Коэволюция человека и биосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

урок география биосфера

В настоящее время очень остро стоит вопрос о соразвитии человека и биосферы, так как человек, являясь разумным существом, не всегда ведет себя разумно в использовании природных богатств планеты. С появлением человеческого общества, активно преобразующего природу, динамическое равновесие в сложной системе биосферы было нарушено. От деятельности человека страдает не только живое вещество биосферы, но его влиянию подвергаются и оболочки, составляющие биосферу: происходит изменение состава воздуха, загрязнение почв и вод планеты. И человек начинает задумываться о своем будущем, так как такое отношение к природе может привести к уничтожению самого человека как биологического вида. А чтобы такого не случилось, необходимо уже сейчас подрастающему поколению, через различные источники информации, донести мысль о том, что от нас зависит наше будущее.

Войткевич Г.В. [1] указывает, что взаимоотношения человека и биосферы носят сложный характер и нуждаются в тщательном и полном изучении. Успехи человечества в потреблении природных ресурсов зависят от познания законов природы и умелого их использования. Одна из самых крупных проблем во взаимоотношениях природы и общества - это противоречие между ограниченными ресурсами, размерами Земли и неограниченно возросшими потребностями человечества. Это противоречие привело к возникновению чрезвычайно серьезных экологических проблем глобального масштаба.

Еще в 1926 г. (Вернадский В.И., изд. 1967 г.) В.И. Вернадский писал [2]: «Созданная в течение геологического времени, установившаяся в своих равновесиях биосфера начинает все сильнее и глубже меняться под влиянием научной мысли человечества». Вот эту-то биосферу Земли, измененную научной мыслью и преобразованную для удовлетворения всех потребностей численно растущего человечества он называл «ноосферой».

Учение В.И. Вернадского о биосфере служит научным фундаментом в разработке ряда современных глобальных проблем, и, прежде всего, проблем окружающей человека среды и разумного использования природных богатств биосферы.

Поскольку на уроках географии изучается материал о биосфере, ее компонентах и роли человека в ее сохранении и преобразовании, мы считаем введение дополнительного материала по этой проблематике весьма актуальным.

Учащиеся, изучая дополнительный материал по теме коэволюции человека и биосферы, должны осознать, что их родной дом не только то помещение, село или город, где они живут, но и вся наша прекрасная голубая планета Земля в целом, с ее материками и океанами, высокими белоснежными горами, зелеными лесами и голубыми озерами.

Кроме того, подобранный дополнительный материал, способствуя увеличению банка данных о планете Земля, поможет сформировать ту часть мировоззренческого аспекта, которая определит способность человека, какую бы он должность не занимал в будущем, прилагать все усилия к сохранению и дальнейшей эволюции биосферы, превращая ее из техносферы в ноосферу, сферу разума.

Цель дипломного исследования: собрав банк новых данных о коэволюции человека и биосферы, включив его в состав материала уроков, выявить влияние использования дополнительного материала на активизацию мыслительной деятельности учащихся, и тем самым, на повышение качества усваивания материала.

В ходе достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить отечественную и зарубежную литературу по теме исследования;

- выбрать из изученных литературных источников новые данные по коэволюции человека и биосферы;

- включить выбранные данные в состав содержания уроков географии, на которых изучается материал по теме исследования;

- выявить путем проведения тестирования усвоение дополнительного материала;

- разработать рекомендации для учителей по эффективному внедрению дополнительного материала на уроках географии с целью активизации познавательной деятельности учащихся.

Объектом исследования моей дипломной работы является эволюция биосферы.

Предмет исследования - проблемы коэволюции человека и биосферы.

Теоретическую основу моей дипломной работы составляют научные труды следующих авторов по теме исследования: Вернадского В.И., Войткевича Г.В., Чижевского А.Л. и Казначеева В.П. Также были изучены литературные источники отечественных и зарубежных авторов: Фурсова В.И., Лапо А.В., Верзилина Н.Н. и др.

Методологическая основа исследования состоит в применении теоретических и эмпирических методов. В процессе исследования использовались такие методы как:

- структурный анализ (анализ календарных планов по курсу естествознания и географии в 5-11 классах);

- сравнительный анализ (анализ успеваемости учащихся за 1 и 2 четверть);

- эксперимент (апробирование поставленной гипотезы на практике).

Практическая база (исходный материал) написания дипломной работы включает в себя:

- календарные планы по курсу естествознания т географии 5 - 11 классов;

- дополнительный материал по теме исследования для использования на уроках географии;

- уровень успеваемости учащихся 6 и 10 классов за 1 четверть.

1. Литературная справка

1.1 Актуальные проблемы эволюции биосферы

Биосфера (греч. bios - жизнь и sphaira - шар) - это оболочка Земли, заселенная живыми организмами и преобразованная ими.

Биосфера, по определению советского ученого академика В.И. Вернадского, - колыбель жизни. Она возникла, развивалась и формировалась в пространстве и во времени при непосредственном участии живых организмов [3].

По определению Казначеева В.П. [4], биосфера - это единственная область распространения живого вещества планеты, которая в течение примерно 4 млрд. лет преобразовывала лик Земли, существенным образом определяла динамику литосферных, гидросферных и атмосферных процессов и событий. За этот период времени, «питаясь» энергией космических излучений биосфера сформировала сложные саморегулирующиеся механизмы, которые обеспечили ей внутреннее саморазвитие и дали гарантии, защищающие от губительных и повреждающих факторов космической среды.

Далее в своем труде «Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере» Казначеев В.П. указывает, что понятие биосферы не эквивалентно понятию географической оболочки, под которой в литературе понимается разнородный природный комплекс поверхности планеты, основанный на взаимодействиях литосферы, гидросферы, атмосферы и оказывающий воздействие на живые организмы. Географическая оболочка со всеми ее физико-географическими особенностями формируется в пространстве суши и океана. В то же время биосфера - это активно функционирующая система, поглощающая солнечную энергию и космические излучения и превращающая ее в высокоорганизованные живые и биокосные тела.

Понятие о биосфере как области активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, гидросферы и верхнюю часть литосферы, живые организмы и среду ихобитания было введено еще в 1875 г. немецким ученым Э. Зюссом (1831-1914) - лауреатом Золотой медали Русского географического общества. Зюсс писал [5, цит. по Лапо А.В.]: «Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер небесном теле, а именно - органическая жизнь… На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу…».

Однако современное учение о биосфере как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов и человека проявляется в качестве геохимического фактора планетарного масштаба, получило свое начало только в 1926 г. в работах советского ученого В.И. Вернадского (1863-1945) - крупнейшего геохимика, энциклопедиста и натуралиста. Он отмечал [3, цит. по Фурсову В.И.], что: «Биосферу можно и нужно рассматривать как весьма сложную саморегулирующуюся природную систему, состоящую из живого вещества и неживой материи». Основное внимание Вернадский уделял высшей форме развития материи на Земле - жизни, которая определяет и подчиняет себе другие планетарные процессы. По его представлению химическое состояние наружной коры нашей планеты (биосферы) всецело находится под влиянием жизни. А энергия, придающая биосфере ее обычный облик, имеет космическое происхождение. Источником ее являются лучи солнца. Но именно живые организмы, совокупность жизни, по определению В.И. Вернадского, превращают эту космическую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

По мнению Верзилина Н.Н. [6], под биосферой принято понимать сложную внешнюю оболочку Земли, населенную организмами. Биосфера качественно отличается от всех других сфер Земли, так как в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов, а на последнем этапе истории Земли - и человека. При этом характерно, что определенные группы живых существ могут оказывать различное, вплоть до диаметрально противоположного, влияние на окружающую их среду. Например, зеленые растения обогащают ее (при фотосинтезе) кислородом, животные (при дыхании) - углекислым газом; растения навлекают громадные массы углерода из атмосферы, а микроорганизмы, разлагая органическое вещество, возвращают большую часть углерода обратно; сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают соли серной кислоты до сероводорода, серобактерии же окисляют сероводород до серной кислоты и т.д.

Определяя биосферу как естественно-природное явление, В.И. Вернадский [7, цит. по Казначееву В.П.] в основе его видит, прежде всего: «процесс космопланетарную эволюцию Земли и деятельность живого вещества как главного фактора этой эволюции. Биосфера в условиях Земли является своеобразным вместилищем живого вещества, включает его как основу. В этом плане она предстает как сложная саморегулирующаяся космопланетарная система, новая оболочка Земли… Биосфера… активно поглощая солнечную энергию и космические излучения, превращает ее компоненты в высокоорганизованные живые биокосные тела. Почти за 4. млрд лет живым веществом биосферы геологически переработана верхняя часть литосферы Земли, а основной состав атмосферы и гидросферы это ее производные».

Где же приходят границы биосферы?

Конкретезируя определение В.И. Вернадского [8], к биосфере можно отнести те зоны Земли, где существуют аборигенные сообщества живых организмов. Если мы примем этот тезис, верхнюю границу биосферы следует проводить по рекордным активным залетам летающих живых организмов (среди которых чемпионами, конечно, являются птицы). Выше этой границы располагается парабиосфера.

Сложнее обстоит дело с нижней границей. Владимир Иванович предполагал [8], что заселенной бактериями является вся осадочная оболочка Земли. Фактических данных о распространении бактерий в земной коре в то время было недостаточно. Существовали только единичные наблюдения.

Так, например, Лапо А.В. [5] приводит интересные данные о возможности определения границ биосферы.

Инженер В. Шейко в 1901 году впервые обнаружил бактерии в глубинных водах бакинских нефтяных разработок, а четверть века спустя американский ученый Б. Бастин и советский исследователь Т.Л. Гинзбург-Карагичева опубликовали описания микроорганизмов подземных вод нефтяных месторождений. При бурении на Апшеронском полуострове бактерии были встречены тогда на глубине 1700 м.

Более поздние работы, однако, не подтвердили предположение В.И. Вернадского о заселении всей осадочной оболочки Земли бактериальной жизнью. Как показали недавние исследования ленинградского микробиолога Людмилы Евстафьевны Крамаренко, распределение микроорганизмов в подземных водах, а значит, и нижняя граница биосферы в пределах континентов определяются двумя факторами: температурой вод и концентрацией в них минеральных солей. Живые бактерии выявляются в водах с температурой до 100°, хотя наиболее активная их жизнедеятельность ограничена только 80°. Предельная концентрация минеральных солей тоже удивительная - 270 г./л - минеральные растворы в 10 раз более концентрированные, чем океанская вода!

При глубоком бурении в Западной Сибири активная и разнообразная по составу анаэробная микрофлора была найдена на глубине больше 3000 м. В то же время, если минерализация вод превышает указанный предел, бактерии отсутствуют па значительно меньших глубинах. Такие лишенные жизни зоны обнаружены в Ангаро-Ленском бассейне уже на глубине около 500 м, а в Волго-Камском - на глубине около 1200 м. Что же касается океанов, то там распространение жизни в глубь дойных осадков ограничивается десятыми долями, максимально - единицами метров.

Мощность биосферы по вертикали, таким образом, составляет в океане всю толщу океанских вод и незначительную донную пленку жизни, а на континентах - тонкий наземный и мощный подземный слой. Вся дневная поверхность нашей планеты относится к зоне биосферы. Единственное исключение составляют, возможно, лишенные жизни участки высокогорий, лежащие выше зоны распространения зеленой растительности. На поверхности Земли безжизненными могут оказаться также некоторые участки ледниковых щитов и безводных пустынь.

Таковы, по современным взглядам, границы биосферы Земли.

В книге «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» Вернадский [9] поставил вопрос о типах вещества, слагающих биосферу: «Вещество ее (биосферы) состоит из семи глубоко разнородных природных частей, геологически не случайных.

Во-первых, из совокупности живых организмов, живого вещества, рассеянного в мириадах особей…

Во-вторых, мы имеем дело с веществом, создаваемым и перерабатываемым жизнью… с биогенным веществом, источником чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т.д.). Живые организмы в нем после его образования геологически малодеятельны.

В-третьих, мы имеем вещество, образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует: косное вещество, твердое, жидкон и газообразное…

Четвертая часть - это биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессам, представляя динамические равновесные системы тех и других. Таковы вся океаническая и почти вся другая вода биосферы, нефть, почва, кора выветривания и т.д. Организмы в них играют ведущую роль…

В-пятых, вещество, находящееся в радиоактивном распаде в форме немногих относительно прочных радиоактивных элементов… Мы здесь имеем дело с химическими элементами сложного изотопного состава, проникающими все вещество биосферы и идущими вглубь па глубину, нам неизвестную…

С другой стороны, лее вещество биосферы и, по-видимому, только биосферы, проникнуто шестой формой вещества - рассеянными атомами, которые непрерывно создаются из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений…

Наконец, седьмым типом земного вещества является вещество космического происхождения…».

Вещества земного происхождения представлены в биосфере как живым, так и неживым веществом. К живому веществу, но определению Вернадского, относятся все живые организмы биосферы. Современное живое вещество является биогенным, так как оно образуется исключительно путем размножения уже существующего живого вещества.

По мнению Верзилина Н.Н. [6], наибольшая концентрация живого вещества в биосфере сосредоточена у поверхности суши и океана, на границах соприкосновения литосферы с атмосферой, гидросферы с атмосферой и литосферы с гидросферой, т.е. у поверхностей раздела между веществами, находящимися в твердом, жидком и газообразном состоянии. На суше жизнь сосредоточена на верхнем почвенном слое литосферы и виде более пли менее мощного ковра зеленой растительности и зависящих от него животных и микроорганизмов. В океане жизнь сконцентрирована у поверхности, также на его границе с атмосферой. Здесь обитают микроскопические планктонные водоросли, создающие основную часть биомассы, за счет которой в конечном счете существует весь животный мир океана. На огромных пространствах суши и необозримых просторах океана живое вещество представлено тонким насыщенным слоем, тонкой пленкой в сравнении со всей толщей биосферы. В этом, так называемом главном слое жизни сосредоточены все необходимые для жизненных процессов условия: солнечный свет, вода с растворенными в ней неорганическими соединениями, углекислый газ и кислород. Средняя мощность главного слоя жизни значительно различается в разных областях биосферы и выражается в величинах, представленных в Таблице 1.

Таблица 1. Величины, характеризующие главный слой жизни (по В.А. Успенскому)

Области биосферы	Примерно средняя мощность главного слоя жизни (в м)	Средняя биомасса в главном слое жизни (в г углерода на 1 м3)
область суши с почвенным покровом болота озера шельфовые области моря открытый океан	5,0 0,5 25 100 200	4340,0 78,5 20,7 46,9 1,5

Из приведенных данных отчетливо видно, что концентрации живого вещества в расчете на единицу площади насыщенного жизнью слоя биосферы надает по мере перехода от наземных условий к типичным океаническим.

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Горелов А.А. [10, 11] нам предлагает следующие свойства биосферы:

1. Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В.И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид - человек (антропоцентризм).

2. Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организмы (гелиобиология) разработаны А.Л. Чижевским (1897-1964), который показал, что многие явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью солнца.

Изучение колоссального статистического материала по эпидемиологическим исследованиям и сопоставление дат последовательного развития массовых заболеваний с датами в периодической деятельности Солнца привели Чижевского А.Л. [12] к выводу о том, что увеличение, расширение и ожесточение эпидемий и пандемий идут, как правило, параллельно увеличению интенсивности пятнообразовательного процесса на Солнце. Такие результаты были получены Чижевским по ряду таких заболеваний как грипп, чума, возвратный тиф, дифтерия, малярия, цереброспинальный менингит и др. (См. Приложение А).

Обработка Чижевским огромного статистического материала вскрыла также параллелизм в ходе кривых общей смертности и деятельности Солнца.

Чижевским А.Л. [12] был сделан вывод: «Жизненные функции патогенных микроорганизмов стоят в прямой связи с электрическими и электромагнитными пертурбациями во внешнем космо-теллурическом пространстве, то есть вирулентность бактерий есть функция радиации космо-теллурической среды (помимо прочих факторов)».

Этим ученым также были перечислены явления в органическом мире Земли, поставленные в связи с периодическою деятельностью Солнца, электричеством и магнетизмом Земли и было подтверждено, что извержения и взрывы на поверхности Солнца оказывают действие на нервную систему людей, а солнечные феномены в пределах от одних до трех-четырех суток от их появления на Солнце губительно влияют на старые, хилые, больные, с резко выраженным атеросклерозом, дегенерацией сердца организмы, а также и в моменты кризисов при инфекционных заболеваниях и т.д.

Все больше накапливается данных, свидетельствующих, что резкое увеличение численности отдельных видов или популяций («волны жизни») - результат изменения солнечной активности. Высказываются мнения, что солнечная активность оказывает воздействие на многие геологические процессы (катаклизмы, катастрофы), а также на социальную активность человеческого общества или отдельных его этносов.

В частности, есть сторонники той точки зрения, что серия аномальных явлений, имевших место, например, в 1989 году, связана с высокой солнечной активностью. На протяжении только 1,5-2 месяцев наблюдались такие аномальные явления, как землетрясение на острове Итуруп, авария на продуктопроводе в районе Челябинска, гибель атомной подводной лодки «Комсомолец», события в Тбилиси, активизация военных действий в Нагорном Карабахе и др.

3. Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В.И. Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями, рассмотренными выше. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам, и справлялась с ними (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т.п.) благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа, который в настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Как отмечает Лапо А.В. [5], одним из наиболее характерных проявлений организованности биосферы Вернадский видел в наличии озонового экрана, находящегося за пределами биосферы и поглощающего губительные для жизни ультрафиолетовые лучи. Состав газовой оболочки нашей планеты полностью регулируется жизнью.

Другой пример саморегулирования представляет собой Мировой океан. Реки ежегодно вносят в океан 1,5 млн. т карбоната кальция, а солевой состав океанической воды существенно не меняется. Почему? Организмы используют эти карбонаты дли построения своих скелетон, а после их отмирания карбонаты осаждаются на дно. Так путем создания «кальциевых покровов» нашей планеты стабилизируется состав океанских вод. Этот механизм действует в биосфере уже многие миллионы лет.

Таким образом, саморегулирование биосферы Земли обеспечивается живыми организмами.

4. Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

В настоящее время описано около 2 млн. видов (примерно 1,5 млн. животных и 0,5 млн. растений). Полагают, однако, что число видов на Земле в 2-3 раза больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Кроме этого, современный видовой состав - это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период ее существования. Дело в том, что каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10-30 млн. лет), и поэтому с учетом постоянной смены и обновления видов число видов, принимавших участие в становлении биосферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95% видов.

Разнообразие биосферы за счет элементарных экосистем по вертикали обусловливается ярусностью или экогоризонтами растительного покрова и связанных с ними животных организмов, а в горизонтальном направлении неравномерностью распределения организмов и их группировок и связанных с ними факторов (увлажнение, микрорельеф, обеспеченность элементами питания и т.п.).

Как утверждает Горелов А.А. [10, 11], важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого - углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоротам и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обеспечивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциальное бессмертие. Как отмечал академик-почвовед В.Р. Вильямс, есть единственный способ сделать какой-то процесс бесконечным - пустить его по пути круговоротов. Одно из мощнейших антиэкологических действий человека связано с нарушением и даже разрушением природных круговоротов.

По мнению академика Войткевича Г.В. [1], биосфера - сравнительно молодая оболочка Земли. Ее образование связано с появлением жизни на нашей планете. Вопрос о происхождении жизни издавна интересовал человека. Выдвигались разные предположения. В настоящее время ученые считают, что жизнь зародилась в воде, так как на суше в то время были сильные перепады температур, активная вулканическая деятельность, землетрясения. Первые существа, появившиеся в воде, были несравненно проще даже самых примитивных из ныне живущих. Проходили миллионы лет, и живые организмы становились все сложнее и разнообразнее.

Верзилин Н.Н. [6] подробно описывает процесс эволюции биосферы в своей книге «Биосфера, ее настоящее, прошлое и будущее». Он пишет, что древняя атмосфера во время возникновения жизни практически не содержала свободного кислорода и в ней господствовали восстановительные условия. Вероятно, кислород в небольших количествах постоянно возникал в атмосфере вследствие частичной диссоциации молекул воды и углекислого газа под воздействием ультрафиолетовых лучей Солнца. Однако подавляющая часть его сразу же расходовалась на окисление восстановленных соединений атмосферы, гидросферы и поверхности литосферы. Поэтому первые организмы, очевидно, получали необходимую для своей жизнедеятельности энергию не за счет окисления, а за счет процессов брожения, на основе использования органических веществ «первичного бульона». Первые организмы поэтому были не только анаэробами, но и гетеротрофами, и полностью зависели от запаса органических веществ в среде их обитания. Но эти запасы были небеспредельны. Поедание себе подобных также лишь на время могло отсрочить наступление всеобщего голода.

Но вот в процессе эволюции простейших организмов какой-то организм за счет лучистой энергии Солнца осуществил в своей теле синтез органического вещества, сопровождавшийся разложением воды и выделением свободного кислорода. Появился первый автотрофный организм, родоначальник фотосинтезирующих растений. Это событие ознаменовало величайшую революцию в развитии жизни, биосферы и всей Земли, поскольку именно фотосинтез является двигателем органических процессов, в значительной мере изменяющих пашу планету.

На смену примитивным, малоэффективным в энергетической отношении организмам, использовавшим энергию брожения, получающуюся за счет уничтожения органических веществ, пришли более совершенные организмы, которые использовали энергию солнечных лучей и сами создавали органические вещества. Возможно, именно с этого момента и началась, по существу, геологическая стадия развития Земли.

Таким образом, живые организмы создали свободный кислород на Земле. Увеличение его количества привело к образованию озонового экрана, который расширил границы распространения жизни в гидросфере, сделав доступными для нее даже самые верхние слои воды.

Далее Верзилин Н.Н. пишет об образовании осадочных пород и образовании почвы. Исходя из его слов, на границе криптозоя и фанерозоя появился новый мощный фактор, повлиявший на эволюцию биосферы, - образование осадочных пород вследствие накопления извести в результате жизнедеятельности многоклеточных животных. До этого органогенные карбонатные породы образовывались лишь в результате деятельности водорослей и, возможно, бактерий (строматолиты, онколитовые образования). С начала кембрия пальма первенства в образовании карбонатных пород перешла, очевидно, от водорослей к известьвыделяющим животным организмам. Это, возможно, объясняется тем, что связывание углекислого газа в карбонатных минералах шло на пользу развития животного мира, поскольку уменьшало содержание углекислого газа в атмосфере и тем самым в гидросфере. Для растений же такое уменьшение вряд ли было полезным. Поэтому можно полагать, что в процессе длительного и сложного развития биосферы распространение известьвыделяющих животных имело преимущества перед распространением известьвыделяющих растений.

Первоначально обнаженные поверхности горных пород и их неразложившиеся оболочки, прежде всего, покрываются разнообразными микроорганизмами, в частности силикатными и другими сходными с ними бактериями и лишайниками. Некоторые исследователи даже полагают, что силикатные бактерии были первыми организмами, разрушавшими минералы скальных горных пород на суше еще на заре зарождения наземной жизни. По-видимому, они сразу же широко распространились по поверхности суши, как только возникший озоновый экран стал задерживать губительное для организмов ультрафиолетовое излучение. Вслед за силикатными бактериями, очевидно, сушу заселили другие микроорганизмы.

Можно полагать, что уже в конце силурийского периода на суше возник разнообразный мир микроорганизмов, заселивший почти всю поверхность Земли. Общее воздействие этой громадной армии организмов на породы, за счет разрушения которых они существовали, должно было быть очень велико. Ведь, по данным ряда исследователей, низкоорганизованные растения могут извлекать некоторые элементы из относительно нерастворимых соединений в значительно большей мере, чем высокоорганизованные. А бактерии, вероятно, извлекают калий даже из микроклина (калиевого полевого шпата) и мусковита, образуя глинистые минералы.

Микроорганизмы, распространившиеся на суше в конце силурийского периода, должны были интенсифицировать разрушение (особенно химическое) горных пород, слагавших поверхность литосферы, не покрытую водами гидросферы. С этой поры наземное выветривание перестало быть процессом чисто физико-химическим, а стало в основном биохимическим. Усиление разрушения суши должно было привести к более интенсивному осадконакоплению в водоемах.

Хотя роль микроорганизмов в разрушении пород суши была значительной, все же они не могли создать почву, напоминающую современную. Микроорганизмы разрушали прочные породы и постоянно создавали на их поверхности пленку рыхлого мелкозема. Однако закрепить этот мелкозем могли лишь растения с корневой системой. Такое закрепление необходимо для образования развитого почвенного покрова.

Так как микроорганизмы не могли надежно закрепить мелкозем, он перемещался под действием ветра и воды по поверхности суши, пока не попадал в водоемы и не захоронялся в виде тех или иных осадков. Те процессы, которые в настоящее время типичны лишь для пустынных областей, полностью лишенных растительного покрова, в то время были характерны для поверхности всей суши.

Появление в конце силурийского периода наземной растительности сопровождалось закреплением рыхлого материала и образованием настоящих почв. Однако этот процесс, вероятно, в конце силура и на протяжении девона был еще слабо выражен, так как основная масса растительности того времени была земноводной. Поэтому происходило главным образом образование лишь подводных почв.

Положение существенно изменилось в каменноугольном периоде в связи с пышным расцветом наземной растительности. Растительность в это время захватила громадные пространства суши. Ее продвижение, вероятно, ограничивалось лишь климатическими условиями, главным образом недостатком влаги. Распространению растительности вряд ли существенно могли мешать другие причины. Подготовка субстрата микроорганизмами не могла заметно влиять па расселение растительности, поскольку степень ее определялась не временем (его было с позднего силура вполне достаточно), а интенсивностью эрозии. Поэтому почвы могли образоваться лишь в процессе возникновения растительного покрова.

Образование растительного покрова и почвы имело большие планетарные следствия. Возникли и стали приобретать все большее значение и распространение сложные биологические круговороты веществ вне гидросферы. Поэтому резко увеличилась скорость миграции различных элементов в пределах суши. Резко возросло общее воздействие живого вещества на процессы разрушения пород литосферы, на подвижность химических элементов и их соединений. Суша перестала быть областью безраздельного господства окислительных: обстановок и нейтральных или щелочных сред. На ней появились местами, благодаря обилию разлагающейся органики, и восстановительные условия, и очень кислые среды. Именно с этого времени на суше стала формироваться контрастность геохимических сред, характерная для современной геологической эпохи.

Начиная с каменноугольного периода, происходит широкое распространение растительности по поверхности Земли. Споровые влаголюбивые растения (плауны, хвощи и папоротники) каменноугольной флоры сменяются голосеменными типа хвойных и гинкловых пермского периода. После голосеменных (саговники) триаса господствуют хвойные юрского периода. В меловом периоде появляются цветковые растения, в том числе деревья, которые господствуют в палеогене.

Хотя покрытосеменные растения сильно потеснили споровые и голосеменные растения, вследствие чего многие представители последних даже полностью вымерли, они не смогли их нацело вытеснить. Хвойные и споровые растения не исчезав с поверхности Земли, они и с появлением покрытосеменных продолжал развиваться, образуя различные новые виды.

Возникновение и развитие растительного мира играло основную роль в развитии биосферы.

Благодаря развитию биосферы Земля постепенно приобрела всевозможные цвета и оттенки и стала планетой - оазисом среди других «пустынных» планет солнечной системы. Развитию биосферы обязаны не только разнообразие, пестрота и яркость расцветок самого органического мира Земли, но и разнообразие окрасок осадочных пород и вся гамма цветов и оттенков всегда живого огня, которого не могло быть до появлении свободного кислорода, созданного фотосинтезирующими растениями.

Таким образом, живое вещество не только является главный и необходимым компонентом биосферы, определяющим ее развитие, но и наиболее изменчивой и наиболее быстро эволюционирующей составной частью земной коры.

Разнообразные процессы, связанные с существованием и развитием живого вещества, не только представляют собой главные факторы эволюции всей биосферы и осадочного породообразования на протяжении длительной геологической истории Земли, но и, очевидно, являются основной причиной образования самой земной коры.

1.2 Актуальные проблемы коэволюции человека и биосферы

Важнейшим этапом в изменении облика нашей планеты является появление и расселение на Земле человека. Это произошло около 500 тыс. лет назад. По словам академика В.И. Вернадского [13]: «Человечество, как живое вещество, неразрывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки земли - с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту».

В.И. Вернадский не имел в виду, что в ходе эволюции человечества оно создаст какую-то особую среду, на которую космопланетарное окружение не будет производить внешних воздействий, и переселится в нее. Чем дальше будет развиваться человечество, тем сложнее и теснее будут его связи с биосферой. Хорошо известно, например, что бактериально-вирусное окружение «пронизывает» весь человеческий организм. Многие другие факторы связывают живые организмы друг с другом незримыми нитями. Все это условия нормальной эволюции, нормальной здоровой жизни. Не это имел в виду В.И. Вернадский, не эту стерильную автономность и изоляцию. Он пишет [13]: «В настоящее время мы не можем с научной точки зрения рассматривать жизнь на нашей планете иначе, как выражение единого явления, существующего без перерыва со времени самых древних геологических эпох, следы которых мы не можем изучать…Человек неразрывно связан в одно целое с жизнью всех живых существ, существующих или когда-либо существовавших. Человек связан с этим целым еще благодаря питанию».

Верзилин Н.Н. в своей книге «Биосфера, ее настоящее, прошлое и будущее» дает характеристику воздействию воздействия человека на биосферу в процессе его эволюции. По его мнению, появление на Земле человека представляло собой одно из самых значительных событий в длительной истории биосферы. Необходимо помнить, что облик окружающей нас природы сформировался в значительной мере под воздействием жизнедеятельности человека. Человечество сейчас живет не в первозданной природной обстановке, а в сильно измененной разнообразным воздействием на нее множеством поколении людей.

Человек как биологический вид возник и продолжает оставаться доныне всеядным. В начале своего существования он являлся ординарным компонентом биогеоценозов, принципиально не отличавшихся от других входивших в эти биогеоценозы организмов по воздействию на окружавшую ого природу. В начальный период воздействие человека па биогеоценозы, в которые оп входил, ограничивалось лишь потреблением им некоторой части продуцировавшейся в них растительной и животной биомассы, т.е. человек в этот период полностью вписывался в соответствующие биогеоценозы и не нарушал существовавших в них равновесий.

Несмотря на то, что уже раннего питекантропа от животных отличала способность трудиться (ведь временем возникновения человека считается период, когда обезьяны научились изготовлять простейшие орудия труда), длительное время воздействие человека на биосферу было чрезвычайно ничтожным. Собирательство растительной пищи и охота на животных, даже с помощью дубины или почти необработанного камня, мало отличали этого древнейшего человека от животных.

Человек того времени был чрезвычайно неприхотлив, и его образ жизни очень напоминал жизнь животных. Он не знал еще употребления огня, не строил постоянных жилищ и даже не пользовался одеждой, в связи с тем находился целиком во власти превратностей окружавшей его природы. В то время эволюционное развитие человека, очевидно, определялось в основном биологическими закономерностями, а изменения природной обстановки могли происходить скорее, чем изменения человеческого общества. Так, в течение этого раннего этапа существования человека природная обстановка неоднократно должна была испытывать существенные изменения, что однозначно проявилось в неоднократной смене в северном полушарии ледниковых и межледниковых эпох.

Время, отвечающее раннему и среднему палеолиту, которое окончилось примерно 30-40 тыс. лет назад, представляло собой эпоху складывания человеческого общества в виде первобытного человеческого стада. Это стадо уже не было чисто биологическим объединением, поскольку представители его уже не только использовали примитивные орудия, но и изготовляли их. Однако оно не было и настоящим человеческим обществом, так как в нем господствовали еще силы естественного отбора.

Лишь на рубеже среднего и позднего палеолита, после появления современного, в биологическом смысле, человека, возникла первая настоящая общественно-экономическая формация - первобытнообщинный строй. С этого времени чисто биологические законы развития человека оказались оттесненными социальными законами развития человеческого общества.

Однако еще до появления современного человека произошло событие, не только имевшее первостепенное значение для эволюции человеческого рода, но и оказавшее большое воздействие на биосферу, - человек овладел огнем, Это событие привело к резкому возрастанию силы воздействия человека на природу. Огонь не только помог человеку в защите от погодных и климатических невзгод и способствовал резному увеличению занятых им территорий, но и стал мощным оружием, средством охоты и защиты от хищников. В это время люди уже стали широко использовать в качестве жилищ пещеры и делать одежду из шкур. Однако в целом воздействие древнего человека на биосферу оставалось крайне незначительным. Относительно немногочисленные «стада» людей не могли вызвать необратимых изменений в биосфере. Поэтому иногда даже считают, что время существования древнего человека следует еще относить к доантропогеновому этапу развития биосферы, антропогеновый же этап начался лишь с позднего палеолита, т.е. со времени появления современного человека.

В позднем палеолите одновременно с появлением родового строя и развитием человеческого общества происходило относительно быстрое развитие материальной и духовной культуры человека. Прежде всего, значительно совершеннее и разнообразнее стали орудия охоты. Были созданы гарпун, лук и стрелы, стали строить и изготовлять различные западни и ловушки. Впервые на охоте человек стал использовать собаку; начал строить жилища на открытых местах из дерева, костей и рогов крупных животных. Широкое распространение получила одежда, иногда целиком прикрывавшая тело. Умение добывать огонь было довольно обыденным делом. Достигло уже высокого уровня изобразительное искусство.

В это время человек вследствие более развитой материальной культуры и замены человеческого стада родовым строем в меньшей мере стал зависеть от природных условий, чем древний человек. Это привело к значительному увеличению его численности и широкому распространению. В течение позднего палеолита в сферу воздействия человека попала большая часть территории поверхности суши. Однако само воздействие людей на природу было еще сравнительно незначительным и отличалось определенной односторонностью.

Человек в это время существовал благодаря охоте, рыбной ловле и собирательству плодов и других частой растений. При сборе растений человек невольно способствовал более широкому распространению одних их видов в подавлял развитие других. Вызывая нечаянно или в целях охоты лесные пожары, человек в какой-то мере мог способствовать расширений) степей и саванн за счет лесов. Однако все эти формы Бездействия на растительный мир и ландшафты имели лишь зачаточный характер. Они являлись только предвестником будущих существенных воздействий, а в то время вряд ли имели сколько-нибудь заметное в масштабе биосферы значение.

Иное дело представляла охота. Среди остатков стоянок позднего палеолита часто находят многочисленные кости мамонтов, лошадей, северных оленей, зубров, сайгаков и других животных. Ряд исследователей считает, что именно из-за интенсивной охоты в позднем палеолите произошло вымирание некоторых представителей крупных животных. Например, на территории Русской равнины вымерли мамонты и носороги.

По мнению Верзилина Н.Н., уже в позднем палеолите стала действовать закономерность, нашедшая очень четкое проявление во всей последующей истории биосферы: значительно большая скорость развития человеческого общества, определяемая социальными законами, чей скорость эволюции органического мира, протекающая по биологическим законам. Сила воздействия человека на природу стала все больше л больше возрастать и все интенсивнее стали нарушаться сложившиеся в биосфере разнообразные равновесия. При этом все большее значение приобретали необратимые, невосполнимые нарушения в биосфере, так как биосфера все меньше могла противостоять нарушениям, вносимым в нее человеком.

Но сам человек, хотя и противопоставляет себя биосфере, является лишь ее частью, зависящей от процессов, идущих в ней. Поэтому все ощутимые изменении, которые человек производит в биосфере, в конечном итоге не могут не сказаться на нем самом. Эта закономерность, являющаяся неизбежным следствием единства биосферы и взаимосвязанности процессов, происходящих в ней, проявилась, вероятно, уже в начале существования человеческого общества, при первых же заметных изменениях в биосфере, вызванных людьми. Процесс уменьшения численности животных в позднем палеолите вследствие охоты человека, вначале медленный, постепенно заметно ускорялся. В связи с этим последние сравнительно многочисленные стада животных были уничтожены достаточно быстро. Причем еще задолго до полного уничтожения какого-либо вида животного в связи c постепенным уменьшением его численности в отдельных районах должны были возникать в той или иной мере продолжительные периоды отсутствия или незначительного распространения этих животных из-за миграции отдельных стад, колебаний их численности от естественных причин.

Поэтому при увеличении населения Европы в период позднего палеолита существование его, зависящее главным образом от массовой охоты, все чаще находилось под угрозой или испытывало большие трудности. Этим, по-видимому, следует объяснять исключительное внимание позднепалеолитического человека к созданию изображении животных, которым придавался магический характер. Таким путем человек надеялся, вероятно, помочь возвращению исчезающих стад.

При продолжении интенсивной охоты процесс уничтожения крупных травоядных животных ускорялся все в большей мере. Последняя фаза его должна была пройти особенно быстро. Поэтому охотничьи племена попали в трудное положение, так как они не располагали достаточным временем для постепенной выработки других способов добывания пищи. Очевидно, вследствие этого переход к мезолиту для человеческого общества был чреват многими испытаниями и имел болезненный характер. Возможно, он сопровождался даже временным значительным сокращенном численности населения.

Мезолит, неолит и бронзовый век охватывают следующий период воздействия человечества на природу, имевший продолжительность около 7 тыс. лет и длившийся примерно от 10 до 3 тыс. лет назад. Развитию человеческого общества в этот период способствовало в какой-то мере улучшение природных условий - послеледниковое время. Климат стал более теплым, из-подо льда освободились обширные территории суши, на которых расселились люди.

Значительно возросла материальная культура человека. Орудия труда стали более разнообразными и совершенными, появился топор, бронзовые ножи, мотыги, глиняная посуда и другие предметы. Уменьшение численности животных привело человека к освоению совершенно новых сфер деятельности. Широкое развитие приобретают рыболовство, и особенно скотоводство и земледелие.

Трудно оценить сейчас значение продуктов земледелия в питании человека того времени, но роль мяса домашних животных выступает вполне отчетливо. Так, анализ костных остатков, находимых в стоянках неолита и бронзового века, однозначно указывает на увеличение роли домашних животных и уменьшение диких.

Соответственно развитие скотоводства привело к возникновению новой формы воздействия человека на природу. Выпас домашнего скота вел к нарушению целостности растительного покрова, усилению смыва почв, к угнетению одних видов растений и к более интенсивному развитию других.

Земледелие, вероятно, развилось из собирательства. Человек начал заниматься земледелием сначала в местах, наиболее благоприятных по природным условиям. Таким образом, в сферу воздействия человека была уже вовлечена и почва, что неминуемо привело к ее частичной эрозии, возникновению оврагов.

Воздействие человека на биосферу в рассматриваемый период было уже не только разнообразным, но и достаточно глубоким. Следы этого местами даже сохранились доныне. Глубина воздействия определялась тем, что уже и неолите в благоприятных по природным условиям местах для обитания человека плотность его поселений была очень высокой. Поэтому уже тогда, очевидно, в местах обитания человека девственные ландшафты уничтожались людьми. Так, полагают, что девственная лесостепь в Правобережной Украине перестала существовать еще во время трипольской культуры.

К началу неолита относят формирование и многих типичных средиземноморских ландшафтов, в частности голого известнякового карста и других сходных с ним ландшафтов, возникновение которых объясняют выжиганием и вырубкой лесов или уничтожением их неумеренным выпасом коз.

Таким образом, на протяжении мезолита, неолита и бронзового века человек внес существенные изменения в окружающую его природу. Эти изменения, несомненно, были значительно более существенными, чем имевшие место в позднем палеолите, так как они затронули не только животный мир, но и растительный мир и даже почвенный покров. Более того, не только было нарушено равновесие отдельных биогеоценозов, но даже местами уничтожены первичные доантропогеновые ландшафты. Однако наряду с этим данные археологии как будто бы не дают оснований полагать, что все эти изменения в биосфере привели к существенному их обратному воздействию на человеческое население, подобно тому, как это имело место на границе палеолита и мезолита. Деятельность людей в это время была уже более разнообразной, а сами люди - более мобильны. Неудачи в одних сферах, например в охоте, могли уже компенсироваться в какой-то мере успехами в других, например в рыболовстве, земледелии и животноводстве. При возникновении еще более неблагоприятных условий люди уже легче могли переселяться на другие территории и осваивать их.

Но дело не в том, что биосфера, изменяемая человеком, не оказывала на него обратного воздействия, а в том, что человеческое общество стало более гибким, жизнеспособным, более легко приспосабливающимся к изменению его среды обитания. Возможно, не это главное. Изменения, вносимые человеком в биосферу, часто оказывают обратное влияние на него не сразу, а позже, как бы после их накопления и усиления. Есть основания считать, что это стало отчетливо проявляться уже с мезолита. В этом отношении уместно напомнить слова Ф. Энгельса [6, цит. по Верзилину Н.Н.]: «Людям, которые в Месопотамии, Греции, Малой Азии и других местах выкорчевывали леса, чтобы получить таким путем пахотную землю, и не снилось, что они этим положили начало нынешнему запустению этих стран, лишив их, вместе с лесами, центров скопления и сохранения влаги».

С наступлением железного века возникают разнообразные ремесла, резко ускоряется разделение труда, рушится первобытнообщинный строй, уступивший свое место классовым обществам, возникают и растут города-крепости. Развитие общества целиком определяется социальными законами - способом производства материальных благ. При этом характерно с течением времени непомерное ускорение развития производительных сил, все возрастающий рост техники, все большее освобождение человека от стихийных сил природы. Все эти факторы приводили к более интенсивному и глубокому преобразующему воздействию человека на природу.