L = 4 3,14 1,496 10
11
3
26
Оценка светимости звезды по формуле (3) основывалась на предположении, что Солнце светит одинаково во все стороны, а, следовательно, мощность солнечных лучей должна пронизывать каждый квадратный метр всей сферы радиуса r вокруг Солнца (Вавилов, 1982, с. 70–71; Бялко,1989, с. 97–98). Учитывая формулы (2) и (3), найдем выражение для определения солнечной постоянной для других планет, расположенных от светила на соответствующем расстоянии:
s
0
R 2σT4
2
Для нашей планеты показатель s0 = (3,83 10
26
20
2
2
Как следует из формулы (4), числитель сохраняет неизменное выражение, а переменной величиной, от которой зависит солнечная постоянная для других планет, является их расстояние до Солнца. Имеются данные, что на величину s
0
Можно определенно сказать, что нам «повезло» в том, что планета Земля заняла положение, которое в силу общеприродной закономерности (энергетический фактор) способствовало возникновению и дальнейшей эволюции биосферы на нашей Земле. Обратим внимание на состав атмосферы Венеры, Земли и Марса:
♦ углекислый газ на этих планетах составляет, соответственно, – 98, 0,03 и 95 %;
♦ азот – 1, 9, 79 и 2,7 %;
♦ кислород – следы, 21 и 0,13 %.
При отсутствии живых организмов на Земле углекислого газа было бы 98 %, азота 1,9 % и кислорода – следы.
Важным показателем является и температура поверхности этих планет:
♦ на Марсе она равна -53 С;
♦ на Венере – +477 С;
♦ на нашей планете – +15 С.
Ширина комфортной зоны, когда вода на нашей планете может существовать сразу в трех состояниях (жидкое, твердое и газообразное), составляет 0,06 расстояния Земли от Солнца. Граница полосы лежит в пределах 0,95 и 1,01 этого расстояния (Лосев, 1985, с. 44–45).
Если бы Земля сместилась на 5 % от комфортной зоны в направлении Венеры, то на планете начался бы смертоносный для биосферы разогрев утяжеляющейся углекислотой атмосферы. При ее смещении на 1 % ближе к Марсу она погрузится в вечную спячку под толстым слоем льда (Лосев, 1985, с. 44–45). Отметим, что Земля находится очень близко от роковой границы, за которой развитие климата на ней может пойти по вышеприведенным сценариям. Поэтому похолодания периодически дают о себе знать.
Глава 2
В. И. Вернадский о биосфере и «живом веществе»
2.1. Определение и понятие «живого вещества»
Как отмечалось выше, центральным звеном учения В. И. Вернадского о биосфере является понятие о живом веществе. Не является исключением из этого правила и человек, влияние которого на биосферу сравнимо в настоящее время с природными процессами. В отличие от других живых организмов воздействие людей на биосферу характеризуется:
♦ своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени;
♦ тем воздействием, какое их деятельность оказывает на остальное живое вещество.
Это создание многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных, которые в естественных, природных системах не способны к длительному существованию. Они полностью зависят от человека. Только некоторые из них, уходя от человека, способны к одичанию. Поэтому В. И. Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества, состоящего из всех живых организмов и находящихся в неразрывной связи, как работу единого целого.
В процессе становления живой материи у нее были выработаны отличительные особенности ее строения и функционирования, которым, по мнению В. И. Вернадского, не уделялось особого внимания в прошлом. Здесь, в первую очередь, имеется в виду следующее:
1) открытие Пастером факта преобладания оптически активных соединений, связанное с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
2) недооценка вклада живых организмов в энергетику биосферы и их влияния на неживые тела.
Вернадский подчеркивал:
«Биосфера не есть только так называемая область жизни. Это резко сказывается на ее веществе. Вещество ее состоит из семи глубоко разнообразных частей, геологически неслучайных» (цит. по: Тюрюканов, 1990, с. 30–31). Так, в состав биосферы входит живое вещество, разнообразные неживые тела, которые он называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), биогенное вещество, радиоактивное, рассеянные атомы и вещество космического происхождения. Также здесь присутствуют и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но по эффекту преобразования вещества и энергии, взятому в масштабе геологического времени, она огромна. Практически в биосфере все атомы подавляющего числа элементов периодической системы Менделеева прошли в своей истории через состояние живого вещества. Вот почему, создав биосферу, живое вещество так преобразило лик Земли, что имеются все основания говорить об уникальности нашей планеты среди других планет Солнечной системы, а то и большей части планет нашей Галактики.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках ее целостной системы. Поэтому не случайно В. И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Согласно имеющимся оценкам (в разных источниках отличия небольшие) биомасса единовременно живущих организмов на Земле составляет 2,423 10
12
12
12
12
Как уже отмечалось, огромное влияние на существование биосферы и происходящие в ней биогеохимические процессы оказывает астрономическое положение нашей планеты. Удачное ее расположение по отношению к Солнцу, наклон земной оси к плоскости орбиты (66 33'), устойчивое вращательное движение вокруг оси создали тем самым день и ночь, что явилось основным условием появления на Земле умеренного климата и биосферы. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Светило дисциплинирует движение планет, а его активность порождает 11-летние и более длительные циклические колебания земных процессов.
В чем же отличие живого вещества от косного?
1. Изменения и процессы в живом веществе происходят с большей скоростью, чем в косных телах. Следовательно, для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени.
2. В ходе геологического времени на планете постоянно происходил процесс смены старых и появления новых видов живых организмов, которые вносили свой вклад в становление современной биосферы.
В конце кембрия на Земле исчезло 52 % таксонов, в конце девона – 30 %, в конце перми – 50 %, в конце триаса – 35 % и в конце мела – 26 %. Согласно научным публикациям (Галанин, 2001, с. 20), катастрофические изменения в биосфере Земли (резкое уменьшение ее биоразнообразия) происходили примерно на границе галактических годов (галактический год равен приблизительно 250 млн лет). Это – 650,435, 220 и 50 млн лет назад. В другие годы также регистрировалось вымирание видов, но меньшее по масштабу.
Крупные новые таксоны возникают на базе ароморфозов. Механизм вымирания многих видов состоит в том, что «…в эпохи катастроф в живом мире происходят ароморфозы, а в спокойные эпохи – идиоадаптации. В результате идиоадаптаций на Земле появляется большое количество видов, жестко приспособленных к узким экологическим нишам. Именно такие виды быстро вымирают» (Галанин, 2001, с. 51). В геологическом времени они представляются короткосуществующими видами.