Все живое на Земле, включая человека, приспособлено к условиям биосферы и не может существовать вне ее.
В.И. Вернадский "О биосфере и живом веществе"
В трудах В. И. Вернадского можно встретить различные определения понятия "биосфера", и , как считает академик Б. С. Соколов, ученый не дал (не ставил своей целью) какого-либо энциклопедически точного определения. Он как бы раскрывал содержание понятия биосфера с разных сторон, соотносил с другими, - уже утвердившимися в науке понятиями. Но смысл несколько отличающихся определений сохраняется близким, практически одним и тем же.
Биосфера, по В. И. Вернадскому, это "организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью". "Пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни. Из этих на первый взгляд общих определений вытекают несколько совершенно конкретных понятий, раскрывающих сущность биосферы.
Первое. Биосфера — не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. В. И. Вернадский предельно лаконично указывает ее основное отличие — это организованная оболочка. И чтобы понять суть биосферы, нужно понять, как и кем, она организована, в чем состоит организованность биосферы.
Второе. Биосфера имеет определенные пределы, то есть некоторые конечные размеры, в рамках которых она может быть выделена и научно изучена. Следовательно, выявив главную движущую силу развития биосферы — живое
вещество,— необходимо установить те пространственные и временные ограничения (пределы), которые накладываются на деятельность живого вещества.
Третье. Пределы биосферы связываются с полем существования живого. Но любое поле может сохраняться и поддерживаться лишь при условии сохранения определенных физических или химических параметров, показателей его состояния. Значит, должны быть установлены некоторые необходимые и достаточные параметры для физического сохранения "полей жизни" в биосфере и самой биосферы.
На все эти вопросы даются ясные ответы в учении о биосфере. Конечно, жизнь идет вперед, развивается и наше научное представление о мире, но вот что мы должны отметить: далее развивать плодотворно научную мысль вне концепции биосферы становится невозможным. Это с одной стороны, а с другой — развитие научных исследований, особенно комплексных, в наши дни прямо или косвенно связано с идеями В. И. Вернадского о биосфере и переходе ее в ноосферу. В этом, по-видимому, и состоит смысл тех немногих фундаментальных открытий науки, которые меняют систему сложившихся ранее взглядов и становятся новым научным мировоззрением.
Перелистаем страницы "Биосферы". Попытаемся отыскать те "ключевые слова" — основные понятия, которые лежат в фундаменте стройного здания учения о биосфере.
Одно из главнейших ключевых слов нам уже знакомо: живое вещество, движущая сила биосферы. Другое, а может быть, для самой биосферы и основополагающее — ее организованность. Быть живым — значит быть организованным, отмечал В. И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли. На протяжении миллиарда лет существования биосферы организованность создается и сохраняется деятельностью живого вещества — совокупности всех живых организмов. Форма же деятельности живого, его биогеохимическая работа в биосфере (новое понятие, введенное В. И. Вернадским), заключается в осуществлении необратимых и незамкнутых круговоротов вещества и потоков энергии между структурными основными компонентами биосферной целостности: горными породами, природными водами, газами, почвами, растительностью, животными, микроорганизмами. Этот непрекращающийся процесс круговоротного движения составляет один из краеугольных камней учения о биосфере и носит название биогеохимической цикличности.
В свою очередь, изучение биогеохимических циклов как незамкнутых круговоротов помогает более глубоко проникнуть в суть процессов организованности биосферной оболочки. В силу постоянного выхода части биосферного вещества из круговорота за пределы современной биосферы в глубокие слои земной коры, организованность представляет собой, по словам В. И. Вернадского и Бауэра, создателя "Теоретической биологии", "устойчивое неравновесие". Каждое последующее состояние биосферы не повторяет предшествующее; вовлечение в миграционные циклы одних вещественно-энергетических потоков и выход из биогеохимических циклов других приводит к непрерывному обновлению биосферы, способствует ее прогрессивному эволюционному развитию, ее пульсации, усложнению живого вещества, возрастанию многообразия живых организмов.
Концентрируя солнечную космическую энергию и трансформируя ее в активную (свободную) энергию земных процессов, живые организмы стремятся к максимальному проявлению этой действенной энергии в процессах обмена, в круговоротах и биогеохимических циклах. Прямые и обратные связи такой цикличности и составляют механизм функционирования биосферы, сущность ее организованности, основу ее развития. "Всюдность", "растекание", "давление жизни" — строго научные, но вместе с тем, и яркие художественные образы, введенные В. И. Вернадским для обозначения важнейшего эмпирического обобщения (закона биосферы) о биогеохимическом принципе максимального проявления жизни в биосфере. Живое вещество с мгновенной скоростью захватывает все "незанятые", "оголенные", временно вышедшие из-под "давления жизни" участки биосферы.
Вернемся, однако, к круговоротам вещества. Казалось бы, ничтожно мала доля углерода, главнейшего химического элемента жизни, выходящего из современного, длительностью 3000—5000 лет цикла биосферы — всего около стомиллионной доли процента (100—150 тонн) от общего количества находящегося в обращении углерода. Но за всю геологическую историю биосферы таких циклов "выхода" углерода за пределы биосферы, по нашим оценкам, произошло около ста тысяч, и это привело к накоплению в геологическом прошлом триллионов тонн ископаемого органического вещества, аккумулированного в углях, нефти, органогенных известняках, битумах, каустобиолитах и других хорошо известных месторождениях полезных ископаемых. То же самое можно сказать о кремнеземе (диатомиты, трепелы, опоки), железе и марганце (железисто-марганцевые руды), азоте, калии, сере, фосфоре и многих других химических элементах, захватываемых живыми организмами биосферы и после их отмирания образующих месторождения ценного минерального и органического сырья. Изучение фундаментальных проблем организованности биосферы и процессов биогеохимической цикличности тем самым переходит в ранг важнейших научно-прикладных проблем. Их успешное решение имеет большое практическое значение для развития народного хозяйства. " Нет ничего практичнее хорошей теории",— в этих крылатых словах физика Людвига Больцмана содержится глубокий смысл.
Вопрос о пределах биосферы В.И. Вернадским связывается с сохранением пределов жизни. Представления о них претерпевают коренные изменения буквально с каждым новым днем развития науки. Еще вчера мы были убеждены, что температура кипения в 100°С невозможна для жизни какого-либо живого существа. Сегодня же нас впечатляют все новые открытия мира термофильных организмов, обнаруженных в вулканических жерлах, гейзерах и подводных излияниях; для некоторых из них стоградусная температура "холодновата" для нормального деления клеток (размножения), они живут и при + 200°С и даже до +250°С. Есть сведения о возможности перенесения бактериями температуры абсолютного нуля (—273°С). В работе на ледниках Кавказа в 1960—1964 годах мы наблюдали кроваво-красные и багряно-фиолетовые снежники, в которых происходила в то время бурная вегетация мельчайших микроводорослей, окрашивающих снег в столь необычные для "белого безмолвия" краски.
Велика пластичность жизни, но все же пределы ее объективно существуют, и они определяют пределы развития биосферы, ее структуру и функции. Верхняя граница биосферы охватывает всю тропосферу и ограничивается озоновым слоем (23 — 25 км), который своеобразным экраном защищает все живое от губительного воздействия ультрафиолетовой радиации. Нижняя граница очень изрезана; биосфера включает всю гидросферу суши и Мировой океан, на материках проникает в среднем в земную кору до глубин 16 километров. Здесь она сопрягается с областью "былых биосфер",— так В. И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосферы прошлых геологических периодов. Это накопление известняков, углей, горючих сланцев, осадочных горных пород с включениями рассеянного органического вещества.
Былые биосферы — документированное доказательство геологически вечного развития биосферы. В большом геологическом цикле движения вещества ископаемые остатки биосфер прошлого выходят на дневную поверхность, разрушаются, захватываются живыми организмами в новые биогенные циклы круговорота, затем снова выходят из него и опускаются в глубокие горизонты земной коры, где подвергаются метаморфизации, переплавке, и где отдают запасенную в них солнечную энергию. Так длится миллиарды лет, сколько существует биосфера.
А сколько существует? Где ее временные пределы?
Мы этого еще не знаем. Последние добытые наукой факты говорят о том, что в древнейших горных породах возрастом около 4 миллиардов лет, то есть почти одновозрастных с самой планетой Земля, встречаются уже сообщества микроорганизмов различных видов и форм м. Они и представляли древнюю биосферу Земли. Следовательно, возраст биосферы приближается к геологическому возрасту Земли как планеты Солнечной системы.