Моё сообщение посвящено жизни и научной деятельности Владимира Ивановича Вернадского. Это великий учёный, естествоиспытатель, который жил на рубеже 19 и 20 веков. Его вклад в науку огромен и разнообразен.
Он работал в области разных наук и совершал в них открытия.
Начало жизни и научной деятельности
Жизнь учёного была долгой и насыщенной. Он родился в 1863 году на Украине в образованной и талантливой семье. Его троюродный брат - прозаик Владимир Короленко, который написал «Дети подземелья», «Слепой музыкант» и другие известные произведения. Папа Вернадского был профессором.
Сначала семья переехала в Петербург, но там оставалась недолго и отправилась в Харьков, где прожила несколько лет. Затем опять в Петербург, где Владимир Иванович окончил гимназию и поступил в университет. Здесь он изучал естественные науки, а его учителями были известнейшие люди, в том числе .
Окончив университет, Вернадский занимался геологией и минералогией, а потом преподавал эти науки в Московском университете. Однако, когда нескольких профессоров уволили по политическим обвинениям, Вернадский тоже ушёл из университета.
Изучение радиоактивных веществ
Великий естествоиспытатель заинтересовался радиоактивными веществами; этой работе он посвятил многие годы своей жизни, ездил в экспедиции, стремился создать на Урале Исследовательские станции.
Свою работу Вернадский продолжил и после революции 1917 года. Он уехал преподавать на Украину: сначала в Киев, затем в Симферополь, где некоторое время был ректором университета. Но потом Владимир Иванович вернулся в Петербург и продолжил активную научную деятельность и исследования радиоактивных веществ.
Ему удалось организовать экспедицию к месту падения Тунгусского метеорита. Под руководством В.И. Вернадского и В.Г. Хлопина был создан завод в Татарстане, на котором впервые удалось получить высокообогащенный радий.
Учение о ноосфере
Деятельность Владимира Ивановича не сводилась только к исследованию урана и радия. Ему принадлежит создание учения о ноосфере. Учёный считал, что ноосфера придет на смену биосфере. В биосфере он насчитывал 7 видов веществ: живое, биогенное, то есть возникшее из живого, и так далее, вплоть до рассеянных атомов и веществ космического происхождения. Он считал, что живое вечно, а человек в процессе эволюции станет самым главным из живого. Всё больше людей станет изучать науки, народ придет к власти, будет создана информационная космическая сеть, а атомная энергия даст людям возможность изменить биосферу. Тогда биосфера (пространство жизни) перейдет в ноосферу (пространство разума). Ученый смотрел в будущее с оптимизмом и верой в человеческий разум.
Последние годы жизни ученого
Во время Великой Отечественной войны уже совсем старенький, восьмидесятилетний, он был эвакуирован в Казахстан. Здесь умерла его жена, с которой он прожил 56 лет. Вернадский пережил её всего на один год и умер в январе 1945 года от инсульта. У него были сын и дочь, которые жили за границей.
Вклад ученого в науку
Самыми большими вкладами Вернадского в науку считаются исследования в области геологии, минералогии, создание науки биогеохимии и учения о ноосфере.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
В Санкт-Петербурге в семье профессора-экономиста.
В 1868 году семья Вернадских переехала в Харьков. В 1873 году Владимир Вернадский поступил в Харьковскую гимназию. В 1876 году Вернадские возвратились в Санкт-Петербург. С третьего класса Вернадский учился в Петербургской классической гимназии. В 1881 году, после окончания гимназии, Владимир Вернадский поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета.
Среди его учителей были создатель периодической системы элементов Дмитрий Менделеев, основоположник почвоведения Василий Докучаев. По окончании университета в 1885 году Вернадский остался в университете для ведения научной работы, был хранителем минералогического кабинета.
Наряду с научной работой Вернадский принимал участие в общественной жизни . Он работал в студенческом научно-литературном обществе, был председателем объединенного Петербургского землячества, а также принимал участие в кружке по изучению литературы для народа.
В 1888 году Вернадский был командирован в Европу, стажировался в Мюнхене (Германия) у кристаллографа Пауля Грота и в Париже (Франция) у Анри Луи Ле Шателье в Парижской горной школе Фердинанда Фуке в Коллеж де Франс.
С 1890 года по 1911 год Вернадский в качестве приват-доцента, а затем профессора преподавал минералогию и кристаллографию в Московском университете. В 1891 году Владимир Вернадский защитил магистерскую диссертацию ("О группе силлиманита и роли глинозема в силикатах").
Ученый много ездил по Центральной и Восточной Европе и России, проводя геологические изыскания. В 1897 году он защитил докторскую диссертацию ("Явления скольжения кристаллического вещества"). В 1905 году был избран помощником ректора Московского университета.
В методе преподавания минералогии Вернадский был новатором. Ученый подчеркивал, как важно изучать минералы в их совместном нахождении, то есть в "парагенезисе". Новый взгляд Вернадский внес и в теорию об изоморфизме.
В 1905 году профессор Вернадский стал одним из руководителей кадетской (конституционно-демократической) партии, сплотившей либерально настроенную интеллигенцию.
4 марта 1906 года Владимир Вернадский был избран адъюнктом Петербургской Академии наук по Физико-математическому отделению, по специальности "минералогия". А 5 апреля 1908 года — экстраординарным академиком.
С 1906 года Вернадский был заведующим Минералогическим музеем Петербургской Академии наук. Жил попеременно в Санкт-Петербурге и Москве. В конце XIX — начале XX века сложилась научная школа Вернадского в области геологии и минералогии.
Осознав значение радиоактивных веществ как источника энергии и, возможно, средства создания новых химических элементов, Вернадский активно принялся за практическую работу по картированию месторождений радиоактивных минералов и сбору образцов. В 1909 году стараниями Вернадского была учреждена Радиевая комиссия. В следующем году в поисках месторождений радиоактивных веществ ученый побывал в Закавказье, Забайкалье, в Фергане, на Урале. В Петербурге была организована первая геохимическая лаборатория, позже при ней было образовано специальное радиологическое отделение во главе с Львом Коловрат-Червинским.
В начале 1911 года в знак протеста против полицейского произвола из Московского университета ушли 21 профессор и более 100 преподавателей, включая и Владимира Вернадского. После двадцатилетнего периода преподавания в Московском университете Вернадский переехал в Санкт-Петербург, а 12 марта 1912 года был избран ординарным академиком Петербургской Академии наук. В 1914 году Вернадский стал директором Геологического и Минералогического музея Академии наук в Петербурге.
После февральской революции 1917 года Вернадский — председатель Ученого комитета Министерства земледелия и товарищ министра народного просвещения во Временном правительстве. После октябрьской революции 1917 года — занимался исключительно научной деятельностью. В мае 1918 года Вернадский уехал на Украину, где начал работу по организации Украинской Академии Наук. 27 ноября 1918 года прошло первое Общее собрание академиков, где единодушно президентом был избран Владимир Вернадский.
В декабре 1921 года Вернадский получил предложение от ректора Парижского университета прочитать курс геохимии в Париже. Ученый дал согласие и выехал за границу 1 июня 1922 года, пробыв в Париже и Праге (Чехия) до 1926 года. В это время он читал лекции в Сорбонне, выпустил на французском языке книгу "Геохимия" (на русском языке книга вышла в 1927 под названием "Очерки геохимии"). Работал в лаборатории Марии Склодовской-Кюри. Получив грант от фонда Розенталя, подготовил отчет "Живое вещество в биосфере" и статью "Автотрофность человечеств".
В марте 1926 года Вернадский вернулся в Ленинград (ныне Санкт-Петербург). Ученый выступил с инициативой восстановления Комиссии по истории знаний, вновь стал директором Радиевого института и главой Комиссии по естественным производительным силам (КЕПС). При КЕПСе Вернадским был организован Отдел живого вещества, а затем в 1928 году Биогеохимическая лаборатория (БИОГЕЛ).
С 1927 года Вернадский часто выезжал за границу, в Германию, Францию, Нидерланды и другие страны, читая лекции и работая в научных центрах. Росло международное признание Вернадского, его статьи стали появляться во многих европейских научных журналах. Вернадского избрали членом Парижской академии наук по минералогии.
В конце 1930-х годов Вернадский возглавлял Комитет по метеоритам и космической пыли, Комиссию по изотопам, участвовал в работе Международного комитета по геологическому времени. В июне 1940 года ученый инициировал создание Комиссии по урану. В этом же году вышли в свет "Биогеохимические очерки" (работа "Научная мысль как планетное явление" была положена в стол и вышла в свет с купюрами только в 1977 году).
После начала Великой Отечественной войны в июле 1941года началась эвакуация Академии наук, Вернадский с семьей выехал в Казахстан в поселок Боровое Акмолинской области. Здесь в течение двух лет Владимир Вернадский работал над своим самым большим, обобщающим трудом "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения". В 1943 году Вернадский вернулся в Москву, а в 1944 году вышло в свет его последнее произведение "Несколько слов о ноосфере".
6 января 1945 года Владимир Вернадский скончался. Был похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Всего Вернадским было опубликовано более 700 научных трудов. Владимир Вернадский награжден Орденом Трудового Красного Знамени, являлся лауреатом Сталинской премии 1-й степени (1943 год) за выдающиеся работы по минералогии и геохимии. Половину этой премии он пожертвовал на нужды Красной Армии.
В сентябре 2005 года в селе Вернадовка Пичаевского района Тамбовской области состоялось торжественное великого русского ученого.
1 февраля 2013 года Банк России выпустил в обращение памятную серебряную монету , посвященную 150-летию со дня рождения Владимира Вернадского, в серии "Выдающиеся личности России".
Вернадский был женат на Наталии Егоровне Старицкой (1862-1943), с которой прожил более 56 лет. В их семье было двое детей: сын Георгий (1887-1973), известный исследователь русской истории, дочь Нина Вернадская-Толль (1898-1985), врач-психиатр. Оба скончались в эмиграции, в США.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
12 марта 1863 года родился Владимир Вернадский. Гениальный ученый-универсал, геолог, космист, мистик, музыкант и отец советской ядерной программы.
Проклятие Вернадских
Дед Владимира Вернадского Василий служил в армии Суворова. Причем был там не штатным солдатом, а военным лекарем. За свою службу он пережил немало. В знаменитом Итальянском походе Василий попал в плен, но и там сумел проявить стойкость духа. Следуя клятве Гиппократа, он лечил как своих, так и чужих. За такое поведение Вернадскому был вручен орден Почетного легиона. В плену ему пришлось пробыть пять лет. Когда он вернулся, то женился на украинской дворянке Екатерине Короленко. У них стали появляться дети, но все либо умирали в младенчестве, либо погибали при трагических обстоятельствах. Василий знал, что на нем лежит отцовское проклятие из-за того, что он не захотел становиться священником и пошел в лекари. Своего следующего сына Василий и Екатерина назвали Иваном, в честь деда. Так появился на свет отец Владимира Вернадского Иван, русский экономист и видный политолог. В его доме собирались писатели, поэты, народовольцы и вольнодумцы. Владимир Вернадский рос в постоянной атмосфере интеллектуального и идейного насыщения. "Проклятие дома Вернадских" было снято - дети Владимира Вернадского стали известными и уважаемыми людьми.
Надо сказать, что Владимир Вернадский не планировал ограничиваться наукой. Например, в царские времена он активно занимался политикой и был одним из столпов российского либерализма.
Он оставался членом ЦК на протяжении всей ее истории до 1918 года. Когда кадеты победили на выборах в 1 Государственную думу, Вернадский был направлен в Государственный Совет. В 1917 году он был приглашен занять должность вначале делового эксперта, а затем товарища (помощника) министра народного просвещения. Октябрьский переворот прервал его государственную деятельность на самом взлете, когда он строил широкие планы развития образования в стране. На этом фактически закончилась его активная политическая жизнь. В 1924 году он записал в дневнике: "Но я никогда не мог уйти всецело в общественную и политическую жизнь, так как для меня главными была научная мысль и искания". Но с удвоенной энергией продолжалась его научно-организационная работа.
Когда читаешь биографию Вернадского, то перед глаза вырастает фигура исполина-ученого, который, кажется, изучал все на свете. Этакая реинкарнация Ломоносова. Знаменитый минеролог, исследователь земной коры, "отец" советской ядерной программы. Вернадский был одним из первых людей, кто обратил внимание на евгенику, занимался геологией, биохимией, геохимией, метеоритикой. и многим другим. Но, пожалуй, главный его вклад - это описание законов биосферы Земли и ноосферы как составной ее части. Тут уж научная прозорливость российского ученого просто уникальна.
Отношения Вернадского с церковью нельзя назвать простыми. Ученый был агностиком и серьезно увлекался эзотерикой. "Я по природе мистик, - писал он, - я интересовался религиозно-теологическими построениями, спиритизмом... чувствовал вокруг себя присутствие сущностей, не улавливаемых теми органами чувств, которые дают пищу логическому мышлению...". По отношению к христианству Вернадский был почти ересиархом: "Пора избавиться от узкого христианского деления на дух и тело. Настоящая душевная жизнь, настоящая идейная сторона жизни состоит именно в использовании лучших сторон и тела, и духа". Из всех "посмертных концепций" с наибольшим пиететом относился к восточным представлениях о метапсихозе, переселении душ. При этом Вернадский оставался агностиком и заявлял, что в вопросах жизни и смерти "путь решения не может привести к удовлетворению".
Весной 1920 года Вернадский серьезно болел тифом. Тогда он увидел своё будущее: "В мыслях и образах, мне пришлось коснуться многих глубочайших вопросов жизни и пережить как бы картину моей будущей жизни до смерти <...> а умру я между 80-82 годами <...> Я ясно стал осознавать, что мне суждено сказать человечеству новое в том учении о живом веществе, которое я создаю, и что это есть мое призвание, моя обязанность, наложенная на меня".
Власть ученым
Вернадский был не только агностиком, но и идеалистом. Он верил в то, что развитие человечества приведет к тому, что у власти будут находиться ученые. По Вернадскому, это будет "диктатура разума". Неудивительно, что у Вернадского в 30-е годы рождались такие проекты: страна переживала индустриализацию, сам ученый имел возможность общаться с лучшими умами своего времени.
В мировой политике Вернадский не видел идеального строя, ему был равноценно чужд и капитализм, и большевизм. Ученый говорил: "Царство моих идей впереди - впереди время науки, царство крупных диктаторов ученых".
Ноосфера
Главным научным вкладом Владимира Вернадского является разработанное им учение он ноосфере. Ученый обладал серьезным багажом знаний по многим наукам. Он работал по 12 часов сутки и пришел к выводу, что человек - есть венец эволюции биосферы. Главной особенностью человека Вернадский считал разум, который также имеет материальную природу, а синергия разума способна порождать и изменять ноосферу - сферу разума.
Ученый отдельно предупреждал, что невозможно и преступно влиять на биосферу без учета её собственных законов. По Вернадскому, компонентами ноосферы являются литосфера, атмосфера, гидросфера и органический мир. Они преобразуются разумной деятельностью человека, влияют на ноосферу и космическое пространство.
Под сенью Молотова
Владимир Вернадский был одним из немногих русских ученых XX века, кого не коснулась политическая опала. Все дело в том, что политическим покровителем Вернадского был Вячеслав Молотов. Вернадский сознательно шел на сближение с Молотовым. Из всех большевиков, к общей массе которых он относился достаточно презрительно, он выделял двух: Сталина и Молотова. Вернадский пользовался своими привилегиями: ему присылали зарубежные журналы Nature и Science, любую зарубежную литературу. В Америке у Вернадского жил сын: переписка с ним не перлюстрировалась в порядке исключения. Именно в переписке с сыном Вернадский получил вырезку статьи из The New York Times "Наука открыла огромный источник атомной энергии". На полях сын приписал: "Папа, не опоздайте". Так СССР узнал об американских атомных разработках.
Живое вещество – основа биосферы (хотя и составляет крайне незначительную её часть). В живых организмах на несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. Вернадский в связи с этим назвал живое вещество чрезвычайно активизированной материей. К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести следующие: 1). Способность быстро занимать всё свободное пространство. Вернадский назвал это всюдностью жизни. 2). Движение не только пассивное, но и активное. 3). Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, сохраняя при этом высокую физико-химическую активность. 4). Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям. 5). Высокая скорость протекания реакций. 6). Высокая скорость обновления живого вещества. Все свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нём больших запасов энергии.
Вернадский выделил очаги наибольшей концентрации жизни, назвав их плёнками и сгущениями живого вещества. Под плёнками живого вещества понимается его повышенное количество на больших пространствах. В океане выделяют 2 плёнки: поверхностную (планктонную) и донную (бентосную). Мощность поверхностной плёнки обусловливается слоем воды, в котором возможен фотосинтез. Донная плёнка образована в основном гетеротрофными экосистемами, и поэтому её продукция представлена вторичной, а количество её зависит от поступления органического вещества с поверхностной плёнки.
В наземных экосистемах также выделяют 2 плёнки живого вещества: приземную , заключённую между поверхностью почвы и верхней границей растительного покрова и почвенную , наиболее насыщенную жизнью.
В океане выделяют следующие сгущения жизни: 1). Прибрежные : располагаются на контакте водной и наземно-воздушной среды. Особенно высокопродуктивны экосистемы эстуариев. 2). Коралловые рифы . 3). Саргассовые сгущения . 4). Апвеллинговые : приурочены к районам океана, где имеет место восходящее движение водных масс от дна к поверхности. Они несут много донных отложений и в результате активного перемешивания хорошо обеспечены О 2 . 5). Рифтовые глубоководные сгущения : высокая продуктивность здесь обязана благоприятным температурным условиям.
40. Назовите основные тезисы В.И. Вернадского о планетарной геохимической роли живого вещества. Что такое биоэкологические константы? Каковы масштабы и эффективность средообразующей функции жизни? В чем заключается гипотеза Геи?
Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и, в конечном счете, представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.
Всю совокупность организмов на планете В. И Вернадский назвал живым веществом , рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.
Косное вещество , по В. И Вернадскому, это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.
Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.
Особой категорией являетсябиокосное вещество . Оно создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других. Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты – это почва, кора, выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества.
Биосфера, таким образом, это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.
Совокупность живых организмов – биота биосферы обладает мощной средообразующей функцией. Ее работа направлена на обеспечение условий жизни всех ее членов. Она слагается из газовой, концентрационной, окислительно-восстановительной, биохимической и информационной функций живого вещества
(К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести: 1). Способность быстро занимать всё свободное пространство. Вернадский назвал это всюдностью жизни. 2). Движение не только пассивное, но и активное. 3). Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, сохраняя при этом высокую физико-химическую активность. 4). Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям. 5). Высокая скорость протекания реакций. 6). Высокая скорость обновления живого вещества. Все свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нём больших запасов энергии )
Гипотеза Геи: организмы, особенно микроорганизмы вместе с физической средой, образуют сложную систему регуляции, поддерживающую на Земле условия, благоприятные для жизни. Организмы постоянно изменяют физическую и химическую природу инертных веществ, отдавая в среду новые соединения и источники энергии. Пример – коралловый атолл. Из простого сырья, предоставляемого морем, кораллы и растения строят целые острова. Организмы контролируют даже состав атмосферы. Это распространение биологического контроля на глобальный уровень стало основой гипотезы Геи: состав атмосферы Земли с высоким содержанием кислорода и низким содержанием двуокиси углерода, а также умеренные температурные условия и условия кислотности на поверхности Земли определялись буферной активностью ранних форм жизни. Она продолжалась координированной активностью растений и микроорганизмов, сглаживающей колебания физических факторов, которые проявились бы в отсутствие хорошо организованных живых систем. Организмы играли основную роль в развитии и регуляции геохимической среды, благоприятной для них.
Закон константности количества живого вещества В. И. Вернадского; количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Этот закон практически есть количественное следствие закона внутреннего динамического равновесия для масштаба глобальной экосистемы биосферы. Понятно, что поскольку живое вещество, согласно закону биогенной миграции атомов, есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики. Закон физико-химического единства живого вещества исключает слишком значительные перемены в последнем свойстве. Значит, для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна и для числа видов - см. правило константности числа видов.
Как аккумулятор солнечной энергии, живое вещество должно одновременно реагировать как на внешние (космические) воздействия, так и на внутренние изменения. Увеличение или снижение количества живого вещества в одном месте биосферы должно приводить к синхронному процессу с обратным знаком в другом регионе в силу того, что освободившиеся биогены могут быть ассимилированы остальной частью живого или будет наблюдаться их недостаток. Однако следует учитывать скорость процесса, в случае антропогенного изменения намного более низкую, чем прямое нарушение природы человеком. Кроме того, не всегда происходит адекватная замена. Она идет согласно правилу (принципу) экологического дублирования, т. е. с уменьшением размеров особей и обычно с увеличением их эволюционной примитивности. Снижение же размеров особей, участвующих в энергетических процессах, вводит в действие большую группу термодинамических закономерностей из всех групп приведенных выше обобщений. Меняется вся структура живого вещества и его качество, что в конечном итоге не может идти на пользу человеку - одному из участников процесса жизни.
Первым и самым всеобъемлющим выводом изучения о биосфере, который сделал В.И. Вернадский, был: «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом», иными словами, - это принцип целостности биосферы. В.И. Вернадский писал: «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма» .
Это означает, что Земля - не просто сложение отдельных составных частей, а действующий согласованный «механизм». Что же говорит в пользу этого вывода? Это узкие пределы существования жизни: физические постоянные, уровни радиации и т. п. Физические постоянные, например, константа всемирного тяготения, определяющая размеры звезд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакции в этих звездах. Если она будет несколько меньше, то звезды не будут иметь температуры, необходимой для осуществления в их недрах термоядерного синтеза; если же температура будет несколько выше, то звезды превзойдут некую «критическую массу» и обратятся в черные дыры.
Константа сильного взаимодействия определяет величину ядерного заряда в звездах. Если ее изменить, то цепочки ядерных реакций не смогут привести («дойти») к образованию азота и углерода.
Постоянная электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных оболочек и прочность химических связей - ее изменение делает Вселенную мертвой, что находится в соответствии с «антропным» принципом, по которому при создании моделей развития мира следует учитывать реальность существования человека.
Очень важной глобальной константой является соленость Мирового океана. При условии, что вода - это «всемирный» растворитель, соленость морской воды в среднем 35 % остается постоянной многие миллионы лет. Экологическая значимость этого факта до конца еще не определена (?!).
Дальнейшими исследованиями было подтверждено, что с экологической точки зрения живой мир - это единая система, пронизанная взаимообусловленными связями, в виде трофических цепей
Одним из выдающихся естествоиспытателей, посвятивших себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик Владимир Иванович Вернадский (1864-1945). Он является основоположником научного направления, названного им биогеохимией , которое легло в основу современного учения о биосфере.
Исследования В.И. Вернадского привели к осознанию роли жизни и живого вещества в геологических процессах. Облик Земли, ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты — все это результат жизнедеятельности живых организмов. Особую роль в становлении лика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубинах истории.
Будучи выдающимся теоретиком, В.И. Вернадский стоял у истоков таких новых и общепризнанных ныне наук, как радиогеология, биогеохимия, учение о биосфере и ноосфере, науковедение.
В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал книгу «Биосфера», которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека. Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты: «Биосфера — организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». Ученый установил, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.
В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера является результатом геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой — результат жизнедеятельности. Специфика современной биосферы — это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс — ми фация химических элементов в биосфере. Эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.
В.И. Вернадский отмечал, что пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. На развитие жизни, а следовательно, на границы биосферы оказывают влияние многие факторы, и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни также слишком высокие или низкие температуры, элементы минерального питания. К ограничивающим факторам можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.
Согласно представлениям Вернадского, биосфера состоит из нескольких разнородных компонентов. Главный и основной — это живое вещество, совокупность всех живых организмов, населяющих Землю. В процессе жизнедеятельности живые организмы взаимодействуют с неживым (абиогенным) - косным веществом. Такое вещество образуется в результате процессов, в которых живые организмы не принимают участия, например, изверженные горные породы. Следующий компонент - биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняк, мел, лесная подстилка, почвенный гумус и т.д.). Еше одно составляющее биосферы - биокосное вещество — результат совместной деятельности живых организмов (вода, почва, кора выветривания, осадочные породы, глинистые материалы) и косных (абиогенных) процессов.
Косное вещество резко преобладает по массе и объему. Живое вещество по массе составляет ничтожную часть нашей планеты: примерно 0,25 % биосферы. Причем «масса живого вещества остается в основном постоянной и определяется лучистой солнечной энергией заселения планеты». В настоящее время этот вывод Вернадского называется законом константности.
В.И. Вернадский сформулировал пять постулатов, относящихся к функции биосферы.
Первый постулат: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Другими словами, первобытная биосфера изначально отличалась богатым функциональным разнообразием.
Второй постулат: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».
Третий постулат: «В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». То есть первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований. Морфологические изменения «совокупностей» не отражались на «химических функциях» этих компонентов.
Четвертый постулат: «Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... — миграцию химических элементов в биосфере», поэтому «на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».
Пятый постулат: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».
Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения.
Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере (1863-1945)
К понятию «» (без самого термина) еще в начале XIX в. подошел Ламарк. Позднее (1863 г.) французский исследователь Реют применил термин «биосфера» для обозначения области распространения жизни на земной поверхности. В 1875 г. австрийский геолог Зюсс назвал биосферой особую оболочку Земли, включающую совокупность всех организмов, противопоставив ее другим
земным оболочкам. Начиная с работ Зюсса, биосфера трактуется как совокупность населяющих Землю организмов.
Законченное учение о биосфере было создано нашим соотечественником академиком Владимиром Ивановичем Вернадским . Основные идеи В. И. Вернадского в учении о биосфере сложились в начале XX в. Он излагал их в лекциях в Париже. В 1926 г. его идеи о биосфере были сформулированы в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков: «Биосфера и космос» и «Область жизни». Позднее эти же идеи были развиты в большой монографии «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения», которая, к сожалению, была опубликована только через 20 лет после его смерти.
Прежде всего В.И. Вернадский определил пространство, которое охватывает биосфера
Земли, — вся гидросфера до максимальных глубин океанов, верхняя часть литосферы материков до глубины около 3 км и нижняя часть атмосферы до верхней границы тропосферы. Он ввел в науку интегральное понятие живое вещество и стал называть биосферой область существования на Земле «живого вещества»,
представляющего собой сложную совокупность микроорганизмов, водорослей, грибов, растений и животных. По существу, речь идет о единой термодинамической оболочке (пространстве), в которой сосредоточена жизнь и
осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды (пленка жизни). Он показал, что биосфера отличается от других сфер Земли тем, что внутри нее происходит геологическая деятельность всех живых организмов. Живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мошной силой, влияющей на геологические процессы.
Специфическая черта биосферы как особой оболочки Земли — непрерывно происходящий в ней кругооборот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. По мнению В.И. Вернадского, в прошлом явно недооценивали вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Хотя живое вещество по объему и массе составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Занимаясь созданной им наукой биохимией , изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В.И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Он сформулировал три важных биогеохимических принципа:
- Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к своему максимальному проявлению. Этот принцип в наши человеком дни нарушен.
- Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, происходит в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.
- Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца. Вследствие нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.
Перечисленные геохимические принципы соотносятся со следующими важными выводами В.И. Вернадского: каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой; жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете.
Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и, в первую очередь, ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат Земли, а последний, в свою очередь, — жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на Земле.
Живое вещество планеты Земля
Главная идея В.И. Вернадского заключается в том, что высшая фаза развития материи на Земле — жизнь — определяет и подчиняет себе другие планетарные процессы. По этому поводу он писал, что можно без преувеличения утверждать, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами.
Если равномерно распределить все живые организмы на поверхности Земли, то они образуют пленку толщиной 5 мм. Несмотря на это, роль живого вещества в истории Земли не меньше роли геологических процессов. Вся масса живого вещества, которое было на Земле, например, в течение 1 млрд лет, уже превышает массу земной коры.
Количественной характеристикой живого вещества является суммарное количество биомассы. В.И. Вернадский, проведя анализы и расчеты, пришел к выводу, что количество биомассы составляет от 1000 до 10 ООО трлн т. Оказалось также, что поверхность Земли составляет несколько меньше 0,0001 % поверхности Солнца, но зеленая площадь ее трансформационного аппарата, т.е. поверхность листьев деревьев, стеблей трав и зеленых водорослей, дает числа совершенно иного порядка — в различные периоды года она колеблется от 0,86 до 4,20% поверхности Солнца, чем и объясняется большая суммарная энергия биосферы. В последние годы аналогичные подсчеты с применением новейшей аппаратуры провел красноярский биофизик И. Гительзон и подтвердил порядок цифр, более полувека назад определенный В.И. Вернадским.
Значительное место в работах В.И. Вернадского по биосфере отведено зеленому живому веществу растений, поскольку только оно автотрофно и способно аккумулировать лучистую энергию Солнца, образуя с ее помощью первичные органические соединения.
Значительная часть энергии живого вещества идет на образование в биосфере новых вадозных (неизвестных вне ее) минералов, а часть захороняется в виде органического вещества, образуя, в конечном счете, залежи бурого и каменного угля, горючих сланцев, нефти и газа. «Мы имеем здесь дело, — писал В.И. Вернадский, — с новым процессом, с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли. Этим путем живое вещество меняет биосферу и земную кору. Оно непрерывно оставляет в ней часть прошедших через него химических элементов, создавая огромные толщи неведомых, помимо него, вадозных минералов или пронизывая тончайшей пылыо своих остатков косную материю биосферы».
По мнению ученого, земная кора представляет собой в основном остатки былых биосфер. Даже гранитно-гнейсовый ее слой образовался в результате метаморфизма и переплавления пород, возникших когда-то под воздействием живого вещества. Только базальты и другие основные магматические породы он считал глубинными и по своему генезису не связанными с биосферой.
В учении о биосфере понятие «живое вещество» является основополагающим. Живые организмы превращают космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Своим дыханием, питанием, метаболизмом, смертью и разложением, длящимся сотни миллионов лет, непрерывной сменой поколений они порождают существующий только в биосфере грандиознейший планетарный процесс — миграцию химических элементов.
Живое вещество, согласно теории В. И. Вернадского, — биогеохимический фактор планетарного масштаба, под воздействием которого преобразуется как окружающая абиотическая среда, так и сами живые организмы. Во всем пространстве биосферы происходит порожденное жизнью непрестанное перемещение молекул. Жизнь решающим образом воздействует на распределение, миграцию и рассеяние химических элементов, определяя судьбу азота, калия, кальция, кислорода, магния, стронция, углерода, фосфора, серы и других элементов.
Эпохи развития жизни: протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой отражают не только формы жизни на Земле, но и ее геологическую летопись, ее планетарную судьбу.
В учение о биосфере органическое вещество наряду с энергией радиоактивного распада рассматривается как носитель свободной энергии. Жизнь же рассматривается не как механическая сумма индивидуумов или видов, а как по сути — единый процесс, охватывающий все вещество верхнего слоя планеты.
Живое вещество изменялось в течение всех геологических эпох и периодов. Следовательно, как отмечал В.И. Вернадский, современное живое вещество генетически связано с живым веществом всех прошлых геологических эпох. В то же время в рамках значительных геологических отрезков времени количество живого вещества не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована ученым как константное количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода).
Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции: газовую — поглощает и выделяет газы; окислительно-восстановительную — окисляет, например, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов; концентрационную — организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний. В результате выполнения этих функций живое вещество биосферы из минеральной основы создает природные воды и почвы, оно создало в прошлом и поддерживает в состоянии равновесия атмосферу.
При участии живого вещества идет процесс выветривания, и горные породы включаются в геохимические процессы.
Газовая и окислительно-восстановительная функции живого вещества тесно связаны с процессами фотосинтеза и дыхания. В результате биосинтеза органических веществ автотрофными организмами было извлечено из древней атмосферы огромное количество углекислого газа. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменился газовый состав атмосферы — уменьшилось содержание углекислого газа, и увеличилась концентрация кислорода. Весь кислород атмосферы образован в результате процессов жизнедеятельности автотрофных организмов. Живое вещество качественно изменило газовый состав атмосферы — геологической оболочки Земли. В свою очередь, кислород используется организмами для процесса дыхания, в результате чего в атмосферу вновь поступает углекислый газ.
Таким образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет атмосферу нашей планеты. Увеличение концентрации кислорода в атмосфере планеты повлияло на скорость и интенсивность окислительно-восстановительных реакций в литосфере.
Многие микроорганизмы непосредственно участвуют в окислении железа, что приводит к образованию осадочных железных руд, или к восстановлению сульфатов с образованием биогенных месторождений серы. Несмотря на то, что в состав живых организмов входят те же химические элементы, соединения которых образуют атмосферу, гидросферу и литосферу, организмы не повторяют полностью химический состав среды.
Живое вещество, активно выполняя концентрационную функцию, выбирает из среды обитания те химические элементы и в таком количестве, которое ему необходимо. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы, например, залежи мела и известняка.
В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется кругооборот химических элементов. Таким образом, живое вещество биосферы, выполняя геохимические функции, создает и поддерживает равновесие биосферы.
Эмпирические обобщения В.И. Вернадского
Первым выводом из учения о биосфере является принцип целостности биосферы. Строение Земли представляет собой согласованную систему. Живой мир — единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимозависимостей. Если лаже небольшая часть ее погибнет, разрушится и все остальное.
Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере «все учитывается и все приспособляется с той же точностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов веществ и атомов энергии».
Роль живого в эволюции Земли. Лик Земли фактически сформирован жизнью. «Все минералы верхних частей земной коры — свободные алюмокремниевые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси железа и алюминия (бурые железняки и бокситы) и многие сотни других — непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни».
Космическая роль биосферы в трансформации энергии. В. И. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.
Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдержать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.
Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
Понятие автотрофности. Автотрофными называются организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих автотрофных зеленых организмов определяется областью проникновения солнечных лучей.
Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни — физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их нерушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организма. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры.
Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Само живое вещество не является случайным созданием.
«Всюдность» жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат ее приспособленности в ходе времени.
Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел. Раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний, и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.
Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества. Живое вещество является посредником между Солнцем и Землей и, стало быть, либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.
Всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.
В. И. Вернадский сформулировал идею автотрофности человека , которая приобрела важное значение в рамках обсуждения проблемы создания искусственных экосистем в космических кораблях. Создание таких искусственных экосистем явится важным этапом развития экологии. В их построении соединяется инженерная цель — создание нового — и экологическая направленность на сохранение имеющегося, творческий подход и разумный консерватизм. Это и будет осуществлением принципа «проектирования вместе с природой».
Пока искусственная экосистема представляет собой очень сложное и громоздкое построение. То, что в природе функционирует само собой, человек может воспроизвести только ценой больших усилий. Но ему придется это делать, если он хочет освоить космос и совершать длительные полеты. Необходимость создания искусственной экосистемы в космических кораблях поможет лучше понять экосистемы естественные.