано с поглощением ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно для живых организмов (вспомним стерилизацию живых организмов кварцем). Озон поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на атомарный и молекулярный кислород. Основное количество озона располагается на высоте 20—25 км, там его концентрация максимальна. Озоновый слой является «экраном» от ультрафиолетового излучения и играет исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле.
17.2.3.2. Гидросфера — водная оболочка Земли
Вследствие высокой подвижности воды гидросфера проникает повсеместно в различные природные образования. Она находится в виде паров и облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, существует в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов, покрывает в виде мощных ледяных панцирей полярные участки Земли. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать как естественные растворы разной степени концентрации.
Гидросфера находится в тесной связи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которые она входит как отдельный компонент.
31217.2.3.3. Литосфера — поверхность твердого тела Земли
Литосфера — это земная кора, наиболее неоднородная оболочка Земли. Горные системы чередуются обширными равнинами на материках. В свою очередь, все материки — это приподнятые над уровнем моря участки земной коры.
Земная кора состоит из различных минеральных ассоциаций в виде осадочных, изверженных и метафорических горных пород различных форм залегания. В настоящее время под земной корой принято понимать верхний слой твердого тела Земли, расположенный выше сейсмической границы. Эта граница проходит на разных уровнях, на разных глубинах и отличается резким скачком сейсмических волн, возникающих при землетрясениях.
В.И. Вернадский выделил дисимметрию планеты. Если разделить земной шар по Тихоокеанскому побережью (краевым частям Восточной Азии, запада Северной и Южной Америки), то он будет состоять из двух полушарий:
- континентального, где сосредоточены все материки совместно с Атлантическим и Индийским океанами;
- океанического, которое займет площадь всего Тихого океана.
Такой характер планетарного рельефа нашей планеты имеет глубокие корни. Прежде всего он связан со строением и составом земной коры в пределах континентального и океанического полушарий. Континентальная часть земной коры в течение длительное геологической истории находилась в ту или иную эпоху в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных горных пород и сосредоточенных в них месторождений полезных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, кремнистых и карбонатных пород, связанных в прошлом с жизнедеятельностью организмов. Поэтому континентальная земная кора имела и имеет прямое и косвенное отношение к биосфере Земли.
Таким образом, установить границы биосферы во времена В.И. Вернадского было невозможно. Да и сейчас, когда уже получены научные данные о существовании
313
жизни во всей толще вод мирового океана, а также исследованы на «заселенность» многие области Земли с экстремальными условиями, границы биосферы все еще определяются приближенно.
17.2.4. Биосфера как саморегулирующаяся система
Биосфера — это саморегулирующаяся система, в которой все живые организмы связаны между собой. Эта система формировалась сотни тысяч лет и имела три этапа развития:
- Нижний палеолит, во времена которого происходило основное формирование биомассы планеты, — верхний палеолит.
- От верхнего палеолита до начала нашего тысячелетия. Это время, когда вмешательство человека, считающего себя высшим существом, привело к первому крупнейшему экологическому кризису, повлекшему за собой вымирание многих видов крупных животных.
- Развитие НТП и нерациональное природопользование. Он продолжается до наших дней.
Биосфера существовала до появления человека и может существовать без него, но человек без биосферы существовать не может. Это аксиома. Независимо от человека биосфера сложилась как саморазвивающаяся и саморегулирующаяся система, как механизм, использующий энергетический порядок, идущий из Космоса и перераспределяющий энергию внутри геофизической, биологической, геохимической оболочек на планете и характеризующийся определенной биологической продукцией. Саморегуляция этого процесса была стихийной, но эффективной и направленной. Биосфера развивалась вместе с усложнением форм жизни, с накоплением органического вещества, живой биомассы, корневых систем и т.д.
Однако человек с момента своего появления вмешивается в процессы самоуправляющейся, саморегулирующейся природной системы и воздействует на нее. В.И. Вернадский одним из первых заметил, что человечество вступило в новую эпоху, когда, познав законы природы, оно проявляет себя как сила, способная сознательно управлять процессами в биосфере.
314Сравнение космических «ровесниц» — Земли и Луны наглядно демонстрирует эффективность живого вещества как катализатора мирового процесса развития.
17.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОСНОГО И ЖИВОГО ВЕЩЕСТВ
17.3.1. Живое вещество
Живое вещество есть совокупность всех организмов Земли, находящихся на ней в данный период времени. В целом эта совокупность играет большую роль, хотя, если говорить о воздействии человека на планетные процессы, то роль отдельной личности может быть ничтожной.
Живое вещество на Земле можно рассматривать как совокупность средних живых организмов, относящихся ко всем различным группам. Каждая из таких групп состоит из однородного живого вещества. Живое вещество существует только в биосфере. Как уже отмечалось, биосфера включает в себя тропосферу, океаны и тонкую пленку в континентальной области, уходящую на глубину не менее чем на 3 км. Человек стремится увеличить размеры биосферы.
Биосферу обычно определяют как область жизни. Но ее можно (и, вероятно, даже более точно), рассматривать как оболочку, в которой происходят изменения, вызванные попадающим на Землю солнечным излучением.
В.И. Вернадский указывал на необратимость процессов жизни, увеличение ее свободной энергии и выраженной дисимметрии в строении живого вещества: «Ди-симметрия выражена как особым характером симметрии пространства, занятого живым веществом, так и особенно явным несоответствием, скорее неравенством, — между «правым» и «левым» характером явлений (например, обобщения Пастера)». Развивая дальше понятие о принципиальном значении явления дисимметрии, В.И. Вернадский пишет: «Необходимо подчеркнуть основной вывод: явления жизни позволяют здесь идти в изучении пространства и Космоса так далеко, как это пока невозможно никаким другим путем. В этом проявляется космичность жизни. Это явно видел Пастер».
315
Итак, В.И. Вернадским осуществлен первый шаг в изменении современной научной картины Вселенной, который характеризуется:
- введением живого вещества;
- определением его как явления планетарного или космического.
17.3.2. Косное и живое вещества
Вещество, составляющее биосферу, существенно неоднородно. Поэтому различают косное и живое вещества. Косное вещество преобладает по массе и объему. Происходит непрерывная миграция атомов косного вещества биосферы в живое и обратно. Все исследуемые объекты в биосфере следует называть естественными телами биосферы. А среди них можно различать тела живые, а также косные или биокосные, как, например, почва или озерная вода.
В.И. Вернадский подчеркивал принципиальное значение связей живого и косного вещества, фундаментальный характер биологического единства земных естествен-ноприродных процессов: «Между косным и живым веществом есть непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом. Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, размножении и т.п.». В этом постоянном обмене, рассматривая взаимодействие живого и косного вещества в космопланетар-ном аспекте, В.И. Вернадский выделил несколько основополагающих свойств, среди которых —