За Вернадським, «біосфера являє  собою оболонку  життя  – сфе- ру існування живої речовини" (1934). Він писав, що це "стійка дина- мічна система, рівновага, що установилася в своїх головних  рисах... з археозоя і незмінно діє протягом 1,5-2 млрд. років". Її стійкість виявляється в сталості її маси – загальної  (1019т) і живої речовини (1011 т), в перерахунку  на суху речовину близько 85–100  млрд тонн, з яких у Світовому  океані – 30 млрд т. Все живе пов’язано енергією (1021 ккал) і середнім вмістом хімічних елементів.

Біосфера складається із семи різних, але геологічно пов’язаних між собою рівнів: біогенні речовини, косні, або пасивні, що беруть участь у процесах  життя,  біокосні речовини  – активно  впливають  на життєві процеси, радіоактивні елементи, різноманітні атоми, речовини косміч- ного походження,  жива речовина. Всі вони визначають  основні харак- теристики біосфери. Її товщина на полюсах близько 10–12 км, на ек- ваторі близько 28 км, а межі – від верхніх шарів атмосфери, до 3–11 км глибини на континентальній корі і 0,5–1 км під дном Океану.

 

 
Саме в цих межах спостері- гаються живі об’єкти – мікро- організми, рослини, тварини, люди. Об’єм її – 10 млрд куб. км, або 0,4% об’єму Землі.

Біосфера,  в порівнянні з всією планетою Земля (діаметр майже 13 тис. км), це незначна плівка, хоча і дуже активна.

Всі процеси в біосфері за- лежать  від внутрішньої бу- дови планети та активності внутрішніх  геофізичних пла- нетарних процесів.

Під земною корою містять- ся центри землетрусів, іноді надзвичайно спустошливих і небезпечних для всього живо- го.  Загальна  будова  планети


Рис. 3. Внутрішня будова  землі


зображена  на рис. 3.


Біосфера – це квазістаціонарна, багатокомпонентна, багатозв’язкова,  стійка  у просторі  і часі система, яка здатна  до са- морегулювання і в якій, незалежно  від людини, діють закони  хімії, фізики,  біології. Коли їх порушують, то формуються природні  про- цеси, які спрямовані проти дій що викликали небажані для біосфери зміни, зокрема здійснені людьми. Закони  відображають  властивості біосфери, формують її фази: тверду – літосфера, рідинну – гідросфе- ра і газову – атмосфера. Ці фази взаємопроникненні, тісно пов’язані між собою і утворюють географічну оболонку планети  – геосферу. Її складові  – живі організми  – від вірусів до людини, гірські породи, вода, повітря,  сонячна  енергія.  Всі її компоненти (К)  взаємодіють між  собою, утворюючи  надскладну  систему  з множиною  зв’язків (С), кількість  яких визначає формула: С=К(К-1).

При порушенні  цих зв’язків біосфера деградує, змінюється  так, щоб зменшити ентропію, тобто хаос, порушення структури, щоб усунути  чинник,  який  викликав різку зміну. Природа  завдяки  по- вільним   еволюційним  змінам  виключає   з  подальшого   розвитку, тобто елімінує ті компоненти,  які протирічать її законам, сприяють збільшенню хаосу, тобто ентропії.

Саме за цим параметром  живі об’єкти відрізняються від нежи- вих. Живі,  на відміну від неживих, активно  зменшують  хаос, тобто ентропію в навколишньому середовищі,  перетворюють  речовини,  а отже енергію, з однієї форми в інші. Ми не помічаємо цього за кож- ний окремий проміжок  часу і тому не можемо передбачити  всіх на- слідків у майбутньому,  поки не побачимо їх прояв у дійсності.

Та частина  геосфери, в якій  спостерігаються процеси  життєді- яльності  організмів,  і є біосфера – сфера життя,  де діють її закони, які вивчає сучасна екологія і на підставі яких має змогу прогнозува- ти події в природі.

Сучасна наука довела, що весь Всесвіт, як і Сонце, Земля скла- даються з однакових атомів, про що свідчать дані табл. 1.


Таблиця 1

Хімічний склад зірок та відносні числа атомів елементів

 

 

Елементи

Зірки

τ-Скорпіона

ξ-Персея

γ-Пегаса

Водень

8530

8300

8700

Гелій

1450

1700

1290

Вуглець

2,0

1,5

3,3

Азот

3,1

1,7

0,9

Кисень

11,0

9,0

3,7

Неон

4,5

3,4

4,65

Магній

0,46

0,49

0,76

Алюміній

0,032

0,05

0,005

Кремній

0,75

0,77

0,094

Фосфор

---

--

0,0028

Сірка

--

0,25

0,55

Це важливі  дані, які  доводять  єдність  нашого  Всесвіту.  Отже, при певних  умовах – температура,  концентрація речовин  між ато- мами  – обов’язково  виникнуть хімічні зв’язки  і утворяться більш складні системи – молекули,  спочатку прості – вода, аміак, чадний газ та ін. Вони за законами хімії утворюють більш складні агрегати, з яких можуть бути побудовані молекули життя – РНК, ДНК, а потім клітини, організми. Отже, космічний простір може бути насичений життям, про що писали В.І. Вернадський, К.Е. Ціолковський.

За існуючими даними, ні один вчений ще не довів, що в косміч- ному просторі є об’єкти, які б складалися з інших хімічних елемен- тів, ніж ті, що містяться в земній корі, Сонці, інших зірках та планет- них системах.

Спостереження за рухом зірок та розрахунки  довели, що близь- ко 15 млрд років тому весь Всесвіт був стягнутий в одну точку, яка вибухнула,  і почалася  еволюція  нашого Всесвіту, етапи якого наве- дені в табл. 2.


 

Основні  етапи еволюції  Всесвіту


Таблиця 2


10        10

-27       9

 

Ери

 

Процеси, епохи

 

Темпера- тура, оК

 

Густина, г/см3

Час від початку, сек

Допланківська

 

 

 

до 10-43

 

Адронна

Початок ери

1032

1094

10-43

Виникнення асиметрії

1028

1078

10-35

Анігіляція  нуклонів

1012

1016

10-5

 

Лептонна

Початок ери

1012

1014

10-4

Анігіляція  мезонів

3.1011

1012

10-3

Утворення нейтрино

2.1010

107

0,2

 

Ера випромі- нювань

Анігіляція  електронів, позитронів

 

10

 

4

 

10

Синтез гелію

109

102

102

 

 

Ера речовини

Реліктове випромінювання

4.103

10-21

106  років

Утворення зірок, галактик

30

10

10  років

 

Сучасна епоха

 

2,7

 

10-30

15×109

років

 

 
На можливість таких процесів наприкінці XIX ст. вказав англій- ський астроном Дж. Джинс (1877–1946), а пізніше вірне астроном В. Амбарцумян висунув гіпотезу про дозіркову  речовину, з якої вини- кли зірки. На базі цієї гіпотези в 1948 р. американський астрофізик Г. Гамов запропонував теорію «гарячого Всесвіту, або Великого ви- буху», в результаті чого виник Всесвіт.

Слід  звернути  увагу  на те, що через надзвичайно високу  тем- пературу  стабільні  речовинні  об’єкти почали  утворюватися тільки через мільйон років, а зірки та їхні скупчення – галактики  через мі- льярд років після Великого Вибуху.

Підтвердженням вказаних  процесів  є відкриття американськи- ми ученими в 1965 р. реліктового (лат. – древній) випромінювання,  в діапазоні довжин хвиль від 3 мм до 50 см. За його сучасною енергією була розрахована температура,  при якій  воно виникло,  та густина

«речовини», з якою воно було пов’язане.

Ще одним доказом правильності теорії Г. Гамова про еволюцію Всес- віту стало відкриття так званого Червоного зміщення світла – ефект До- плера, за допомогою якого також були отримані дані про вік Всесвіту.


Сучасні наукові дані свідчать про єдність Всесвіту, взаємоза- лежність та взаємопов’язаність всіх процесів у Космосі. Земля,  її біосфера є частиною величезної  Космосфери, і в структурі сучасної екології існує розділ космічної екології, який вивчає впливи Космо- су на біосферу Землі.

Питання.

1.   Що таке біосфера і як вона пов’язана з геосферою?

2.   Охарактеризуйте будову і властивості біосфери.

3.   Які є докази пов’язаності біосфери Землі з оточуючим кос- мічним середовищем?

1.3.1.  Еволюція біосфери Землі

Еволюція – це результат  сукупної  дії багатьох факторів  і пере- дусім – хімічних.  Саме хімічні реакції  складають  основу всіх про- цесів у будь-якому  організмі. Вся історія еволюційного  розвитку біосфери  розглядається протягом  двох  дуже  тривалих  проміжків часу – еонів, що складаються з двох інтервалів  – криптозой  ( гр. криптос  – таємниця ) та фанерозой ( гр. фанерос  – відкритий,  гр. зоос – життя), пртягом яких відбувалися еволюційні, тобто повільні зміни в біосфері. Вони складаються з ер (лат. ера – початок літочис- лення),  епох і періодів. Біосфера еволюціонує  за принципом  одно- часності перервності  і неперервності розвитку.  Процес поступових еволюційних  змін організмів  закономірно переривається фазами  їх бурхливого  розвитку  та вимириння практично  без перехідних  па- леонтологічних форм.

Двигун еволюції – хімічні реакції між простими сполуками  – вода, аміак, оксид вуглецю, формальдегід за участю каталізаторів – неорганіч- них речовин та електричних розрядів. У результаті утворилися складні молекулярні структури – амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти.

Через самовпорядкування, зменшення  ентропії виникли  надмо- лекулярні структури  – органоїди, з яких побудовані клітини.  Після хімічної еволюції  3,5 млрд років тому розпочалася біологічна  ево- люція, основу якої складають  надскладні  хімічні процеси  в живих об’єктах, і яка триває й тепер.

Отже, основа еволюційних  процесів – хімічні реакції, які відбу- ваються як у клітинах, так і поза ними, в оточуючому середовищі.

В цьому небезпека  для сучасних біологічних  процесів, бо через антропогенну  діяльність  середовище  насичується дуже активними


хімічними  речовинами.  Вони включаються  в біохімічні процеси на молекулярно-клітинному рівні і викликають мутації в клітинах, тканинах, організмах. На ранніх етапах виникнення життя це спри- яло утворенню  життєвого  різноманіття в подальших  біологічних процесах – ерах. Але на сучасному етапі еволюції, через діяльність людини, виникла  велика кількість  різноманітних речовин  – ксено- біотики, тератогени, мутагени, які негативно впливають на еволю- ційні процеси.

Основні  первинні  еволюційні  процеси,  які відбувалися протя- гом майже 4 мільярдів  років, зображені на схемі (рис. 4):

Рис. 4. Схема первинних  еволюційних  процесів

Перша  ера – археозойська,  або архейська  (гр.  архео  – першо- початковий,  початковий) – ера найдревнішого життя  – почалася близько  3,5 млрд років тому і продовжувалася близько  2 млрд ро- ків. За цей час, поряд із формуванням твердої кори – літосфери, в результаті  хімічних реакцій – хімічної еволюції, виникли  спочатку


білкові молекули, а потім примітивні живі об’єкти – віруси, бактерії, синьозелені водорості.  Наприкінці ери клітини  диференціювалися на рослинні  і тваринні,  тобто почалися  процеси дивергенції  – роз- біжності у властивостях і ознаках.

Цей процес посилився в протерозойській (гр. – простий) ері – ера найпростішого,  примітивного життя, коли почали формуватися умови  для «виходу»  рослин  на сушу. В атмосфері  з’являється ки- сень – 0,021 % (точка Кюрі), а пізніше – 0,21 % (точка Пастера).  Ці процеси тривали  ще майже 900 мільйонів років, а дві ери склали криптозойський еон.

Наступний еон – фанерозой складають три ери, що продовжува- лися 600 млн років. Починає  його палеозойська (гр. палео – старий, древній)  ера, що продовжувалася 350 млн років. Ця ера почалася  « біологічним  вибухом», в результаті  якого з’явилися  панцирні  риби, наземні рослини – псилофіти.  Наприкінці ери, близько 400 млн ро- ків тому концентрація кисню  в атмосфері  складала  вже понад 2% і тому почав формуватися озоновий екран. Завдяки йому стабілізу- ються життєві форми, зменшуються  летальні мутації і виникають умови для активного розвитку тваринних форм життя – з’являються комахи, рептилії. Починають  формуватися сучасні контури  тепе- рішніх материків.

Цей великий  проміжок часу розділяють  на шість періодів: кемб- рій (від древньої назви англійської провінції Уельс), який продо- вжувався 70 млн років; ордовик (від назви древнього кельтського племені) – тривав 70 млн років; силур (від назви кельтського племе- ні) – продовжувався 30 млн років; девон (від назви графства Девон- шир в Англії) – 60 млн років; карбон (від лат. – вугілля) – тривав 50 млн і пермський період – 70 млн років.

Наступна  – четверта  ера – мезозойська (гр. мезо – проміжний), або ера проміжного  життя,  для  якого  характерні  перехідні  форми, тобто такі, що існують на планеті  і в даний час. Почалася  вона 250 млн років тому і тривала 160 млн., які склали три періоди: триасовий (гр. триас – троїчність),  юрський (від назви гір у Західній  Європі  – Юрські) і крейдяний.

Для  цієї ери характерно  поширення гігантських  форм життя  – папоротей,  голонасінних  рослин.  Наприкінці ери змінюються  клі- матичні  умови  на планеті  – відбувається глобальне  похолодання, через що голонасінні рослини поступаються місцем покритонасін- ним, з’являються перші птахи.


0CHOBI1 eKOJIOriY

IloJJ,aJihiiia eBOJIIOU:i5I BCiX opraRi3MiB rrpOJJ,OBJKYBaJiaC51 B KaUH030U­ CbKiU  (rp. - Kpaii:Riii:, TerrepiiiiRiii) epi, a6o epi cyqacRoro JKHTT51. Ilo­ qaJiac51  BORa 90 MJIR  pOKiB TOMY  i, 51K i IIOIIepeJJ,R51 epa, CKJiaJJ,a€ThC51 3

Tphox  rrepioJJ,iB - nwzeozeH, HeozeH, ttemeepmuHHUU  ( cyqacRHH). UH epa

rrpOJJ,OBJKY€ThC51 i Terrep. l.JH  CTaRe BORa KpaHRhOIO, OCTaRRhOIOJJ,JI51

JIIOJJ,HRH- 6y;:J,e  3aJieJKaTH Bi;:J, Rei". LI,JI51 U:i€I epH xapaKTepRO IIIHpOKe IIO­ IIIHpeRR51 IIOKpHTORaciRRHX  pOCJIHR, IIJiaU:eRTapRHX  TBapHR,  30KpeMa

JIIOJJ,HRH,  II(O  3'51BHBJIOC51 B OCTaRRhOMY llrrepiOJJ,i.

PaHHHH

nporepo 3oH

ApxeH

HarapxeH

np0TOO JlaHeTHbli1

3Tan  pa3eHTHR

3 eM.JlH

P11c. 5. CxeMa rrepexo,a:y BiJJ: xiMiLIHOY ,a:o 6ionoriLIHOY eBOJIIOU:iY

MoJKe BHHHKRYTH IIHTaRR51: 51K BH3RaqaiOTh qac,  KOJIH iCRYBaJIH Ti aoo iRIIIi opraHi3MH? HacaMIIepeJJ, 3a JJ,orroMoroiO  BH3RaqeRR51  KiJihKOCTi paJJ,i­ OaKTHBRHX peqOBHR  B pi3ROMaiDTRHX 3aJIHIIIKaX. l.JHM  MeRIIIe KORU:eRTpa-


ція радіоактивного елемента, ізотопу, тим давніша знахідка  – рослин- ного або тваринного  походження.  Частіше  всього використовують так званий свинцево-урано-торієвий або калій-аргоновий, або рубідієво- стронцієвий методи. Для кожного елемента, його ізотопу характерний чітко визначений період піврозпаду – це час за який розпадається поло- вина наявної кількості радіоактивної речовини. За вмістом ізотопів, що розпадаються  швидко, визначають короткі інтервали  часу, а за допомо- гою тих, що існують тривалий час, як уран, торій – дуже тривалі, геоло- гічні проміжки часу. Схематично еволюційні процеси відображає рис. 5.


 

Історія розвитку еволюційної ідеї


Таблиця 3


 

 

Аристотель

384–322  р. до н. е.

Сформулював гіпотезу  про розвиток живого з неживої матерії та уявлення про «східці природи» відносно світу тварин.

Середньовіччя

400–1400 р.

Теорії, які в основі визнавали креаціонізм –

божественне  творіння життя, людини.

Джон Рей

1627–1705

 

Запропонував концепцію виду.

 

Бюффон

(1707–1788)

Вважав, що різні типи тварин мають різне походження і виникли  в різний час. Визнавав вплив середовища і успадкування набутих ознак.

Еразм Дарвін

(1731–1802)

Запропонував гіпотезу про те, що життя виникло із одної «нитки» створення людини.

Жан-Батіст Ламарк

(1744–1829)

 

Висунув гіпотезу успадкування набутих ознак.

Жорж Кюв’є

(1769–1838)

Використав досягнення  палеонтології. Створив теорію «катастроф» як основу еволюції.

Чарльз Лайєль

(1797–1875)

Продемонстрував прогресивні зміни викопних решток.

Чарльз Дарвін

(1809–1882)

Сформулював теорію еволюції в результаті природного добору.

Гуго де Фріз

(1848–1935)

Відкрив мутації, вважав, що види виникають  в результаті природного добору.

Грегор Мендель

(1822–1884)

 

Відкрив закони спадковості.

Томас Морган

(1903)

 

Створив хромосомну теорію спадковості.


Як  виникло  життя,  як  формувалася людина?  Ці  питання  ви- никли  здавна  і вони  завжди  цікавили вчених, всіх людей з давніх давен. Для сучасної науки це важливо  тому, що логіка поступового розвитку  свідчить про правильність тих фундаментальних ідей, за- конів, які складають основу знання.

За  допомогою  знань  можна  впливати  на розвиток  природних подій, але в певних межах, не порушуючи  законів  природи,  а отже процесів еволюції.

Саме на цьому ґрунтуються сучасні філософсько-екологічні ме- тодології збереження  життя  на Землі,  вони є основою для форму- вання нового екологічного мислення. Основні еволюційні ідеї пред- ставлені в табл. 3.

Отже, з одного боку, існує строга теорія еволюції, заснована на фактах,  з іншого – гіпотеза  про творіння  всього сущого Бо- гом. На даний час, які б погляди  не мала людина, вона повинна пам’ятати  про своє значення  в природі,  свою участь  в її розви- тку, відповідальність за стан природи.  Тепер, як писав В.І. Вер- надський, сама людина, все суспільство стало рушійною силою еволюції.

Питання

1.   Що таке еволюція, які її основні етапи?

2.   Охарактеризуйте основні ери, періоди біологічної еволюції.

3.   Які основні еволюційні ідеї Вам відомі?

4.   Як визначають час тривалості ер, періодів, існування орга- нізмів?

5.   Як довести достовірність наявних еволюційних фактів?

1.3.2.  Роль  космічних впливів на еволюційні процеси

На еволюційні процеси біосфери активно впливають фізико- географічні, космічні явища, ритми, зокрема інтенсивність сонячної активності, на що першим вказав О. Чижевський – засновник сучас- ної науки про вплив Сонця на всі життєві процеси – геліобіології. Сонячна  активність  – кількість   темних  плям,  яку  характеризу- ють числа Вольфа  – змінюється  циклічно,  про що свідчить  графік (рис.6):


 

Рис. 6. Графік циклічності сонячної активності.

Відомі 1850, 600, 400, 178–169,  88–83,  33, 22, 11, 6–4-річні ци- кли сонячної активності, які складають основу закону космічних впливів.  Ці та інші космічні,  планетарні  зміни  впливають  на при- родні  процеси  – геофізичні  (погодно-кліматичні), біологічні.  Але космічні фактори,  впливаючи  на біосферу, її структури  нівелюють- ся і тому за силою й часом впливів  часто втрачають  свій ефект дії, особливо негативний. Наприклад, відомо, що існує строго періодич- ний 1850-річний ритм, що підрозділяється на періоди: 100-річний (тепло-сухий), 200-річний  (тепло-вологий), 350-річний  (холодно- вологий) та 300-річний  (холодно-сухий). Ці періоди виявляються в стані атмосфери  та гідросфери,  гірського оледеніння  та сейсмотек- тонічних явищ, вулканізмі, рівні природного фону радіоактивності, зміні ландшафтів.

Весь 1850-річний цикл складається з довгої і короткої активних фаз. Активні фази циклу пов’язані з похолоданнями, змінами в кри- жаному покриві планети. Глобальні зміни в природному середовищі і 1850-річний цикл впливає  і на еволюцію людської цивілізації.

Античну цивілізацію  відносять  до першого тисячоріччя до н.е., сучасна цивілізація зародилася в XVI–XVII ст. Між ними 1000 ро- ків спаду, що збігається  з активними фазами  1850-річного  циклу. Майже чотири тисячі років тому (це майже подвійний  1850-річний цикл)  в Середній  Азії з’являються перші міста, одержує  розвиток штучне зрошення,  землеробство, активно  розвивається цивілізація Хараппі  в Індії. Начебто  виникли  всі передумови  для подальшого


розвитку  людства. Але приблизно 1400 років тому вони зникають. Друга хвиля цивілізації – епоха бронзи збігається з третьою стадією (3900 років).

Легко відновлені  і добре досліджені хвилі еволюції, що від- повідають  п’ятій та четвертій  стадіям  – 7600 і 5700 років  тому, з яких першому відрізку часу відповідає час неоліту на узбережжі Середземномор’я. Приблизно  через  2000  років  виникають  зміни. Така хвиля  розвитку  людства сформувалася 6700–5800 років тому (четверта стадія). Поширюється землеробство – скотарські поселен- ня на великих територіях.  Але знову, приблизно через 2000 років, ці культури  зникають, наприклад трипільська культура.

Таким  чином, хвилі розвитку  цивілізації збігаються  з активни- ми фазами  1850-річного  циклу. Характерно,  що імпульси  розвитку цивілізації пов’язані з несприятливими інтервалами. На початку те- плих інтервалів створюються кризові геоекологічні ситуації. Різко скорочується чисельність   населення,   культура   занепадає,  зміню- ються політичні  системи, мають місце великі переселення народів. Все це свідчить про тісні зв’язки між всіма процесами – геологічни- ми, біологічними,  соціальними.

Близько 3 млрд років тому почала формуватися сучасна біосфе- ра – виникали та зникали  рослини,  тварини.  Виникнення людини, поступовий  розвиток  соціальних  відношень,  ускладнення взаємо- відносин  суспільства  і природи  викликали, за еволюційними мір- ками, дуже швидкі зміни в природі, що еквівалентно її катастрофі. Щоб запобігти цьому, необхідно створити нові відношення, побудо- вані на раціональних  (від лат. – розум) підходах до природи.

Виникає  питання  – за якими  шляхами  може  йти  подальший розвиток  природи  і людини?  Припустимо, що за першим  сценарі- єм людство не зможе зупинити глобальну  екологічну кризу, і тоді в найближчі  30–40  років відбудеться  соціодемографічна криза. Еко- номічні й соціальні протиріччя дійдуть до рівня глибоко антагоніс- тичних, можуть відновитися війни держав за природні ресурси біо- сфери. В таких умовах, навіть без ядерної війни, до кінця XXI ст. повною реальністю стане техносфера, а значить, руйнація  біосфери, зміна її структури,  в якій місця для людини може і не бути. Людина може бути замінена  розумними  кібернетичними істотами  – кібор- гами.

За другим сценарієм – людство повинно не пізніше найближчих

20–25  років знайти  вихід із глобальної  соціоекологічної кризи  або


зменшити, призупинити її. Але це буде можливим лише за умови по- літичного об’єднання всього людства, встановлення контролю за на- роджуваністю,  екологізацією  всіх виробництв, введення  принципу соціальної справедливості. Це стане можливим за умови об’єднання економіки  і управління соціоприродними процесами,  при переході від природоспоживацького мислення  до екологічно  націленого  на злиття суспільства з природою.

Це буде ноосфера (гр. ноос – розум),  в якій кожна дія людини, людства в природі буде можливою лише після розрахунків усіх ймовірних варіантів, коли будуть передбачені наслідки в перших, других,  і десятих  кроках.  Завдяки цьому  і формується новий  тип біосфери  – ноосфера.  Поняття про ноосферу  запропонував фран- цузький  філософ  Е. Леруа в 1925–1926 рр. на одному з семінарів, де були присутніми  В.І. Вернадський і Тейяр-де-Шарден (1881–1955) – філософ, антрополог, який відкрив синантропа. Тейяр-де-Шарден створив вчення про еволюцію природи, дав загальний  ескіз подаль- шого розвитку цивілізації (Шарден Т. Феномен людини.– М., 1987). В його уяві стріла історії має напрямок до ноосфери, яка є штучною, породженою  людиною, антропогенною  системою  – антропосфера, що дуже часто вступає в протиріччя з біосферою. Він вважав, що в історії людства обов’язково наступить епоха наджиття – гармонійне злиття  інтересів  природи  і людини,  коли  зникнуть  расові, релігій- ні, ідеологічні розходження між людьми. Це буде кінець біосферної еволюції і початок ноосферної.

Забезпечуючи сумісність людської діяльності  з законами  еволю- ції, саморегуляцією і збереженням біосфери,  люди повинні  сприяти формуванню якісно нової системи – соціоприродної спільності – но- осфери.

Питання

1.   Яка роль Сонця у біосфері, у безпечній життєдіяльності лю- дини?

2.   Які можливі шляхи розвитку цивілізації?

3.   В чому  причини сучасної екологічної кризи?

4.   Чому  екологічні знання пов’язані з безпечною життєдіяль- ністю людини?

5.   Який зв’язок між станом розвитку суспільства та екологіч- ними  проблемами?

6.   Що таке техносфера, ноосфера, в чому  їх зв’язок?


1.3.3.  Основні  функції біосфери

Біосфера  Землі  – частина  космічної  системи,  якій  притаманні певні функції,  властивості,  що обумовлюються законами  Всесвіту – законами  хімії, фізики, механіки. Вони зумовлюють  самоорганізацію Всесвіту, його частин – галактик,  зоряних  систем. Будь-де  з елемен- тарних часток утворюються  атоми, з них – молекули,  які, ускладню- ючись, утворюють основу життя – клітини, з яких самоорганізуються організми.

В.І. Вернадський  писав, що життя  – основа Всесвіту – вічне, як сама матерія  та енергія.  Він стверджував,  що «Космос  без матерії, без енергії не може існувати».  І далі: «Для нас стає зрозумілим, що життя – явище космічне, а не сугубо земне». Існує принцип  Ф. Реді (1626-1698): «Все живе – лише від живого». Підтвердженням цьому служать праці відомого вченого Чижевського, який довів в 20-х рр. XX ст., що ритми сонячної  активності  впливають  на земні процеси

– із ними збігаються сплески стихій – землетрусів, виверження вул- канів, епідемій, війн, революцій,  народження геніальних,  таланови- тих людей. Біоекологія формує  не тільки теоретичні  основи пізнан- ня структури, властивостей біосфери, а й вивчає насамперед реальні взаємозв’язки, що виникають в рослинному і тваринному світах. Від властивостей оточуючого  їх середовища  залежать  їх будова, біохі- мічні, фізіологічні функції, які зумовлюють основні властивості  біо- сфери.

Газова – більшість газів атмосфери  – кисень, водень, метан, вуг- лекислий газ – результат біогеохімічної функції біосфери, діяльнос- ті в основному рослин.

Концентраційна – за рахуно життєдіяльності організмів накопи- чилися органічні види палива – кам’яне вугілля, нафта, торф, утво- рилися  родовища  корисних  копалин  – карбонати  (крейда,  мармур, вапняк, черепашник), залізні руди, в атмосфері накопичився кисень за рахунок фотосинтезу рослин.

Окиснювально-відновна – забезпечує  єдність всіх хімічних про- цесів, що відбуваються  в біосфері та зумовлюють їх здійснення в ре- човинах органічного або неорганічного походження.

Біохімічна або біогеохімічна – за рахунок діяльності  людини, всіх інших організмів, які визначають структуру та властивості  біосфери.

Вперше на ці функції  звернув  увагу В.І. Вернадський. Вони ви- значають  обмін речовин, їхні кругообіги,  що відбуваються  навіть у


найменшій сукупності організмів, які взаємодіють з середовищем. Існують  великий  – біосферний  і різного рівня малі кругообіги  – в краплі води, озері, в будь-якій  ділянці біосфери. Під терміном "кру- гообіг" розуміють  такий  розвиток  об’єкта, коли він повертається у вихідне положення,  але не стан. Кругообіги, зміни у біосфері харак- теризуються певними залежностями, законами,  які поступово вста- новлюють вчені.

1.3.4.  Закони біосфери

Будь-яке вчення  є науковим,  якщо  в ньому відбиваються  пев- ні закономірності, що виражені  аксіомами,  постулатами,  законами, які відображають  реальні характеристики, зв’язки, функції певного об’єкта, системи. Це, наприклад,  аксіома Ч. Дарвіна про адаптова- ність. Згідно з нею кожний організм або вид адаптований до певних, специфічних для нього, умов існування. Адаптація організму зумов- лена генетично, а також за допомогою фізіологічних, поведінкових, ембріональних механізмів. Отже, порушення цих механізмів руйнує адаптивні можливості організму, що може сприяти його зникненню. Теоретичну основу  сучасної  екології  складають  129 теорем, 57 за- конів, 40 правил, 36 принципів.

Важливими є постулати, принципи,  зокрема феноменологічний постулат  Хінчина (1983)  та Брилюєна  (1956),  згідно з яким ступінь упорядкованості системи зростає, якщо міра хаосу (ентропії) змен- шується, і навпаки. Це важливо для характеристики будь-якого  біо- ценозу як сукупності популяцій різноманітних організмів – рослин, тварин, мікроорганізмів, що населяють  певний біотоп.

Постулат  Моісєєва (1988)  про економію енергії вказує на те, що найбільша  вірогідність  на збереження  стабільності  та розвиток  має екосистема, що утилізує  зовнішню речовину та енергію, що накопи- чилася в ній в оптимальних кількостях і найбільш ефективно.

Поняття ентропії, яке запропонував Р. Клаузіус в 1865 р. для ха- рактеристики термодинамічних процесів, є одним з найважливіших у сучасній науці, в екології. У навколишньому середовищі ентропія (міра хаосу, безпорядку) значно вища, ніж в організмі, системі, які знаходяться в певному оточуючому їх середовищі. За рахунок авто- матичного  зменшення  ентропії виникають  та існують будь-які сис- теми – живі, неживі.

Час існування системи-об’єкта залежить від його ентропійної стійкості.  Ентропія характеризує кількість  енергії, що використо-


вується  для підвищення рівня високої самовпорядкованості, для тривалого  існування  організму, виду. В живому об’єкті збільшений порядок, зменшена ентропія за рахунок середовища. При цьому сис- тема набуває більш високої організації, структурованості, ніж оточу- юче середовище. Ентропію (S) системи можна визначити рівнянням Шеннона (1948): S=-ΣPklnPk, де ΣPk=1, k – кількість елементів-носіїв інформації  (рослин,  тварин);  P  – вірогідність  явища.  Чим  більше значення  S, тим менша стійкість системи в часі і просторі. Найбіль- ші значення  ентропії  характерні  для деградованих  екосистем,  най- менші – для стійких,  наприклад для екваторіальних тропічних  лі- сів. Рівень ентропії визначається кількістю  отриманої  інформації,  а отже, енергії, яка структурує,  формує організм, біологічну, фізичну систему.

Інформація  (лат. – пояснення), на відміну від ентропії, відобра- жає ступінь  впорядкованості системи.  Це одне з основних  понять кібернетики, зокрема екологічної кібернетики. За Н. Вінером (1984), від кількості інформації залежить стан, добробут будь-якої системи. Інформація тісно пов’язана з ентропією, яку вимірюють в джоулях на Кельвін  (Дж/град), тобто це енергетичний показник  будь-якої системи – живої, неживої. Вона впливає на ритмічність, циклічність процесів у біосфері – тектонічні, магматичні, осадко- та гороформу- ючі процеси, зміни клімату, екосистем.

Основу  будь-якої  науки, і передусім фундаментальної, складають принципи  (лат. – початок, основа), які є її основними  положеннями, в тому числі екології. Одним з основних з них є принцип Гаузе (1934), або конкурентного виключення – принцип екологічної несумісності, згідно з яким два види з подібними екологічними вимогами не можуть довгий час займати  одну екологічну  нішу. Важливим є принцип  екологічного дублювання, який характеризує відносну функціональну взаємозалеж- ність популяцій певної трофічної групи в біоценозі. При екологічному дублюванні  винищений або зниклий вид заміщується функціонально близьким, або його місце кількісно замінюється екологічно аналогічни- ми, близькими за функціями видами. Наприклад паразити замінюють хижаків, гризуни  – копитних.  Принцип Тишлера (1955)  характеризує склад і розмір ареала виду або місцезнаходження популяції, які зумов- лені їх біологічними  характеристиками, особливостями. Принцип  мі- німального розміру популяції  вказує  на те, що будь-яка  популяція має певну мінімальну чисельність особин, подальше зменшення якої при- зводить до її зникнення, або навіть виду в цілому. Принцип екологічної


відповідності – існування  організму  завжди  залежить  від його умов життя. Це основний принцип органічної еволюції, бо організм для сво- го виживання і розвитку  повинен  приводити свої життєві  процеси у відповідність з особливостями та характеристиками довкілля. Принцип територіальної близькості – основа фізико-географічного районуван- ня – одна і та ж фізико-географічна одиниця (район, провінція) не мо- жуть бути представлені різними, віддаленими один від одного ділянка- ми. Цей принцип відображає неповторність у просторі індивідуального характеру  структури  регіону, наприклад індивідуального ландшафту, для якого тільки йому характерні  певні співвідношення між рослина- ми, тваринами,  рельєфом,  погодно-кліматичними умовами, що відріз- няють його від сусідніх ландшафтів.

Екологія,  як і будь-яка  сучасна наука, виявляє закони  і оперує ними, порушення  яких викликає негативні  результати в біосфері, а отже, і в організмі людини. Закони  біосфери, які вивчає екологія, складають основу раціональної взаємодії суспільства, кожної люди- ни з природою.

Перший  закон  В.І. Вернадського – біогенна міграція  елементів відбувається  в біосфері під впливом її компонентів – тварин,  рос- лин – живої речовини. Антропогенні  чинники,  впливаючи  на стан біосфери, змінюють її фізичний,  хімічний склад, умови еволюційно- збалансованої міграції речовин. Люди стали рушійною силою змін у біосфері, а це може бути небезпечним  при їх нерозумних діях.

Другий закон В.І. Вернадського, або закон константності  – кіль- кість живої речовини за певний час (як правило ера, період) є постій- ною величиною. Відповідно до цього закону збільшення кількості живої речовини  в одній частині біосфери  супроводжується її змен- шенням в іншій. Це наслідок вселенського  закону збереження  речо- вини, а отже енергії та інформації. Згідно з цьим законом та законом самовдосконалення будь-якої  системи – від атома до суспільства  – більш організовані  системи (людина, суспільство) виникають, існу- ють за рахунок менш організованих.

Третій закон В.І. Вернадського – закон фізичної, хімічної єднос- ті живої речовини.  Все живе має спільну  фізичну,  хімічну основу, тобто в основі живих систем знаходяться однакові хімічні, біохімічні, фізичні процеси, що обумовлені загальними законами  хімії, фізики  і діють вони незалежно  від стану системи – живої або неживої.

Закон Вернадського-Бауера, відповідно до якого будь-яка  біоло- гічна система, що знаходиться  в стані динамічної рухливої  рівнова-


ги із довкіллям, розвиваючись, збільшує свій тиск на середовище. Цей закон пов’язаний  із принципом  Ле-Шательє, який  управляє хіміч- ними рівноважними зворотними процесами,  системами та еколо- гічним законом внутрішньої динамічної рівноваги. Енергоінформа- ційні, ентропійні, речовинні та динамічні характеристики системи змінюються так, щоб загальна стійкість системи була постійною. Це один із важливих  законів  природокористування, що визначає  про- цеси саморегулювання і самовідновлення біосфери, її екосистем.

Закон В.І. Вернадського про перетворення біосфери в ноосферу (1944).  В результаті  розумної, раціональної взаємодії людини з біо- сферою обов’язково  виникає  ноосфера – частина  біосфери,  де про- являються наслідки розумної діяльності людини – антропосфера.

Закон  Сент-Ілера  (1772–1824) – життя на Землі  – природна таксономічна система, яка складається з ієрархічних  груп – таксо- нів різноманітного рангу і є результатом поступового, еволюційного розвитку. Розмаїтість форм живого є історичною, еволюційною  по- слідовністю  їх виникнення і розвитку  – від простого до складного, носить дивергентний (розгалужений) і адаптивний характери.

Закон  Долло (1893)  – про незворотність  еволюційних  процесів. Види, популяції, що зникли, вже ніколи не зможуть з’явитися у тому ж стані, вигляді. Про це писав ще у 1859 р. Ч. Дарвін.

Закон М. Кренке (1892–1939) – існування  будь-якого  організму обмежене в часі. Тимчасові  характеристики організмів  вивчає  хро- ноекологія.  У сучасній біології поняття  часу має таке ж фундамен- тальне значення,  як і у фізиці.  Про це, виступаючи  в 1931 р. на за- гальних  зборах Академії Наук  СРСР, говорив  В. І. Вернадський у доповіді «Проблеми  часу в сучасній науці».

Закон Уоддінгтона – закон інформаційної  обумовленості біоло- гічних явищ. Системно-регуляторні чинники,  що впливають  на роз- виток  і життя  організму,  контролюють  процеси  обміну речовин,  а отже, енергії, інформації – генетичної (внутрішня) і екологічної (зо- внішня). В результаті генетичних і біохімічних досліджень виявлені речовини, близькі  до нуклеїнових кислот, що є носіями  біологічної інформації  – інформатиди або семантиди.

Загальний закон розвитку природи – абсолютно ізольований са- морозвиток  неможливий, тому що будь-яка природна система може розвиватися тільки за рахунок обміну речовин, енергії, інформації  з іншими системами. Не є виключенням біосфера Землі, яка пов’язана з оточуючим Космосом, його об’єктами, наприклад Сонцем, плане-


тами. Наслідки цього закону – абсолютно безвідхідні антропогенні виробництва неможливі, крім самої біосфери; будь-яка високоорга- нізована система в своєму розвитку несе потенційну  загрозу існу- ванню менш організованим. З цього випливає,  що повторне  само- зародження життя неможливо  – воно буде знищене вже існуючими організмами; еволюція біосфери Землі відбувається за рахунок вну- трішніх і космічних ресурсів.

Закон оптимальності – ніяка система не може звужуватися або розширюватися нескінченно. Цей закон обумовлює  оптимальні  роз- міри  сільськогосподарських ланів,  кількість  вирощуваних тварин, рослин. Ігнорування цього закону  призвело  до створення величез- них площ  монокультур,  змін  ландшафтів і викликало порушення у функціонуванні екосистем,  виникнення екологічної  кризи.  Люд- ство своїм експансивним розвитком порушило  цей і багато інших законів біосфери.

Закон екологічної кореляції – в будь-якій  екосистемі всі біотич- ні, абіотичні компоненти функціонально  пов’язані. Зникнення будь- якої частини системи неминуче веде до зникнення з нею пов’язаних інших її компонентів,  до появи функціональних змін, її руйнації як єдиного цілого.

Закон максимізації енергії, інформації – виживає, стабільно існує, еволюціонує та система, яка максимально ефективно накопичує і ви- користовує, речовину, енергію та інформацію. Цей закон сформулю- вали екологи – брати Герберт і Юджин  Одуми, а доповнив  його М. Реймерс. Він відображає  хід круговоротів  речовин, механізми  регу- лювання, підтримки стійкості системи, її спроможності  пристосову- ватися до змін.

Закон  зменшення  енерговіддачі  в  природокористуванні –  при одержанні з екосистем продукції витрати енергії зростають у часі. Наприклад, витрати енергії на одну людину за добу тепер приблиз- но у 60 разів більші, ніж у часи далеких предків. Збільшення енерге- тичних витрат не може відбуватися нескінченно, що важливо  знати при плануванні  взаємовідносин із природою.

Закон  Ліндемана  (1942),  або  закон  піраміди  енергій  – з більш низького трофічного рівня екологічної піраміди на більш високий пе- редається в середньому 10% енергії, накопиченої в органічній речови- ні. Закон  встановлює  трофічні співвідношення між різноманітними групами організмів.


Закон однонаправленості потоків енергії. Він характеризує  її розподіл між консументами  (споживачами)  першого, другого, тре- тього та інших порядків і редуцентами.  Зворотний потік енергії – від редуцентів  до продуцентів  складає  тільки  0,25% від початкової кількості.

Закон Мітчерліха-Тінемана-Бауле характеризує  сукупну дію природних чинників, які впливають на біологічну продуктивність системи, яка залежить  не від одного, навіть лімітуючого, чинника, а від їхньої сукупності.

Закон обмеженості природних  ресурсів. Всі природні ресурси, як речовинні концентратори  енергії, в умовах Землі вичерпні, тому що сама планета є природно  обмеженим  тілом і тому на ній не можуть існувати безкінечні складові – ресурси.

Закон Дансеро (1957),  або двостороннього зв’язку при взаємодії людини з біосферою, відповідно до якого будь-яка зміна в природі ви- кликає відповідні реакції. Наприклад, вирубування лісів в Месопотамії призвело  до змін у кліматі та появи пустелі, будівництво зрошуваль- них систем – до засолення  земель (наприклад на півдні України); су- часне забруднення атмосфери  – до виникнення парникового ефекту, утворення кислотних осадків, руйнування озоносфери.

Закон Пратта (1965), або закон лімітованої врожайності, відпо- відно до якого при необґрунтованому збільшенні кількості мінераль- них добрив зменшується врожайність. Закон стомлення ґрунту, або зменшення  родючості: ґрунт, як один із ресурсів планети, є вичерп- ним ресурсом.  Порушення природних  процесів  ґрунтоутворення є наслідком нераціонального ведення сільського господарства – впро- вадження  системи  монокультур,  застосування токсичних  речовин, що мають властивості  ксенобіотиків.

Закон Шелфорда – кожен  організм має еволюційно-успадковані верхню та нижню межі стійкості або толерантності до будь-якого екологічного фактора.

Закон Берталанфі (1969) – будь-який організм, як і біосфера, від- крита система, яка здатна саморегулюватися, самовідновлюватися та вдосконалюватися.  Відкритість живої системи  виявляється в її обміні речовинами,  енергією та інформацією з навколишнім серед- овищем.

Закони  Баррі  Коммонера – американський еколог,  сформулю- вав їх у 1974 р.: «Все пов’язано з усім» – відображають  внутрішню динамічну  рівновагу  у біосфері, зумовлюють  її структуру.  «Все по-


винно кудись діватися» – характеризує розвиток  будь-якої  частини природної  системи за рахунок іншої. «Природа знає краще» – неза- лежно від волі, бажань людей в природі постійно діють закони, що обумовлюють  результат  будь-якої  їх дії і тому природа  (біосфера) виправляє  неправильні дії людини,  суспільства.  «Ніщо не прохо- дить безслідно», або – за все треба платити  – в природі  діє один із Всесвітніх законів – збереження  маси речовини, кількості енергії, а отже, інформації.  Відповідно  до цього закону  суспільство  повинно повертати  природі  все, що було з неї вилучено.  Багато  біосферних процесів тепер охарактеризовані математичними формулами, тобто з’явилася  математична  екологія.  Вона  створила  прогнозні  основи для наукового  врахування змін у біосфері, основи для сучасної ін- вентаризації і екологічного моніторингу.

Питання

1.   Що є основою будь-якої науки, її вираженням?

2.    Що Ви знаєте про аксіоми, постулати екології?

3.   Охарактеризуйте основні принципи, закони сучасної еколо- гії та вкажіть їх значення.