Биосфера как глобальная геохимическая система: Учение В. И. Вернадского, количественный анализ и эволюция в Ноосферу

Введение: От геосферы к Биосфере как активной оболочке Земли

Начало XX века ознаменовалось революционным сдвигом в естественных науках: осознанием того, что жизнь на Земле не является пассивным следствием физико-химических условий, но сама выступает могущественной геологической силой. Именно этот новый взгляд позволил переосмыслить роль живого вещества на планете.

Хотя сам термин «биосфера» был введен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году для обозначения тонкой оболочки, где распространена жизнь, его концептуальное, геохимическое и планетарное значение было раскрыто и научно обосновано Владимиром Ивановичем Вернадским в его монументальном труде «Биосфера» (1926). Вернадский впервые представил Биосферу как глобальную, динамическую и целостную экосистему, где живые организмы («Живое вещество») являются ключевым преобразователем энергии и мигратором химических элементов. И что из этого следует? Это означает, что для понимания геологической истории Земли, включая формирование атмосферы и полезных ископаемых, необходимо рассматривать биологические процессы как первичные геохимические движущие силы.

Целью данной работы является глубокое исследование и структурированное изложение концепции Биосферы по Вернадскому, включая анализ ее структуры, геохимических функций Живого Вещества с применением количественных данных, а также рассмотрение современных проблем в контексте эволюции системы в Ноосферу.

Ключевой тезис, проходящий через все учение, гласит: Биосфера — это область активного взаимодействия живого и косного вещества, преобразованная жизнью, а Живое Вещество выступает как совокупность всех организмов, выраженная в единицах массы, энергии и химического состава, определяющая ход планетарных процессов.

Теоретические основы биосферологии: Учение о Живом Веществе

Оригинальность и научное значение учения В. И. Вернадского заключается в переносе акцента с биологической функции организмов на их геохимическую роль. Он рассматривал жизнь не как случайное явление, а как фундаментальную, вечную и неизменную часть планетарного механизма, подчиняющуюся строгим законам физики и химии. Жизнь, таким образом, является неотъемлемым атрибутом геологической оболочки.

Генезис концепции и шесть эмпирических обобщений В. И. Вернадского

Живое вещество (ЖВ), по Вернадскому, это не просто биомасса, а совокупность всех живых организмов, обладающая специфической геохимической активностью. Оно отличается от косного вещества планеты двумя фундаментальными свойствами: огромной скоростью размножения (геометрическая прогрессия) и способностью к непрерывному, избирательному накоплению и перемещению химических элементов.

Учение Вернадского базируется на шести фундаментальных эмпирических обобщениях (законах), которые определяют статус ЖВ в геологических процессах:

№	Эмпирическое Обобщение (Закон)	Суть и Геохимическое Значение
1	Вечность жизни	Жизнь никогда не зарождалась из неживого вещества в условиях Земли, она всегда существовала и является вечной космической формой.
2	Неизменное присутствие	Жизнь постоянно присутствует в геологической истории, и ее влияние на земную кору не прерывалось с момента возникновения.
3	Генетическое родство	Современное Живое Вещество генетически родственно всем прошлым организмам, что обеспечивает преемственность биогеохимических циклов.
4	Постоянство влияния	Живое вещество постоянно влияет на химический состав земной коры, формируя биогенные горные породы и минералы.
5	Константность атомов	Количество атомов, захваченных Живым Веществом (биомасса) в течение геологических эпох, является величиной, по сути, постоянной, что определяет устойчивость Биосферы.
6	Космическое происхождение энергии	Энергия Живого Вещества есть преобразованная, аккумулированная энергия Солнца, что связывает Биосферу с космическими процессами.

Эти законы подчеркивают, что Живое Вещество является неким геологическим «насосом», непрерывно перекачивающим энергию и атомы через земные оболочки, тем самым являясь «великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты».

Человек как невиданная геохимическая сила: Количественный аспект ЖВ

Вернадский был одним из первых, кто включил человечество в состав Живого Вещества, но с принципиальной оговоркой: влияние человека на геохимические процессы отличается исключительной интенсивностью. Человек, вооруженный разумом и технологиями, перестал быть просто частью биологического круговорота и превратился в планетарного преобразователя.

Это возрастающее геохимическое влияние можно проиллюстрировать на примере энергопотребления. В дикой природе энергетическое воздействие отдельного организма ограничивается его метаболизмом. Однако в современном техническом обществе человек многократно превосходит эти естественные рамки. Какой важный нюанс здесь упускается? То, что современные технологические процессы, связанные с переработкой материалов и их транспортировкой, выделяют в окружающую среду тепловую и химическую энергию в масштабах, сравнимых с естественными геологическими процессами, тем самым форсируя планетарные изменения.

В промышленно развитых странах средний суточный расход энергии среднестатистического человека, включая энергию, потребляемую его машинами, транспортом и промышленностью, может достигать 250–300 тысяч килокалорий (ккал). Для сравнения, это эквивалентно мышечному труду 80–100 «рабов» на каждого жителя.

Эта количественная аналогия показывает, что антропогенная деятельность (строительство, добыча полезных ископаемых, сжигание ископаемого топлива) по своим масштабам и скорости миграции элементов сопоставима с геологическими процессами, что и позволило Вернадскому назвать человека «невиданной по своим масштабам геохимической силой». Мы не просто живем в Биосфере; мы активно, и зачастую бесконтрольно, её перестраиваем.

Структура, состав и физико-химические границы Биосферы

Биосфера — это сложная, многокомпонентная система, границы которой определяются физико-химическими пределами, где возможно существование активной жизни, а ее состав характеризуется динамическим равновесием живых и неживых компонентов.

Классификация вещества Биосферы по Вернадскому

Для научного анализа функционирования Биосферы Вернадский предложил классификацию всего ее вещества на четыре генетически связанных типа:

1. Живое вещество (ЖВ): Совокупность всех организмов (микроорганизмы, растения, животные), выраженная в массе, химическом составе и энергии. Это главный двигатель геохимических процессов.
2. Косное вещество: Образовано без участия живых организмов. Это магматические породы, вулканические газы, вода, атмосферные газы.
3. Биогенное вещество: Создано и переработано Живым Веществом. Сюда относятся ископаемые остатки (уголь, нефть, торф), а также осадочные породы, образованные из скелетов организмов (известняки, мел).
4. Биокосное вещество: Образовано в результате совместной деятельности живого и косного вещества, представляя собой динамические системы, где преобладают процессы ЖВ. Ярчайшими примерами являются почва, природные воды (где растворены биогенные ионы) и глинистые отложения.

Взаимодействие этих четырех типов вещества обеспечивает круговорот элементов и энергии, поддерживая стабильность глобальной экосистемы.

Физические и геохимические границы существования жизни

Границы Биосферы не являются жесткими линиями, а представляют собой области постепенного затухания активности жизни, обусловленные лимитирующими факторами (температура, давление, радиация, наличие воды).

Сфера	Граница	Фактор, Определяющий Границу
Атмосфера (Верхняя)	15–20 км	Озоновый слой (защита от УФ-излучения). Выше этой границы — экстремально низкие температуры, разреженный воздух и высокая радиация.
Гидросфера	Вся толща вод	Жизнь распространена повсеместно, достигая максимальных глубин океанов (до 11 км).
Литосфера (Нижняя)	Активная жизнь до 3–4 км	Граница активного Живого Вещества (анаэробные микроорганизмы) определяется повышением температуры и давления.
Геохимическое влияние	До 30 км	Вглубь земной коры прослеживаются породы, имеющие биогенное происхождение (например, известняки), что является границей геохимического влияния ЖВ.

Таким образом, хотя геохимический след жизни может проникать глубоко, основная масса жизни сосредоточена в так называемой «пленке жизни» — узкой зоне максимальной плотности.

Количественная оценка: Концентрация и биомасса

Несмотря на грандиозную геохимическую роль, Живое Вещество составляет лишь ничтожную долю от общей массы планеты. Современная, более точная оценка общей массы живого вещества (биомассы) на планете составляет около 550 миллиардов тонн в пересчете на углерод (550 × 10⁹ тонн C).

Критически важно отметить, что эта огромная масса сконцентрирована в чрезвычайно тонком слое:

• На суше: Основная биомасса сосредоточена в приповерхностном слое почвы и растительности (до 50–100 м).
• В океане: Жизнь наиболее активна в эвфотическом (освещенном) слое, не превышающем 10–20 м от поверхности.

В целом, более 90% всей биомассы планеты сосредоточено в этой тонкой «пленке жизни», что лишь усиливает геологический парадокс: колоссальное влияние на планетарные процессы оказывает вещество, сконцентрированное в минимальном объеме. Возникает вопрос: как такое малое количество вещества может управлять столь масштабными геохимическими циклами?

Геохимическая роль и биогеохимические функции Живого Вещества

Фундаментальное достижение Вернадского состояло в том, что он свел биологические процессы к биогеохимическим функциям, которые ЖВ выполняет в планетарном масштабе. Все эти функции подчиняются универсальному «Закону биогенной миграции атомов».

Закон биогенной миграции атомов и энергетическая функция

Закон биогенной миграции атомов гласит: Миграция химических элементов в биосфере осуществляется при непосредственном участии Живого Вещества или в среде, геохимические особенности которой обусловлены Живым Веществом.

Этот закон объясняет, почему все главные геохимические циклы (углерод, азот, кислород, фосфор) являются по своей природе биогеохимическими, то есть зависящими от активности живых организмов.

Энергетическая функция является первичной и основополагающей. Она заключается в следующем:

1. Аккумуляция энергии: Фотосинтезирующие организмы (автотрофы) улавливают лучистую энергию Солнца и преобразуют ее в энергию химических связей органического вещества.
2. Перераспределение энергии: Эта химическая энергия затем переходит по трофическим цепям через консументов и редуцентов, обеспечивая геохимическую работу (движение, размножение, миграцию).

Таким образом, Живое Вещество — это планетарный механизм, который превращает космическую энергию (Солнце) в геохимическую работу, обеспечивая миграцию атомов.

Газовая функция: Создание и поддержание газового состава атмосферы

Газовая функция ЖВ заключается в образовании, поглощении и поддержании постоянства газового состава атмосферы, гидросферы и литосферы. Примерами являются выделение кислорода, поглощение углекислого газа, образование азота и сероводорода.

Наиболее яркое проявление этой функции — фотосинтез, который не просто поддерживает жизнь, но и радикально изменил атмосферу Земли миллиарды лет назад, создав кислородную среду.

Количественная оценка Газовой функции:

Суммарная годовая первичная продукция (GPP) живого вещества Земли в результате фотосинтеза составляет около 120 миллиардов тонн углерода (120 × 10⁹ тонн C).

Используя соотношение в процессе фотосинтеза, можно рассчитать объем ежегодно образуемого кислорода ($\text{O}_{2}$):

C + H2O → CH2O + O2

При соотношении $\text{O}_{2}:\text{C} \approx 2,67$, ежегодное образование кислорода составляет:

Масса O2 ≈ 120 × 10⁹ тонн × 2,67 ≈ 320 × 10⁹ тонн O2

Этот колоссальный объем показывает, что Живое Вещество ежегодно перерабатывает сотни миллиардов тонн газов, что делает его решающим фактором в поддержании современного климата и состава атмосферы.

Концентрационная и окислительно-восстановительная функции

Концентрационная функция состоит в способности живых организмов избирательно извлекать и накапливать химические элементы из окружающей среды, часто в концентрациях, многократно превышающих их содержание в среде. И что из этого следует? Этот механизм является основой для формирования многих биогенных месторождений полезных ископаемых, таких как фосфориты и сера, и доказывает, что накопление элементов не является случайным, а подчиняется строгим биологическим закономерностям.

Для количественной оценки интенсивности этого процесса используется Коэффициент биологического поглощения (A_x), который представляет собой отношение содержания элемента в золе организма (l_x) к его содержанию в почве (n_x):

Aₓ = lₓ / nₓ

Живые организмы являются мощнейшими концентраторами. Например, морские водоросли накапливают йод, а диатомовые водоросли — кремний. Для элементов энергичного накопления (например, йода) этот коэффициент может достигать значений более 10³. Это означает, что концентрация элемента в живом организме в тысячи раз выше, чем в окружающей среде, что является прямым доказательством геохимической активности Живого Вещества.

Окислительно-восстановительная функция связана с изменением степени окисления химических элементов. Многие микроорганизмы (бактерии-редукторы и окислители) играют решающую роль в превращении минералов и элементов, обеспечивая их миграцию. Примерами являются:

• Восстановление сульфатов до сероводорода (анаэробные процессы).
• Окисление железа, марганца, серы.
• Фиксация атмосферного азота (восстановление N₂ до аммиака).

Эта функция определяет характер многих полезных ископаемых и геохимический состав почв и донных отложений.

Эволюция Биосферы в Ноосферу и концепция устойчивого развития

Концепция Ноосферы — логическое завершение учения Вернадского о Биосфере. Если Биосфера — это область, преобразованная жизнью, то Ноосфера (от греч. noos — разум) — это новое геологическое состояние, в которое объективно эволюционирует Биосфера под воздействием научной мысли и трудовой деятельности человека.

Ноосфера как новое геологическое состояние: Идеи Вернадского

По Вернадскому, переход Биосферы в Ноосферу является неизбежным и закономерным этапом эволюции. В этом новом состоянии человеческий разум и направляемая им научная деятельность становятся определяющим фактором развития планеты, способным управлять биогеохимическими циклами и предотвращать катастрофические последствия своего воздействия.

В Ноосфере Живое Вещество (включающее человека) не просто преобразует среду, но и делает это осознанно и целенаправленно. Это означает переход от стихийного, часто разрушительного, воздействия к гармоничному, управляемому развитию.

Условия становления Ноосферы и вызовы современности

Вернадский был идеалистом в научном смысле, полагая, что Ноосфера — это не утопия, а реальный путь выживания цивилизации, но только при выполнении ряда строгих условий. Эти условия служат критической проверкой текущего уровня развития человечества:

1. Единство человечества: Только объединенное человечество, действующее как единая геохимическая сила, способно управлять планетарными процессами.
2. Научное понимание законов жизни: Человек должен осознать законы Биосферы и действовать в соответствии с ними.
3. Открытие новых источников энергии: Необходим переход к экологически чистым и неограниченным источникам энергии, чтобы снизить антропогенное давление на природные циклы (отказ от ископаемого топлива).
4. Подъем благосостояния и исключение войн: Всеобщее благополучие и устранение вооруженных конфликтов — необходимые условия для концентрации ресурсов на планетарных проблемах.

Современные гл��бальные экологические проблемы (изменение климата, сокращение биоразнообразия, загрязнение) показывают, что человечество находится в процессе перехода, но еще не достигло Ноосферы. Многие его действия остаются стихийными и неразумными. Возможно ли, что технологический прогресс, не сбалансированный этическими и экологическими принципами, ведет нас не к Ноосфере, а к антропогенному кризису?

Именно поэтому концепция Ноосферы тесно связана с современной идеей устойчивого развития. Устойчивое развитие требует сбалансированного экономического роста, рационального использования ресурсов и экологического мышления, основанного на ноосферных принципах. Это призыв к переходу от эксплуатации природы к коэволюции — совместному и гармоничному развитию человеческого общества и Биосферы, а ведь только при этом условии мы сможем гарантировать выживание цивилизации.

Заключение

Учение В. И. Вернадского о Биосфере и Живом Веществе остается краеугольным камнем современной экологии и геохимии. Он не просто дал определение оболочке жизни, но и научно обосновал, что Живое Вещество — это мощнейший, измеримый и непрерывный фактор планетарного масштаба, который определяет химическое строение и энергетику Земли.

Проведенный анализ подтверждает, что геохимическая роль Живого Вещества, выраженная через его фундаментальные функции (газовая, концентрационная, энергетическая), имеет колоссальные количественные показатели (годовая продукция кислорода в сотни миллиардов тонн, многотысячные коэффициенты биологического поглощения).

Концепция Ноосферы, в свою очередь, является не просто философским видением, а методологическим требованием, которое ставит перед человечеством задачу осознанного управления планетарными процессами. В условиях глобального экологического кризиса, только принятие человеком ответственности за свое положение как «невиданной геохимической силы» и выполнение условий, сформулированных Вернадским, могут обеспечить устойчивое будущее на пути к гармоничному сосуществованию разума и природы.

Список использованной литературы

1. Хасанова Н.В., Скорик А.В. Шпаргалка по экологии: учеб. пособие. Москва: ТК Велби, 2005. 40 с.
2. Лебедева М.И. Экология: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. 80 с.
3. Маглыш С.С. Общая экология: учебное пособие. Гродно: ГрГУ, 2001. 111 с.
4. Основы общей экологии: учебник для студентов высших учебных заведений. Москва: Агар, 1999. 96 с.
5. Экология. Курс лекций / сост. А.И. Тихонов. Москва: Проспект, 2002. 89 с.
6. Учение В.И. Вернадского о биосфере: эволюция биосферы. URL: https://dgu.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
7. Основные положения учения академика В.И. Вернадского о живом веществе. URL: https://geokhi.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
8. Учение В.И. Вернадского о биосфере. URL: https://yspu.org/ (дата обращения: 23.10.2025).
9. Функции живого вещества. URL: https://adu.by/ (дата обращения: 23.10.2025).
10. Геохимическая роль и основные биогеохимические функции живого вещества. URL: https://kgau.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
11. Учение В.И. Вернадского о ноосфере как основа устойчивого развития. URL: https://elpub.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
12. Учение Вернадского о биосфере: теория и значение для науки. URL: https://cleanbin.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
13. Классификация биосферного вещества. Живое вещество биосферы. Функции живого вещества. URL: https://studfile.net/ (дата обращения: 23.10.2025).
14. Что такое биосфера: учение В. Вернадского. URL: https://work5.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
15. В.И. Вернадский о биосфере и человеке. URL: https://vacuum.org.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
16. Вернадский В. И. и его биосферология. Текст научной статьи. URL: https://cyberleninka.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
17. Концепция ноосферы Вернадского и проблемы коэволюции. URL: https://natural-sciences.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
18. Учение В.И. Вернадского о биосфере. URL: https://ecoportal.su/ (дата обращения: 23.10.2025).
19. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. URL: https://gromada-i-misto.org/ (дата обращения: 23.10.2025).
20. Компоненты биосферы. URL: https://adu.by/ (дата обращения: 23.10.2025).
21. Научные идеи В. И. Вернадского как основа для нового мировоззрения и устойчивого развития. URL: https://socionauki.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
22. Ноосфера Владимира Вернадского: концепция, изменившая понимание места человека во Вселенной. URL: https://maxpolyakov.com/ (дата обращения: 23.10.2025).
23. Ломакина О.А. Учение В.И. Вернадского о биосфере. URL: https://donntu.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).
24. Функции живого вещества — урок. Биология, 11 класс. URL: https://yaklass.ru/ (дата обращения: 23.10.2025).