ЭКОЛОГИЯ ЧАСТЬ 2
БИОСФЕРА
Поглощенный
свет
Рис. 7.25. Схема биогеохимического круговорота (заштрихованное кольцо),
совмещенная со схемой однонаправленного потока энергии
(по Ю. Одуму): Р — валовая продукция; Рп — чистая первичная продукция,
которая может быть потреблена гетеротрофами в данной экосистеме
либо экспортирована, например, для нужд человека; R — дыхание; Р —
вторичная продукция
чением его потребления растениями или превращением в карбонаты
в море. Поэтому считается, что круговороты веществ,
включающие в себя большие атмосферные фонды, в глобальном
масштабе хорошо зарезервированы или, по выражению
Ю. Одума, «хорошо забуферены», так как их способность приспосабливаться
к изменениям велика. В результате саморегуляции
по принципу обратной связи подобные биогеохимические
циклы достаточно совершенны. Тем не менее саморегуляция
даже при таком громадном резервном фонде, каким
является атмосфера, имеет свои пределы.
Осадочным циклам характерно, что основная масса вещества
сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном
резервном фонде — в земной коре. Поэтому круговорот
таких элементов, как фосфор или железо, значительно менее
самоконтролируем и достаточно легко нарушается даже при
небольших местных помехах.
7.4. Эволюция — история жизни 279
Антропогенное вмешательство в биосферные процессы порой
так ускоряет движение многих веществ, что их круговороты
становятся значительно менее совершенными или процесс
теряет цикличность. Складываются различные противоестественные
ситуации, например, в одних местах возникает недостаток
каких-либо веществ, а в других — их избыток. В частности,
добыча и переработка фосфатных пород ведется столь
несовершенно, что вблизи шахт, карьеров и заводов создается
сильное локальное загрязнение. Кроме того, в сельском хозяйстве
используется все больше и больше фосфорных удобрений,
а неизбежное попадание фосфатов в водоемы, за которым следует
их эвтрофикация (см. разд. 6.4.2.5), никак не контролируется.
При оценке влияния деятельности человека на биогеохимические
циклы важное значение имеют сравнительные объемы
резервных фондов. Изменениям подвергаются в первую
очередь самые малообъемные фонды.
Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете
должны быть направлены на то, чтобы превратить нециклические
процессы в циклические. В связи с этим о с н о в н о й
ц е л ь ю д о л ж н о б ы т ь в о з в р а щ е н и е в е щ е с т в в
к р у г о в о р о т , обеспечивающее их повторное использование.
7.4. Эволюция1 — история жизни
Существует множество разнообразных теорий происхождения
Вселенной, Земли и жизни на ней. Их достоверность
постоянно подвергается сомнению, они все время проверяются,
совершенствуются, уточняются в соответствии с «сегодняшними
» взглядами и последними достижениями науки.
Среди воззрений возникновения Вселенной во второй половине
XX в. были наиболее распространены гипотезы:
• стационарного состояния — Вселенная существовала
извечно;
• большого взрыва (с последующим расширением, продолжающимся
и ныне);
1 Термин «эволюция» (от лат. evolutio — развертывание) широко
применяется в науке. Говорят об эволюции атомов, галактик, Земли, машин,
общества, методов познания и многого другого, подразумевая последовательность
изменения исходного состояния во времени, приводящее
к возникновению чего-то нового.
280 Глава 7. БИОСФЕРА
• родилась в одной из черных дыр;
• создана Творцом.
До сих пор наука не опровергла идею божественного сотворения
Вселенной, а теология (от греч. theos — бог и logos —
учение) не отрицает возможность того, что современные черты
жизни приобретены ей в процессе развития на основании законов
природы. На почтовой марке, выпущенной в США в честь
астронавтов, первыми ступившими на Луну, сделана надпись:
«В основе всего Бог». Вера в Божественное начало мира не мешает
американским ученым быть в группе лидеров мировой
науки. На практике наука и религия не всегда взаимоисключают
друг друга, о чем свидетельствует значительное число
ученых, придерживающихся религиозных убеждений.
Тем не менее и в начале третьего тысячелетия основы этих
теорий остаются умозрительными, так как не удается в сколь-
нибудь наглядном виде воспроизвести события, происходившие
при возникновении жизни. Это относится как к научным,
так и к теологическим (религиозным) построениям. Однако одна
из теорий — это теория эволюции, она все больше и больше
характеризуется как совокупность ряда научных гипотез,
каждая из которых поддается проверке.
7.4.1. Земля во Вселенной
7.4.1.1. Вселенная
Вселенной принято называть весь существующий материальный
мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно
разнообразный по формам, которые принимает материя
в процессе своего развития. Часть Вселенной, доступная
исследованиям астрономическими методами, соответствующими
современным достижениям науки, называют Метагалактикой.
Она состоит из нескольких десятков миллиардов
галактик — гигантских звездных систем, содержащих сотни
миллиардов звезд.
Галактика, к которой принадлежит Солнце, называется
Млечный Путь. Она содержит:
• не менее 100 млрд звезд с общей массой около 101 1 масс
Солнца;
• межзвездное вещество — газ и пыль, масса которых составляет
около 5% массы всех звезд;
• космические лучи, магнитные поля, излучения (фотоны).
7.4. Эволюция — история жизни 281
Центр (ядро) нашей Галактики находится от Земли в направлении
созвездия Стрельца.
Пространство между галактиками представляет собой газ,
который состоит из атомов, молекул, частиц пыли (-1% массы
межзвездного вещества) и пронизывается быстрыми потоками
элементарных частиц — космическими лучами и электромагнитным
излучением преимущественно рентгеновского диапазона
частот. Концентрация этого газа мала — в среднем около
100 атомов водорода на литр, но общая масса его во Вселенной
огромна и сопоставима с суммарной массой всех галактик.
Крупномасштабная структура Вселенной в соответствии
с современными представлениями такова. Области повышенной
концентрации галактик и галактических систем чередуются
в пространстве с обширными областями относительной
пустоты, имеющими размеры в сотни миллионов световых
лет. Звездное небо долгое время было для человека символом
незыблемости и вечности. В Новое время люди узнали, что
«неподвижные» звезды движутся, причем с огромными скоростями.
В XX в. человечество осознало еще более странный
факт — расстояния между звездными системами (галактиками),
не связанными друг с другом силами тяготения, постоянно
увеличиваются. При этом вся Вселенная постоянно расширяется.
Идея о расширении Вселенной из сверхплотного состояния
была выдвинута в 1927 г. бельгийским астрономом Ж. Лемет-
ром (1894—1966), а предположение о том, что первоначально
вещество было очень горячим, высказано в 1946 г. русским
ученым Г. А. Гамовым (1904—1968), с 1934 г. жившим и работавшим
в США.
Картина расширяющегося мира была предсказана теоретически
еще до того, как была обнаружена наблюдениями.
В 1922 г. российский ученый А. А. Фридман (1888—1925) показал,
что болыпинство решений уравнений А. Эйнштейна для
мира в целом — нестационарны, зависят от времени, что наиболее
естественное следствие уравнений тяготения есть расширение
либо сжатие Вселенной. Позже был установлен факт постоянного
расширения.
В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл (1889—1953)
наблюдениями доказал, что скорости движения удаленных галактик
направлены от нас. Более того, чем дальше расположена
галактика, тем быстрее она убегает.
Закон Э. Хаббла гласит:
282 Глава 7. БИОСФЕРА
II Скорости галактик пропорциональны расстояниям до
I них.
Самые далекие из обнаруженных галактик удаляются со
скоростью, близкой к скорости света.
К концу XX в. сформировалась и развилась научная теория
возникновения Вселенной, объединившая научные достижения,
полученные при разработке ряда гипотез, в том числе
большого взрыва, стационарного состояния и рождения в черной
дыре. Она разработана космологами1 на основе последних
достижений физики и признана современным научным миром,
включая Российскую академию наук (РАН). В этой сфере
знаний никакие измышления не приемлемы, все космологические
теории проверяются точнейшими астрономическими наблюдениями,
а не подтвердившиеся экспериментом — отвергаются.
В соответствии с выводами, сделанными на основании исследований
математических моделей, описывающих основные
свойства Вселенной и подтвержденных наблюдениями, картина
ее образования и эволюции на ранней стадии представляется
следующей2.
Поглощенный
свет
Рис. 7.25. Схема биогеохимического круговорота (заштрихованное кольцо),
совмещенная со схемой однонаправленного потока энергии
(по Ю. Одуму): Р — валовая продукция; Рп — чистая первичная продукция,
которая может быть потреблена гетеротрофами в данной экосистеме
либо экспортирована, например, для нужд человека; R — дыхание; Р —
вторичная продукция
чением его потребления растениями или превращением в карбонаты
в море. Поэтому считается, что круговороты веществ,
включающие в себя большие атмосферные фонды, в глобальном
масштабе хорошо зарезервированы или, по выражению
Ю. Одума, «хорошо забуферены», так как их способность приспосабливаться
к изменениям велика. В результате саморегуляции
по принципу обратной связи подобные биогеохимические
циклы достаточно совершенны. Тем не менее саморегуляция
даже при таком громадном резервном фонде, каким
является атмосфера, имеет свои пределы.
Осадочным циклам характерно, что основная масса вещества
сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном
резервном фонде — в земной коре. Поэтому круговорот
таких элементов, как фосфор или железо, значительно менее
самоконтролируем и достаточно легко нарушается даже при
небольших местных помехах.
7.4. Эволюция — история жизни 279
Антропогенное вмешательство в биосферные процессы порой
так ускоряет движение многих веществ, что их круговороты
становятся значительно менее совершенными или процесс
теряет цикличность. Складываются различные противоестественные
ситуации, например, в одних местах возникает недостаток
каких-либо веществ, а в других — их избыток. В частности,
добыча и переработка фосфатных пород ведется столь
несовершенно, что вблизи шахт, карьеров и заводов создается
сильное локальное загрязнение. Кроме того, в сельском хозяйстве
используется все больше и больше фосфорных удобрений,
а неизбежное попадание фосфатов в водоемы, за которым следует
их эвтрофикация (см. разд. 6.4.2.5), никак не контролируется.
При оценке влияния деятельности человека на биогеохимические
циклы важное значение имеют сравнительные объемы
резервных фондов. Изменениям подвергаются в первую
очередь самые малообъемные фонды.
Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете
должны быть направлены на то, чтобы превратить нециклические
процессы в циклические. В связи с этим о с н о в н о й
ц е л ь ю д о л ж н о б ы т ь в о з в р а щ е н и е в е щ е с т в в
к р у г о в о р о т , обеспечивающее их повторное использование.
7.4. Эволюция1 — история жизни
Существует множество разнообразных теорий происхождения
Вселенной, Земли и жизни на ней. Их достоверность
постоянно подвергается сомнению, они все время проверяются,
совершенствуются, уточняются в соответствии с «сегодняшними
» взглядами и последними достижениями науки.
Среди воззрений возникновения Вселенной во второй половине
XX в. были наиболее распространены гипотезы:
• стационарного состояния — Вселенная существовала
извечно;
• большого взрыва (с последующим расширением, продолжающимся
и ныне);
1 Термин «эволюция» (от лат. evolutio — развертывание) широко
применяется в науке. Говорят об эволюции атомов, галактик, Земли, машин,
общества, методов познания и многого другого, подразумевая последовательность
изменения исходного состояния во времени, приводящее
к возникновению чего-то нового.
280 Глава 7. БИОСФЕРА
• родилась в одной из черных дыр;
• создана Творцом.
До сих пор наука не опровергла идею божественного сотворения
Вселенной, а теология (от греч. theos — бог и logos —
учение) не отрицает возможность того, что современные черты
жизни приобретены ей в процессе развития на основании законов
природы. На почтовой марке, выпущенной в США в честь
астронавтов, первыми ступившими на Луну, сделана надпись:
«В основе всего Бог». Вера в Божественное начало мира не мешает
американским ученым быть в группе лидеров мировой
науки. На практике наука и религия не всегда взаимоисключают
друг друга, о чем свидетельствует значительное число
ученых, придерживающихся религиозных убеждений.
Тем не менее и в начале третьего тысячелетия основы этих
теорий остаются умозрительными, так как не удается в сколь-
нибудь наглядном виде воспроизвести события, происходившие
при возникновении жизни. Это относится как к научным,
так и к теологическим (религиозным) построениям. Однако одна
из теорий — это теория эволюции, она все больше и больше
характеризуется как совокупность ряда научных гипотез,
каждая из которых поддается проверке.
7.4.1. Земля во Вселенной
7.4.1.1. Вселенная
Вселенной принято называть весь существующий материальный
мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно
разнообразный по формам, которые принимает материя
в процессе своего развития. Часть Вселенной, доступная
исследованиям астрономическими методами, соответствующими
современным достижениям науки, называют Метагалактикой.
Она состоит из нескольких десятков миллиардов
галактик — гигантских звездных систем, содержащих сотни
миллиардов звезд.
Галактика, к которой принадлежит Солнце, называется
Млечный Путь. Она содержит:
• не менее 100 млрд звезд с общей массой около 101 1 масс
Солнца;
• межзвездное вещество — газ и пыль, масса которых составляет
около 5% массы всех звезд;
• космические лучи, магнитные поля, излучения (фотоны).
7.4. Эволюция — история жизни 281
Центр (ядро) нашей Галактики находится от Земли в направлении
созвездия Стрельца.
Пространство между галактиками представляет собой газ,
который состоит из атомов, молекул, частиц пыли (-1% массы
межзвездного вещества) и пронизывается быстрыми потоками
элементарных частиц — космическими лучами и электромагнитным
излучением преимущественно рентгеновского диапазона
частот. Концентрация этого газа мала — в среднем около
100 атомов водорода на литр, но общая масса его во Вселенной
огромна и сопоставима с суммарной массой всех галактик.
Крупномасштабная структура Вселенной в соответствии
с современными представлениями такова. Области повышенной
концентрации галактик и галактических систем чередуются
в пространстве с обширными областями относительной
пустоты, имеющими размеры в сотни миллионов световых
лет. Звездное небо долгое время было для человека символом
незыблемости и вечности. В Новое время люди узнали, что
«неподвижные» звезды движутся, причем с огромными скоростями.
В XX в. человечество осознало еще более странный
факт — расстояния между звездными системами (галактиками),
не связанными друг с другом силами тяготения, постоянно
увеличиваются. При этом вся Вселенная постоянно расширяется.
Идея о расширении Вселенной из сверхплотного состояния
была выдвинута в 1927 г. бельгийским астрономом Ж. Лемет-
ром (1894—1966), а предположение о том, что первоначально
вещество было очень горячим, высказано в 1946 г. русским
ученым Г. А. Гамовым (1904—1968), с 1934 г. жившим и работавшим
в США.
Картина расширяющегося мира была предсказана теоретически
еще до того, как была обнаружена наблюдениями.
В 1922 г. российский ученый А. А. Фридман (1888—1925) показал,
что болыпинство решений уравнений А. Эйнштейна для
мира в целом — нестационарны, зависят от времени, что наиболее
естественное следствие уравнений тяготения есть расширение
либо сжатие Вселенной. Позже был установлен факт постоянного
расширения.
В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл (1889—1953)
наблюдениями доказал, что скорости движения удаленных галактик
направлены от нас. Более того, чем дальше расположена
галактика, тем быстрее она убегает.
Закон Э. Хаббла гласит:
282 Глава 7. БИОСФЕРА
II Скорости галактик пропорциональны расстояниям до
I них.
Самые далекие из обнаруженных галактик удаляются со
скоростью, близкой к скорости света.
К концу XX в. сформировалась и развилась научная теория
возникновения Вселенной, объединившая научные достижения,
полученные при разработке ряда гипотез, в том числе
большого взрыва, стационарного состояния и рождения в черной
дыре. Она разработана космологами1 на основе последних
достижений физики и признана современным научным миром,
включая Российскую академию наук (РАН). В этой сфере
знаний никакие измышления не приемлемы, все космологические
теории проверяются точнейшими астрономическими наблюдениями,
а не подтвердившиеся экспериментом — отвергаются.
В соответствии с выводами, сделанными на основании исследований
математических моделей, описывающих основные
свойства Вселенной и подтвержденных наблюдениями, картина
ее образования и эволюции на ранней стадии представляется
следующей2.
