1 рік тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Легче понять процессы в звездах, чем природные явления, которые окружают нас на земной поверхности, писал свыше 30 лет назад английский астрофизик А. Эддингтон. В то вре­мя это скорее воспринималось как парадокс, но в наши дни уже можно говорить о замечательном предвидении ученого.

Конечно, и звезда, и земная поверхность как объекты научного исследования неисчерпаемы. Ученые всегда будут открывать в них новые явления и закономерности. С этой точки зрения все природные системы равноценны.

Но мы можем сравнивать природные системы по разно­образию форм существования материи, по уровню ее орга­низации. С этих позиций звезды оказываются более простой системой, чем окружающая нас природа. Действительно, в глубинах звезд температура составляет десятки миллионов градусов, здесь нет твердых и жидких тел, химических соеди­нений, нейтральных атомов. Материя представлена раскален­ной плазмой из электронов, протонов и других частиц. На земной поверхности иная картина: температура не превышает первых десятков градусов (по Цельсию), давление колеблет­ся около одной атмосферы. В этой холодной системе обнару­живаются свободные электроны, нейтроны, протоны и другие частицы, но их количественная роль уже невелика.

Основная масса «протонов и нейтронов заключена в атом­ных ядрах, которые еще в звездную стадию существования земной материи «обросли» электронами, образовав около 100 нейтральных атомов и ионов. Но свободные атомы и ионы также не основная форма существования материи на земной поверхности. Здесь господствуют сложнейшие ассоциации атомов — тысячи природных неорганических соединений — ми­нералов и миллионы органических соединений.

Следовательно, земная поверхность как особая природная система отличается исключительным разнообразием форм существования материи, различным уровнем ее организации — от свободных элементарных частиц, атомов, ионов, химиче­ских соединений до исключительно сложных и разнообраз­ных тел — живых организмов.

Параллельно с усложнением материи росло и ее разно­образие — количество информации в пределах отдельных форм. Если число основных элементарных частиц измеряется единицами, число атомов на Земле — десятками, то количе­ство видов живых организмов составляет миллионы. И все частицы, атомы, минералы, организмы и т. д., находясь в по­стоянном круговороте, взаимодействуют друг с другом.

Все это и позволяет рассматривать поверхность нашей планеты как исключительно сложную природную систему, значительно более сложную, чем удаленное от нас на 150 млн. км Солнце или еще неизмеримо более далекие звезды.

Формы движения материи в земной коре. Для геологии главным объектом исследования в наши дни является зем­ная кора. Дело здесь не только в доступности земной коры для непосредственного изучения. С породами земной коры связаны почти все месторождения полезных ископаемых, ко­торые использует человек и в первую очередь энергетическое сырье (нефть, газ, уголь, уран), руды большинства метал­лов, строительные материалы, вода и т. д.

В связи с этим сущность (процессов, протекающих в зем­ной коре, природа этого образования приобретают не только большое практическое, но и методологическое значение.

В философском плане данный вопрос сводится главным образом к анализу форм движения материи, характерных для земной коры.

Для земной коры характерны четыре установленные Ф. Энгельсом формы движения материи (от низших к выс­шим): механическая, физическая, химическая и биологиче­ская. В последние тысячелетия проявляет себя и более слож­ная форма движения — общественная деятельность человече­ского общества.

Геология в своих построениях учитывает все эти формы движения материи. Когда геолог изучает эрозионную дея­тельность рек, работу ветра, ледников, складчатость, то он в основном имеет дело с результатом механического движе­ния. При образовании ледников, круговороте воды, расплав­лении горных пород и их застывании и т. д. на первое место выступают физические явления. Химическая форма движения материи проявляется в накоплении солей в озерах, форми­ровании руд металлов из гидротермальных растворов и т. д. Наконец, образование угольных залежей, органогенных известняков, почв и многие другие явления — результат про­цессов, в которых ведущую роль играют закономерности, свя­занные с живым веществом (биологическая форма движе­ния).

Каждая высшая форма движения содержит в себе и низ­шие, но они имеют подчиненное значение и не определяют сущность данного процесса. Так, например, при углеобразо-вании происходят и механические перемещения, и физиче­ские явления (например, выделение тепла), и сложные хими­ческие превращения (органические соединения растений — гумусовые вещества угля). Однако сущность углеобразования заключается в своеобразии биологической формы движения материи. Никакие законы механики, физики и химии не смо­гут объяснить, почему на Земле угольные месторождения по­явились только в конце девонского периода палеозойской эры, т. е. около 300 млн. лет назад, и почему, например, их кет в докембрийских отложениях. Механическая, физическая и химическая среда в то время была той же (температура, давление, вода и т. д.), но эволюция организмов (биологиче­ская закономерность!) еще не создала форм, которые могли бы послужить источником для образования угля.

Итак, геология внимательно изучала все формы движения материи, характерные для земной коры, причем вплоть до начала XX в. ведущими формами движения в земной коре признавались неорганические — механические, физические, хи­мические.

Считалось, что главные силы, действующие на земной по­верхности,— это работа льда, ветра, текучей воды, в глуби­нах земли — магматизм и прочие эндогенные факторы. Как мал и беспомощен перед этими грозными стихиями природы отдельный живой организм! Казалось, его судьба — приспо­сабливаться к окружающей среде. Какое влияние эта «пес­чинка в космосе» может оказать на окружающую природу?

Таким образом, к началу XX в. в геологических науках прочно утвердилась следующая концепция: на земной по­верхности и в земной коре в целом господствуют неоргани­ческие силы. Живые организмы (биологическая форма дви­жения материи!) имеют подчиненное значение, хотя и игра­ют важную роль в частных геологических процессах (углеобразование и др.). Эта концепция, основанная на огромном фактическом материале, казалась незыблемой.

Вот почему не сразу была воспринята совершенно иная идея, высказанная В. И. Вернадским: главной геологической силой на земной поверхности и небольших глубинах (сотни, а местами и тысячи метров) являются организмы.

С 1916 г. и до своей смерти Вернадский главное внима­ние посвятил этой проблеме. Своими исследованиями он заложил основы биогеохимии — науки о геологической роли организмов.

Согласно Вернадскому, каждый отдельно взятый живой организм мал и не эффективен по сравнению с неорганиче­скими силами природы, он вынужден приспосабливаться к ним. Но если мы возьмем всю совокупность живых организ­мов и рассмотрим их деятельность за время геологической истории, тогда выявится огромная их роль, ведущее значе­ние жизни в верхней части земной коры.

Вернадский показал, что живые организмы — это не вто­ростепенные геологические агенты, а важнейшая геохимиче­ская сила, преобразующая земную кору. Совокупность ор­ганизмов, названная ученым живым веществом, преобразует солнечную энергию в действенную химическую энергию.

Вещество, энергия, информация. Одним из замечательных достижений XIX в. явилось завершение представлений об энергии, о том, что в каждом природном процессе необходи­мо изучать две основные стороны: изменение вещества и из­менение энергии. Законы сохранения вещества и превраще­ния энергии стали незыблемыми и независимыми друг от дру­га фундаментальными обобщениями естествознания. Откры­тие радиоактивности и теория относительности Эйнштейна поколебали независимость обоих законов друг от друга, так как показали возможность превращения вещества в энергию и обратно. Однако сама вещественно-энергетическая картина мира оставалась незыблемой.

Положение изменилось в середине XX в., когда в науку вошло фундаментальное научное понятие «информация». Этот термин и даже само понятие не являлись, конечно, но­выми, но то значение, которое информация приобрела в си­стеме наук, оказалось и новым и неожиданным. Так, по мне­нию А. И. Берга и Б. В. Бирюкова, важнейшим научным по­нятием XXI в. будет не вещество, не энергия, а именно «ин­формация» (См. их статью в сб. «Будущее науки». М.: «Знание», 1970). Формула К. Э. Шеннона Н = СУМАPlog2Pтрак­тующая количество информации, стала не менее знаменитой, чем соотношение массы и энергии Эйнштейна Е = тс2В на­уку вошли такие понятия, как «информационный процесс», «информационная система». Ставится вопрос о том, что ни вещества, ни энергии, не связанных с информационными про­цессами, не бывает. В дискуссию о природе информации включились философы (м. А. Д. Урсул. Природа информации. М.; Политиздат, 1963; Информация. М.: «Наука», 1971). Чрезвычайно знаменательно, что с самого начала проблема информации разрабатывается на строго количественной основе с использованием ряда раз­делов математики, кибернетики и применением вычислитель­ной техники (ЭВМ).

Этот переворот в естествознании стал одним из характер­ных элементов научно-технической революции, и понятно, что в той или иной степени он оказывает влияние на развитие всех естественных и общественных наук, в том числе и на науки о Земле.

Вплоть до самого последнего времени ученые, изучая ка­кую-либо природную систему земной коры, в первую очередь обращали внимание на изменение вещества в этой системе. Уделялось внимание при этом и превращению энергии.

В наши дни со всей очевидностью выяснилось, что при изучении систем земной коры необходим и информационный подход. Нельзя сказать, чтобы раньше полностью игнориро­валась эта сторона вопроса. Когда, например, говорилось об однообразии пустыни и богатстве (разнообразии) природы тропиков, по существу, имелось в виду различное количест­во информации в этих ландшафтах, так как в самой об­щей форме понятие «информация» близко к понятию «мера разнообразия». Ныне этот «информационный подход» мож­но применять сознательно, используя хорошо разработанный аппарат теории информации и кибернетики. Таким образом, в отличие от недавнего прошлого теперь, изучая любой при­родный процесс, следует ставить три основных вопроса:

  1. Как изменяется вещество в данном процессе?
  2. Какова энергетическая сторона данных процессов, в какой форме при этом выделяется энергия (в тепловой, хи­мической, механической, световой, электрической и др.) и в каких количествах?
  3. Как изменяется информация в этом процессе? Наиболее отчетливо информационный характер процессов

выявляется при изучении геологической деятельности живых организмов. Действительно, каждый живой организм хранит в себе определенное количество наследственной информации, носителем которой являются гены, заключенные в хромосо­мах клеточных ядер. Под влиянием внешних условий, напри­мер ионизирующих излучений, эта информация может ме­няться, а с помощью механизма размножения — передавать­ся. Наконец, она может захороняться в геологических напла­стованиях в форме ископаемой флоры и фауны. Естественно, что эта информационная характеристика каждого отдельного организма может быть перенесена на живое вещество в це­лом. Живые организмы существуют в информационном поле, указывают А. И. Берг и Б. В. Бирюков.

Менее очевиден информационный характер физико-хими­ческих и механических процессов, но и в этом случае нередко говорят об «информации в неживой природе». При этом от­мечается, что в объектах неживой природы отсутствует пе­реработка информации, хотя получение, хранение и передача информации имеет место. Кроме того, в системах неживой природы количества информации много меньше, чем в жи­вых организмах и тем более в биоценозе.

Наоборот, в человеческом обществе значение информации возрастает во много раз, возникает новая ее форма — «со­циальная информация».

Биологический круговорот атомов. В земной коре проте­кают процессы образования и разрушения живого вещества. На земной поверхности при участий солнечного света в зе­леном листе из СО2, Н2О и других простейших минеральных соединений воздуха и почвы или воды Мирового океана об­разуются сложные, богатые энергией органические соедине­ния. В других органах растений из них образуются новые ор­ганические вещества; растения, поедаемые животными, слу­жат основой для синтеза белков и других веществ, наконец, те и другие — это пища для бактерий. Так возникает все раз­нообразие окружающего нас мира живых существ, создается их совокупность — живое вещество. Образование живого ве­щества — это процесс поглощения солнечной энергии, превра­щения простых минеральных соединений (СО2, Н2О, РО43-, NO3 и т. д.) в сложные, богатые энергией органические со­единения, процесс увеличения информации.

Но в земной коре протекает и противоположный процесс — разрушение сложных органических соединений, превращение их в простые минеральные вещества — СО2, Н2О, NH3 и т. д. Этот процесс минерализации протекает в самих растениях, которые при дыхании окисляют органические вещества до СО2 и Н2О. Однако фотосинтез энергичнее дыхания, и поэто­му растения являются накопителями солнечной энергии. Энер­гичнее минерализуют органические вещества животные и еще более энергично — микроорганизмы. Благодаря деятельности микроорганизмов остатки животных и растений быстро мине­рализуются, превращаясь в СО2, Н2О, NH3 и т. д., которые частично снова используются для фотосинтеза. При минера­лизации происходит освобождение той энергии, которая была поглощена при фотосинтезе, количество информации умень­шается. Энергия освобождается частично в виде тепла (вспомним, например, разогревание и даже самозагорание не­достаточно высушенного сена), но главным образом в виде химической энергии, носителями которой являются природ­ные воды. Обогащаясь такими продуктами минерализации органических веществ, как СО2, гумусовые кислоты, NH3, SO42- и т. д., воды становятся химическими, высокоактивны­ми, они разрушают («выветривают») горные породы, выпол­няют в земной коре большую химическую работу.

Биологический круговорот атомов на земной поверхности...

Биологический круговорот атомов на земной поверхности…

Противоположные процессы образования (биогенной акку­муляции) и разрушения (минерализации) органических ве­ществ не могут существовать один без другого, они вместе образуют единый биологический круговорот атомов (сокра­щенно бик).

В биологическом круговороте атомов продолжительность отдельных циклов весьма различна. Например, в лесном ландшафте часть атомов углерода, заключенных в древесине, окислится до СО2 только после смерти деревьев, т. е. через десятки или сотни лет. В степях и лугах круговорот углерода протекает быстрее. Наконец, если часть органического веще­ства будет захоронена в осадочных породах и превратится в уголь, окисление которого произойдет только через несколько геологических периодов, круговорот углерода растянется на миллионы лет.

Круговорот воды. Биологический круговорот атомов яв­ляется лишь одной из форм круговорота веществ. Другая его форма — круговорот воды между океаном и материка­ми: испарение . воды с поверхности океана — перенос водя­ных паров воздушными течениями на материки — конденса­ция паров и выпадение осадков в виде дождя и снега — по­верхностный (реки) и подземный сток воды снова в океаны— вот звенья этого грандиозного процесса. На его отдельных отрезках осуществляются менее крупные круговороты в пре­делах материков, стран, ландшафтов. Это и летний ливень после сильного испарения и, наконец, совсем уже маленький круговорот, выражающийся в выпадении росы в ночные ча­сы и ее испарении с наступлением утреннего тепла.

Круговороты и поступательное развитие. Итак, непрерыв­ное поступление солнечной энергии обеспечивает непрерыв­ность круговоротов, которые представляют собой характер­ную форму миграции атомов земной коры. Термин «кругово­рот» создает впечатление чего-то замкнутого, движения по кругу, т. е. как будто отвечает метафизической концепции развития. Однако реальные круговороты отнюдь не отвечают этой концепции, они не замкнуты, каждый новый цикл не является повторением предыдущего, природа не остается не­изменной. Представим себе озеро в лесной зоне с травами, растущими в прибрежной полосе (осоки, тростники и др.). После каждого годичного цикла круговорота часть атомов углерода, водорода и других элементов, заключенных в орга­нических веществах, не переходит в минеральные соединения, а захороняется на дне озера в форме органического ила — сапропеля. Так постепенно за много лет в озере накапли­ваются органические вещества, дно его повышается, оно ме­леет. Наконец, наступает момент, когда котловина озера пол­ностью зарастает травами и заполняется органическими остатками, озеро превращается в болото. Такова судьба боль­шинства лесных озер, история многих болот.

Следовательно, круговороты не полностью обратимы, не все атомы включаются в их новые циклы. Поступательное развитие совершается через систему круговоротов, а их изу­чение подтверждает не метафизическую концепцию разви­тия по кругу, а диалектическое развитие по спирали.

Эту особенность природы подчеркнул немецкий ученый Д. Линк. Он отметил, что символом круговорота вещества на земной поверхности является не круг, а циклоида, т. е. ли­ния, описываемая точкой, находящейся на ободе движуще­гося колеса. Линк писал о неполной обратимости кругово­рота вещества и подчинении круговорота поступательному развитию. В дальнейшем идеи Линка развил Б. Б. Полынов.

Окислительно-восстановительные процессы в свете диалек­тики. В земной коре данной категории процессов принадле­жит исключительная роль, с ними связаны наибольшие пре­вращения энергии.

Рассмотрим один частный пример. Представим себе котловину в Средней Азии, поверхность которой покрыта белой, слепящей глаз кор­кой соли главным образом из сульфатов и хлоридов натрия. Это шоро­вый солончак. Отсутствие воды, сильная жара, соль — не благоприятст­вуют жизни, и на поверхности солевой корки растительность отсутствует. Но в котловинах близко залегают соленые грунтовые воды, достигающие по капиллярам нижней части солевой корки. Солнечный свет проникает через корку, и в рассоле развиваются зеленые водоросли. В ходе фото­синтеза они выделяют кислород, в связи с чем в самом верхнем слое солончаковой почвы господствует резко окислительная среда. Этот слой имеет бурый цвет от соединений трехвалентного железа. Но так как ус­ловия для жизни водорослей не очень благоприятны (рассол), мощность слоя с окислительной средой местами достигает всего 1—2 см.

После отмирания водорослей их остатки поступают в нижележащий горизонт, но самих водорослей здесь уже нет, фотосинтез отсутствует. Поэтому нет и свободного кислорода. Многочисленные микроорганизмы, разлагающие остатки водорослей, используют для окисления органиче­ских веществ кислород, входящий в состав сульфатов, нитратов, гидро­окислов железа. В результате происходит восстановление этих соедине­ний, в почве появляется сероводород, двухвалентное железо, т. е. раз­вивается резко восстановительная среда с сильным запахом H2S и чер­ным цветом почвы (образуется черный коллоидный минерал гидротроилит — FeS•nH2O).

Следовательно, благодаря биологическому круговороту (бику) появи­лась резко окислительная (О2) и резко восстановительная (H2S) среды, обе они порождены одной причиной и тесно связаны между собой.

Шоровый солончак в пустыне...

Шоровый солончак в пустыне…

Шоровый солончак в пустыне — это модель геохимической системы, в которой окислительные и восстановительные сре­ды, представляя собой противоположное единство, порожде­ны одной причиной — биологическим круговоротом атомов.

Сходные явления, но в неизмеримо более крупных мас­штабах протекают и в более крупных системах, и в земной коре в целом. Особенно наглядными эти зависимости стано­вятся при их историческом анализе.

Многие геохимики, астрофизики и представители других наук пришли к выводу, что до появления жизни на Земле обстановка на ее поверхности была слабо восстановительной, свободный кислород отсутствовал, в атмосфере преобладали СО2, СН4, NH3, H2O.

С появлением жизни и развитием фотосинтеза зеленые растения начали продуцировать кислород и очищать атмос­феру от СО2. Атмосфера постепенно приобрела азотно-кислородный состав, стала окислительной. На земной поверхно­сти возник новый тип химических реакций — окисление кис­лородом. Это привело к окислению сульфидов, содержащих­ся в изверженных породах и накоплению в водах и осадоч­ных породах сульфатов (например, гипса CaSO4•2H2O, мира­билита — Na2SO4•10H2O и др.). Двухвалентное железо пере­ходило в трехвалентное, и в ландшафтах появлялись столь нам хорошо известные красные, бурые, коричневые, желтые почвы и породы, окраска которых вызвана различными окис­лами и гидроокислами железа. В поверхностной зоне произо­шло окисление двухвалентного марганца, трехвалентного ва­надия, четырехвалентного урана и других элементов.

Точно датировать время наступления этой окислительной эпохи сейчас трудно, во всяком случае это произошло свы­ше 2—2,5 млрд. лет назад.

При фотосинтезе не только появляется сильный окисли­тель — свободный кислород, но и возникают органические ве­щества — сильные восстановители. После смерти растений и животных их остатки попадают в болотные почвы, на дно водоемов, где в условиях недостатка свободного кислорода, в результате работы микроорганизмов, создаются резко вос­становительные условия. Сульфаты, гидроокислы железа и другие соединения здесь легко восстанавливаются, появляют­ся H2S, CH4, сульфиды и прочие восстановленные соеди­нения.

На участках прогибания земной коры органические остат­ки попадают на большие глубины, где постепенно трансфор­мируются в уголь и нефть. Но уголь, нефть и другие органи­ческие вещества — не инертная масса, это пища для микро­организмов. Там, где в земных глубинах органические соеди­нения соприкасаются с водой, развивается микробная жизнь, резко восстановительная среда. Теперь мы хорошо знаем, что H2S, Fe2+ и другие продукты восстановительных реакций появляются в подземных водах преимущественно в результа­те микробиологической деятельности.

Следовательно, аналогично шоровому солончаку работа живого вещества создала на земной поверхности резко окис­лительные условия и противоположные им — резко восстано­вительные в болотах, илах и особенно в земных глубинах (во­доносных горизонтах).

Так, в ходе геологической истории в результате биологического круговорота единая слабо восстановительная среда, господствовавшая в земной коре, разделилась на две проти­воположности — резко окислительную и резко восстановитель­ную.

Мы предполагаем, что восстановительные условия в под­земных водах, появление в них H2S, осаждение сульфидов металлов являются следствием развития резко окислитель­ных условий на земной поверхности. Резко восстановитель­ная среда возникла в ходе геологической истории на опре­деленном этапе эволюции земной коры в связи с эволюцией жизни.

Понятие о биосфере. В результате геологической работы живого вещества за миллиарды лет резко изменился состав атмосферы, осадочной оболочки, во многом и гидросферы. Поэтому в историческом разрезе атмосфера, гидросфера и литосфера — это не внешние независимые среды существова­ния живых организмов, они вместе с живым веществом об­разуют единую развивающуюся геохимическую систему — биосферу. В биосферу входят тропосфера, наземный расти­тельный покров и животный мир, почва, кора выветривания, осадочные породы до глубины в несколько тысяч метров, Мировой океан. Биосфера — это населенная организмами обо­лочка Земли, где проявляется их геохимическая деятель­ность.

Понятие о биосфере, введенное в геологию Э. Зюссом в конце XIX в., наиболее глубоко обосновано В. И. Вернадским в 20-х годах текущего столетия.

Биосфера — это чрезвычайно сложная динамическая боль­шая система со всеми ее особенностями, установленными ки­бернетикой и теорией информации. Для таких систем, как известно, характерно большое число случайных факторов, с чем связан вероятностный характер многих процессов. Вме­сте с тем это не исключает устойчивости, стационарного со­стояния, упорядоченности. В биосфере протекают как вероят­ностные, так и детерминированные процессы. Целостность биосферы поддерживается с помощью различных механиз­мов, среди которых ведущее значение имеет круговорот ато­мов в двух его основных формах, о которых мы уже говори­ли выше — биологического круговорота и круговорота воды.

Природные тела и системы биосферы изучаются науками, достаточно далекими друг от друга по методам и руководя­щим идеям, нередко относящимся к различным отраслям естествознания. Например, почвоведение по официальной классификации относится к биологическим наукам, литоло­гия и гидрогеология — к геологическим, океанология — к гео­графическим. Что же общего между почвой, осадочными по­родами, Мировым океаном, подземными водами, позволяющее объединить эти природные системы в единое целое? Об­щей является геохимическая работа живого вещества.

В познании биосферы геохимия занимает одно из первых мест. Это связано не только с тем, что современное понятие о биосфере возникло на геохимической основе, и первое раз­вернутое учение о биосфере принадлежит основоположнику геохимии В. И. Вернадскому. Ведущая роль геохимических идей и методов в изучении биосферы отражает некоторые тенденции в развитии современного естествознания — стрем­ление изучать сложные явления на атомно-молекулярном уровне. Именно так изучает биосферу геохимия. Ее интере­суют судьбы атома в этой оболочке.

В. И. Вернадскому принадлежит положение, составляю­щее один из основных законов геохимии, который мы пред­ложили именовать «законом Вернадского». В нашей форму­лировке этот закон выглядит следующим образом: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она проте­кает в среде, геохимические особенности которой 2, СО2, H2S и т. д.) преимущественно обусловлены живым вещест­вом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. Мы подчеркиваем слово «преи­мущественно» и не отрицаем влияния на миграцию элемен­тов в биосфере абиогенных геохимических факторов (хими­ческого состава базальтов и других изверженных пород за­ведомо небиогенного происхождения, влияния вулканизма и т. д.). Однако роль всех этих факторов в общем второсте­пенна по сравнению с суммарным влиянием живого ве­щества.

Попытаемся выразить сказанное в философских катего­риях. Для земной коры характерны разные формы движения материи, но сущность данной природной системы определяет­ся высшей формой. В верхней части земной коры такой фор­мой является работа живого вещества, эта часть составляет особую природную систему, биосферу. Примат живого веще­ства ученые до Вернадского не понимали, отводя главную роль неорганическим процессам.

Идеи Вернадского были восприняты не сразу, но посте­пенно биогеохимия завоевывала все новые и новые позиции. Ныне учение о биосфере находит широкое признание у гео­логов, географов, почвоведов, биологов. Выявилось огромное практическое значение этого учения. К нему привлечено вни­мание мировой науки, международных организаций. Одним из наиболее ярких подтверждений служит совещание на тему «Биосфера и человечество», проведенное ЮНЕСКО в Париже в сентябре 1968 г. На этом совещании с ведущим до­кладом выступил представитель советской науки.

С позиций учения о формах движения материи земную кору, следовательно, можно разделить на две основные части:

  1. Верхнюю, биосферу, в которой развиваются живые ор­ганизмы и где ведущее значение имеет живое вещество.
  2. Нижнюю, расположенную глубже биосферы, где веду­щее значение имеют неорганические формы движения мате­рии — физическая и химическая. Живое вещество здесь от­сутствует, но продукты биосферы в виде известняков, углей, нефти и т. д. имеются. Эта часть земной коры пока не по­лучила особого наименования (необходим термин).

Геохимическое единство биосферы с наших позиций опре­деляется процессами разложения органических веществ, со­провождающимися выделением энергии.

Действительно, и в почвах, и в илах, и в поверхностных водах, и в глубоких водоносных горизонтах живые организ­мы (преимущественно микробы) разлагают органическое вещество, выделяя аккумулированную в нем солнечную энер­гию. В результате в окружающую среду поступает тепло и химическая энергия, выполняющая в земной коре большую работу.

Таким образом, для биосферы в целом характерны про­цессы разложения органических веществ с освобождением химической энергии.

Напротив, образование живого вещества из минеральных соединений происходит не во всей биосфере, а только на зем­ной поверхности и в верхней зоне Мирового океана, где про­текает фотосинтез. Следовательно, по процессам разложения органических веществ биосфера едина, а по процессам обра­зования живого вещества разделяется на две части — верх­нюю, куда проникает солнечный свет и где возможен фото­синтез, и нижнюю, куда свет не проникает и где фотосин­тез невозможен.

Неравновесность биосферы. Биосфера исключительно бо­гата свободной энергией, препятствующей установлению рав­новесия. Резкая неравновесность характерна для многих ее частей, но особенно наглядна она в живых организмах, при­родных водах и почвах. Так, например, в речных водах тайги и влажных тропиков содержится и растворенный кислород, и органические вещества. Понятно, что условия равновесия отвечают окислению гумусовых веществ свободным кислоро­дом, растворенным в воде. Однако подобные равновесные условия никогда не достигаются: хотя окисление и протека­ет, новые порции гумусовых веществ и кислорода поступают в воду на место израсходованных.

В целом биосфера — это неравновесная система, хотя на отдельных участках равновесие и возможно (например, в соляных озерах, где между донной солью и рассолом имеет место динамическое физико-химическое равновесие).

Накопление энергии. За миллиарды лет живое вещество трансформировало, превратило в химическую работу огром­ное количество солнечной энергии. Через живое вещество бесчисленное число раз прошли атомы почти всех химических элементов. Поглощаясь живым веществом, они «заряжались энергией», становились «геохимическими аккумуляторами сол­нечной энергии», а покидая его, отдавали эту энергию окру­жающей среде, выполняли химическую работу.

Геохимический эффект деятельности каждого живого организма бес­конечно мал, также бесконечно мала длительность его жизни в аспекте геологического времени. Однако этих величин в природе бесконечно мно­го, и они действуют практически в течение бесконечно большого проме­жутка времени. В итоге мы получаем величину конечную и грандиоз­ную — геохимическую деятельность живого вещества. Аналогичные соот­ношения широко распространены в природе, абстрактным выражением их являются математические операции дифференцирования и интегрирова­ния (См. Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1953, стр. 213—218).

Как отмечал Б. Б. Полынов, недооценка геологической роли орга­низмов в какой-то степени была связана с привычкой судить о роли того или иного агента по его массе. А количество живого вещества по сравне­нию с неорганическими соединениями земной коры ничтожно. Об этом дает наглядное представление следующий факт: если литосферу пред­ставить себе в виде каменной чаши весом 13 фунтов, то гидросфера, за­ключенная в этой чаше, весила бы 1 фунт, атмосфера соответствовала бы весу медной монеты, а живое вещество — почтовой марке. Однако энер­гетически это несравнимые объекты: живое вещество постоянно создает­ся и уничтожается. В каждом акте этого биологического круговорота жи­вое вещество поглощает некоторое количество солнечной энергии и выде­ляет ее в форме, способной совершать химическую работу. Поэтому для оценки геохимической работы живого вещества необходимо суммиро­вать все то количество живых организмов (главным образом растений), которое существовало на Земле за время геологической истории. Общая масса живого вещества за это время превысила неорганическую массу земной коры! А если учесть, что живое вещество это чрезвычайно актив­ная действующая масса, то станет понятной и грандиозная энергетиче­ская роль живого вещества на Земле.

Дифференциация вещества. В биосфере солнечная энер­гия не только трансформируется в химическую потенциаль­ную энергию органических соединений и минералов, она рас­ходуется также на перемещение веществ, их дифференциа­цию. Биосферу можно рассматривать как гигантский хими­ческий комбинат, в котором из смеси элементов (извержен­ные горные породы, Мировой океан) получают новые, более простые соединения. К ним относятся, например, залежи по­варенной соли, состоящие из двух основных элементов (Na и Cl), известняки (Са, С, О), бокситы (Al, Fe, О, Н, Ti), ла­териты (Fe, Al, H, О) и т. д.

Дифференциация нарастала в ходе геологического време­ни, так как в современную эпоху в земной коре имеются оса­дочные месторождения, накопившиеся в архее, протерозое, палеозое, мезозое и кайнозое. Следовательно, в мезозое диф­ференциация была меньше, в палеозое — еще меньше и т. д. Дифференциацию можно проследить и на истории отдельных элементов.

Так, например, в изверженных породах земной коры со­держание кислорода колеблется лишь от 42,5 (ультраоснов­ные породы) до 48,7% (гранитоиды). В биосфере же появ­ляются системы, резко обогащенные кислородом, причем особенно важно подчеркнуть их качественное своеобразие — богатство свободным кислородом, которого не было в мантии и магмах земной коры. Если среднее содержание кислорода в литосфере (кларк) принять за единицу, то кларк концент­рации для ультраосновных пород составит 0,8, для гранитои­дов — 1,03, но для живого вещества уже 1,5, а для гидросфе­ры — 1,8.

С другой стороны, в биосфере имеются системы, резко обедненные кислородом, что также чуждо земным глубинам. Так, кларк концентрации кислорода в атмосфере равен 0,5, в бурых углях — 0,6, каменных углях — 0,3.

Итак, непрерывное поступление в биосферу солнечной энергии и ее преобразование в энергию геохимических про­цессов привело к прогрессивной дифференциации химических элементов и их концентрации.

Накопление информации и «информационные взрывы». Дифференциацию веществ можно трактовать и с информаци­онных позиций, так как разделение веществ ведет к увели­чению разнообразия в биосфере, т. е. росту информации. Ин­формация является общим понятием, она, как мы убедились, включает в себя не только «неорганическую», но и «биологи­ческую» информацию. Палеонтологи установили, что в ходе эволюции число видов резко возрастало, и, хотя за время гео­логической истории немало видов вымерло (особенно в «эпо­хи великих вымираний», например, в конце палеозоя и мезо­зоя), все же им на смену появилось еще большее количество новых видов. Это легко проследить и на флоре и на фауне.

Прирост информации в ходе геологического времени не представлял собой монотонную восходящую кривую, так как для последней были характерны резкие максимумы — «инфор­мационные взрывы» в эпохи бурного развития новых про­грессивных групп организмов. Такой информационный взрыв произошел, например, в начале палеозоя (около 600 млн. лет назад), когда резко увеличилось количество видов морских беспозвоночных животных. В середине мелового периода (около 100 млн. лет назад) произошел информационный взрыв в растительном царстве — появились покрытосеменные растения с их исключительным видовым разнообразием. Но если прирост информации передается ломаной линией с от­дельными пиками (взрывами), то увеличение общего коли­чества информации, несомненно, представляло плавную вос­ходящую кривую. Интересно отметить, что количество инфор­мации и количество живого вещества отнюдь не близкие по­нятия. Количество живого вещества на Земле во влажных и теплых условиях мезозоя, например, было больше, чем в современную эпоху с ее широким развитием ледниковых щи­тов, пустынь и высокогорий. Однако учитывая разнообразие современных условий, и в том числе огромное количество видов организмов, следует признать, что четвертичный пери­од характеризуется большей биологической и неорганической информацией, чем влажный и теплый мезозой.

В ходе геологической истории происходило и прогрессив­ное захоронение информации, так как в настоящее время мы обнаруживаем в осадочных породах остатки флоры и фауны всех предшествующих периодов так же, как и различные ми­нералы и горные породы, запечатлевшие условия тех эпох.

Итак, по мере развития биосферы и аккумуляции солнеч­ной энергии происходила дифференциация вещества, росло число видов организмов, усложнялась их структура, т. е. уве­личивалась неорганическая и органическая (биологическая) информация. Это положение можно назвать законом прогрес­сивного развития биосферы. С его действием необходимо считаться при палеогеографических реконструкциях: в про­шлые геологические эпохи биосфера была менее разнооб­разной.

Внешние факторы и внутренние законы развития биосфе­ры. Основной источник энергии для процессов, протекающих в биосфере, находится за ее пределами (Солнце). Чем боль­ше солнечной энергии получают системы биосферы, тем боль­ше (при достаточном увлажнении) образуется живого веще­ства, тем интенсивнее биологический круговорот, а следова­тельно, и все подчиненные ему процессы (почвообразование, выветривание и т. д.).

Внешними по отношению к биосфере будут и извержения вулканов, поднятия и опускания земной коры, горообразова­ние, наступление ледников и т. д. Вместе с тем эти факто­ры приводят в движение мощные внутренние механизмы — круговорот воды и особенно биологический круговорот ато­мов. Поэтому хотя основной источник энергии для процессов, протекающих в биосфере, внешний, биосфера в целом и ее отдельные подсистемы развиваются по внутренним, только им присущим законам, на основе внутренних противоречий.

Структурные единицы биосферы. Каждая сложная систе­ма включает в себя структурные единицы — подсистемы. Ха­рактерны они и для биосферы. Однако далеко не все «со­ставные части» являются специфическими структурными еди­ницами биосферы. Например, к ним не относятся электро­ны, протоны и нейтроны, так как они существуют во всех известных системах космоса. Не отвечают данному критерию атомы и молекулы, минералы и горные породы — они распро­странены и в земной коре, и в мантии, и на других небесных телах — метеоритах, Луне. Не является структурной едини­цей биосферы и вода, которую мы обнаруживаем и в земных глубинах (гидротермальные растворы). Но живые организ­мы являются структурными единицами биосферы, они со­ставляют неотъемлемую часть этой системы, выполняют в ней определенные функции и не встречаются в других систе­мах. Напомним, что живые организмы — это и аккумуляторы солнечной энергии и механизм превращения ее в химическую энергию, и хранители, и передатчики информации.

Живые организмы в биосфере, как правило, не изоли­рованы от неорганической «косной» материи, они нередко образуют вместе с ней особые тела, которые В. И. Вернад­ский назвал «биокосными». Биокосные тела представляют со­бой «подсистемы биосферы», в которых живое вещество и неорганическая материя взаимно проникают друг в друга. Особенно это характерно для наиболее дисперсных образо­ваний — коллоидов и микроорганизмов.

Первое биокосное тело — почва было открыто в конце XIX столетия, и это знаменовало революционный переворот в естествознании. Автором открытия был профессор Петер­бургского университета В. В. Докучаев. Как и всякое гени­альное открытие, оно не только подготовлялось всем предше­ствующим развитием естествознания, но и во многом опере­жало свое время. В докучаевском понятии о почве явно ска­зался «системный подход», столь характерный для киберне­тического мышления второй половины XX столетия и столь чуждый эпохе становления почвоведения. Как и всякое ве­ликое открытие, оно явилось толчком для целой серии от­крытий, для нового направления научной мысли, появления новых наук. Сейчас почти через 100 лет после работ Доку­чаева мы можем глубже, чем современники, оценить его до­стижения, хотя и они отдавали должное великому натура­листу. Но не будем забегать вперед и рассмотрим, в чем за­ключалось открытие Докучаева.

Сам термин «почва» не был новым ни в русском, ни в иностранных языках, как не был новым и термин «почвове­дение»— наука о почве.

Однако до Докучаева, как это подчеркнул Б. Б. Полынов, под почвой понимались самые различные образования — и пахотный слой, и рыхлые продукты разрушения горных пород, и вообще любая земная поверхность вплоть до городской мо­стовой (См. Б. Б. Полынов. Избранные труды. М., Изд-во АН СССР, 1956).

Для геологов XIX столетия основным было понятие об агрегатном состоянии вещества — твердом, жидком и газо­образном. Отдельно изучалась твердая фаза горных пород, отдельно — подземные и поверхностные воды, отдельно — жи­вые организмы, атмосфера и т. д. С этих позиций, в общем, рассматривалась и самая верхняя часть земной коры — поч­ва, которая считалась продуктом разрушения горных пород.

Понадобился гений Докучаева, чтобы увидеть в почве не «рыхлые продукты разрушения горных пород», а особое при­родное образование, особую систему, в которой живые орга­низмы, твердые, жидкие и газообразные вещества тесно меж­ду собой связаны и взаимообусловлены. Это открытие Доку­чаев сделал в 80-х годах и тем самым положил начало новой естественноисторической науке о Земле — почвоведению,

Докучаев подчеркнул необходимость изучения связей меж­ду отдельными агрегатными состояниями материи в почве, определил почву как совокупность этих связей, как слож­ное динамическое образование, говоря современным языком, как особую сложную динамическую систему.

Говорить, что почва — это «рыхлые продукты разложения горных пород» так же неверно и односторонне, как сказать, что почва — это «водный раствор», или «подземный воздух», или «микроорганизмы». Все они составляют часть почвы, но только их взаимодействие определяет существование этой системы. Такой новый подход оказал огромное влияние на развитие естествознания и в первую очередь привел к рас­цвету русского почвоведения, завоевавшего первое место в мировой науке. В первой трети XX в. уровень развития поч­воведения в зарубежных странах определялся тем, в какой степени они освоили докучаевские идеи. Русская методика изучения почв («профильный подход»), русские «системные» термины — «чернозем», «подзол», «солонец», «солончак», «глей», «солодь» и другие — стали международными.

Идея Докучаева о почве как особом природном теле (си­стеме) послужила толчком для нового подхода к природе Земли вообще. В наши дни можно говорить не об одной единственной биокосной системе — почве, как во времена Докучаева, а о ряде таких систем.

К их числу относится элювиальная кора выветривания — понятие, которое наиболее глубоко было разработано Б. Б. Полыновым (Б. Б. Полынов. Кора выветривания. Л., 1934). К биокосным системам относятся илы материковых и океанических водоемов. Аналогом почвообра­зовательного процесса в илах является диагенез, учение, ко­торое разработал Н. М. Страхов (Н. М. Страхов. Основы теории литогенеза. Т. I—III. M., Изд-во АН СССР, 1960—1963).

Наконец, к биокосным системам того же порядка, что и почва, относятся водоносные горизонты, которые стали рас­сматриваться в качестве особых систем лишь в 60-х годах XX в. (См. А. И. Перельман. Геохимия эпигенетических процессов. 1-е изд. — «Высшая школа», 1961; 2-е изд. — М., «Недра», 1965; 3-е изд.— М., «Недра», 1968).

Нельзя не видеть, что установление понятий об этих но­вых биокосных телах, системах биосферы — коре выветрива­ния, илах, водоносных горизонтах тесно связано с понятием о почве, с докучаевскими традициями в естествознании, с развитием его идей.

Что же общего между всеми этими системами, каждая из которых является предметом изучения самостоятельной отрасли естествознания? Прежде всего для них характерно живое вещество, процессы разложения органических веществ и присутствие продуктов такого разложения, кото­рые и определяют их геохимическую специфику. Все эти тела богаты сво­бодной энергией, в них осуществляется разнообразная миграция эле­ментов.

Сущность геохимических процессов в разных системах едина. Напри­мер, оглеение протекает и в почвах, и в илах, и в коре выветривания, и в водоносных горизонтах. Микробиологическое восстановление сульфатов с образованием сероводорода характерно для засоленных почв, илов, со­леных озер, океанических и морских илов, глубоких водоносных гори­зонтов.

Из сказанного не следует, что все биокосные системы (природные те­ла) тождественны друг другу. У почвы, так же, как у илов, водоносных горизонтов и т. д., имеются своеобразные, только ей присущие особен­ности, дающие право на выделение данной системы в качестве особого образования. Однако здесь мы хотели бы подчеркнуть их общие черты, на которые до сих пор не обращали должного внимания.

Итак, «особое», «самостоятельное» природное тело почва, особая си­стема, установление которой было крупным достижением естествознания конца XIX в., ныне должно рассматриваться в системе родственных тел — илов, коры выветривания, водоносных горизонтов.

Между почвой и другими биокосными системами, с одной стороны, и биосферой — с другой существует еще одна ка­тегория промежуточных систем. Это — ландшафт. Как и в случае с почвой, сам термин «ландшафт» существовал уже в начале XIX столетия, но современному его пониманию наука обязана В. В. Докучаеву. В конце своей жизни он писал: «Не подлежит сомнению, что познание природы — ее сил, сти­хий, явлений и тел — сделало в течение 19-го столетия такие гигантские шаги, что само столетие нередко называется ве­ком естествознания, веком натуралистов. Но всматриваясь внимательно в эти величайшие приобретения человеческого знания — приобретения, можно сказать, перевернувшие наше мировоззрение на природу вверх дном, особенно после работ Лавуазье, Ляйеля, Дарвина, Гельмгольца и др., нельзя не заметить одного весьма существенного и важного недочета… Изучались, главным образом, отдельные тела — минералы, горные породы, растения и животные, — и явления, отдель­ные стихии — огонь (вулканизм), вода, земля, воздух, в чем, повторяем, наука и достигла, м. г., удивительных результа­тов, но не — их соотношения, не та генетическая, вековечная, и всегда закономерная, связь, какая существует между си­лами, телами и явлениями, между мертвой и живой приро­дой, между растительными, животными и минеральными цар­ствами, с одной стороны, человеком, его бытом и даже, ду­ховным миром, — с другой. А между тем, именно эти соот­ношения, эти закономерные взаимодействия и составляют сущность познания естества, ядро истинной натурфилосо­фии,— лучшую и высшую прелесть естествознания» (В. В. Докучаев. К учению о зонах природы. СПб, 1899, стр. 5. Цитата показывает сильные и слабые стороны мировоззрения великого ученого. Он был диалектиком, рассматривая природу в ее развитии, ви­дел связи между отдельными явлениями. Но как большинство натура­листов своего времени, он ошибался, считая, что законы природы рас­пространяются на общественные отношения. Докучаев переоценивал зна­чение географической среды в развитии общества, находясь на позициях так называемого «географического детерминизма» (вульгарного географизма), истоки которого восходят к трудам античных ученых Гиппокра­та, Страбона и других. Эти идеи развивали французские ученые-мате­риалисты XVIII в. (Монтескье и др.), многие ученые XIX в. — Э. Реклю, Л. Мечников, Ф. Ратцель, Бокль. В творчестве Докучаева географический детерминизм не получил большого развития, он специально не касался этих вопросов и, вероятно, в приведенной цитате лишь отдал дань господ­ствующим представлениям. Несостоятельность географического детерми­низма была доказана марксизмом-ленинизмом. В наши дни эта концеп­ция и ее различные варианты играют реакционную роль).

Мысль Докучаева о том, что географическая среда со­ставляет целое, была гениальной и революционной. По сути дела, как и за 20 лет до этого, Докучаев, применив «систем­ный подход», открыл новую систему, которую мы теперь именуем ландшафтом, и тем самым заложил основы науки о ландшафтах.

Ландшафт включает в себя почву, кору выветривания, живые организмы, поверхностные и грунтовые воды, илы во­доемов, приземную атмосферу, он состоит из биокосных тел и сам представляет собой биокосную систему более высокого порядка.

Если ученые в XIX в. еще недостаточно изучали связи ме­жду явлениями природы, то общественная практика на каж­дом шагу напоминала о необходимости учета тех связей, о которых писал Докучаев. Еще в античную эпоху, когда на­роды Среднеземноморья начали вырубать горные леса, сказались нежелательные последствия этой деятельности: смыв почв на склонах, обмеление рек в течение большей части года и разрушительные наводнения в период дождей. Здесь была нарушена естественная связь между почвами, лесом и водами и за это природа «отомстила» в форме «непредвиден­ных последствий хозяйственной деятельности», как их име­новал Энгельс. История человечества полна подобными при­мерами: распахали почву на склоне в степи — выросли овра­ги; сбросили отходы фабрик в реку — погибла рыба; выру­били саксаул в песках — они засыпали оазис и т. д.

Таким образом, опыт хозяйственной деятельности пока­зал, что земная поверхность это не собрание отдельных, не зависимых друг от друга природных тел, как это представ­лялось метафизическому мышлению, а сложная система — ландшафт, состоящая из атмосферы, горных пород, вод, организмов, комплекс, все части которого тесно между собой связаны. Достаточно подействовать хотя бы на одно звено ландшафтной цепи (например, лес), чтобы произошли изме­нения в других звеньях (почвы, воды), изменился ландшафт в целом. Для того, чтобы избежать непредвиденных послед­ствий хозяйственной деятельности, правильно использовать землю, воды, леса, руды и другие природные ресурсы, необ­ходимо знать законы, управляющие ландшафтом. Нужна особая наука. Эта наука призвана создать теорию преобра­зования природного ландшафта в новый — культурный. Та­кая теория особенно актуальна в нашу эпоху, так как про­гресс техники привел в движение огромные силы, которые могут превратить пустыню в цветущий сад и, наоборот, в случае бесконтрольного применения сделать из цветущего сада пустыню.

В культурном ландшафте возможно оптимальное исполь­зование природных ресурсов, здесь не должно быть «неудоб­ных» земель, «пустошей», «подвижных песков», разрушения производительных сил, т. е. непредвиденных последствий в виде эрозии почв, наводнений, засоления, заболачивания и т. д. Наконец, в культурном ландшафте создаются условия для здоровой жизни населения.

Один культурный ландшафт может обладать положи­тельными качествами многих природных ландшафтов и не иметь их отрицательных свойств. Например, оазис сочетает в себе положительные качества пустыни (много тепла, све­та, плодородные почвы) и лесного ландшафта (хорошее ув­лажнение). Культурный ландшафт может обладать и таки­ми положительными свойствами, которые вообще в природе не встречаются.

Все это показывает большое практическое значение науки о ландшафтах. Она была необходима уже в античном обще­стве, однако тогда не было условий для ее развития. Прежде чем изучить ландшафт в целом, необходимо было изучить его части — атмосферу, горные породы, воды, растения, жи­вотных.

Возможность познания ландшафта возникла только в кон­це XIX в., когда достигли определенного уровня развития ботаника, метеорология, геология, минералогия.

Если уровень естествознания в конце XIX в. уже позво­лял изучать ландшафт, то социальные условия не благопри­ятствовали этому и, что особенно важно, практическому при­менению новой науки. Действительно, практическое значение науки о ландшафтах состоит в создании рациональной систе­мы использования природных ресурсов. При этом ландшафт рассматривается как целостная система. Использование его почв, лесов, вод, полезных ископаемых должно быть тесно между собой увязано, чтобы одна область хозяйства не вре­дила другой.

В царской России частная собственность на землю, леса, воды, недра, анархия производства исключительно затрудня­ли решение этой задачи. После Великой Октябрьской рево­люции положение резко изменилось. Однако «непредвиден­ные последствия» хозяйственной деятельности имеют место в нашей стране и сейчас, а такие явления, как эрозия почв, пыльные бури, катастрофические паводки на реках, загряз­нение атмосферы городов, наносят значительный вред. Но в связи с отсутствием частной собственности на землю и дру­гие средства производства созданы благоприятные возмож­ности для борьбы с этими отрицательными явлениями. Зада­ча, следовательно, состоит в том, чтобы, применяя науку о ландшафтах, предотвратить «непредвиденные последствия», а там, где они уже возникли, успешно с ними бороться.

«Принимая меры для ускорения научно-технического про­гресса, необходимо сделать все, чтобы он сочетался с хозяй­ским отношением к природным ресурсам, не служил источ­ником опасного загрязнения воздуха и воды, истощения земли», — сказано в Отчетном докладе ЦК КПСС XXIV съез­ду Коммунистической партии Советского Союза (Л. И. Брежнев. Отчетный доклад ЦК КПСС XXIV съезду Ком­мунистической партии Советского Союза. М., Политиздат, 1971, стр. 70—71).

В Советском Союзе достигнуты значительные успехи в изучении тайги, степей, тундры, пустынь и других ландшаф­тов, наметились новые области практического применения этой науки. Создалась благоприятная обстановка и для раз­вития теории ландшафта. Как и во многих других отраслях знания, прогресс осуществляется в результате внедрения в науку о ландшафтах идей и методов физики и химии. Так в 40-х годах нашего столетия на грани учения о ландшафтах и геохимии возникло новое научное направление — геохимия ландшафта, которое изучает миграцию химических элементов в ландшафте. Создателем этого направления был Б. Б. По­лынов. Ставится вопрос и об оформлении другого научного направления — «геофизики ландшафта».

Ноосфера. Почти все девственные степи, широколиствен­ные леса, саванны и другие природные ландшафты ныне пре­вратились в ландшафты культурные с городами, рудниками, распаханными полями, садами, искусственными лесами, во­дохранилищами и другими творениями человека. В культур­ном ландшафте одни процессы усилились, другие — ослаби­лись, наконец, развились такие, которые вообще никогда ра­нее на Земле не протекали. Резко ускорилась миграция ато­мов, пришли в движение химические элементы, находящиеся в покое в течение целых геологических эр и периодов — мил­лионов и миллиардов лет.

Десятки и сотни миллионов лет прошли с тех пор, как из углекислого газа и воды с помощью растений сформи­ровались гигантские залежи каменного угля. Все это время уголь лежал почти без изменения, углерод, входящий в его состав, был неподвижен. Но за последние сто лет значитель­ная часть угля была извлечена из земных недр, сожжена, и углерод начал новое странствие по Земле. Он снова соеди­нился с кислородом, вошел в состав углекислого газа. Сжи­гание угля повысило содержание углекислого газа в атмос­фере, а это, в свою очередь, улучшило воздушное питание растений, привело к потеплению климата, повышению раст­воримости горных пород и многим другим важным послед­ствиям, которые мы сейчас еще не полностью учитываем.

Образование углекислого газа за счет окисления органи­ческих веществ протекало на Земле и без участия человека, в этом процессе он «шел вслед за природой». Сжигая еже­годно миллионы тонн угля и нефти, человек только ускорил окисление углерода. Иной характер имеют металлургические процессы, при которых человек в свободном виде получает железо, алюминий, цинк, кобальт, никель, магний, марганец, титан и другие металлы. Здесь он действует «наперекор природе», получает вещества, чуждые земной коре и, как правило, неустойчивые к ней.

В культурном ландшафте совершается грандиозное пере­мещение атомов, их рассеяние и концентрация. С продукцией сельского хозяйства и промышленности атомы данного ланд­шафта начинают миграцию по разным областям и странам, и, наоборот, из самых отдаленных районов поступают в ланд­шафт химические элементы, образующие небывалые в при­роде сочетания. За столом современного человека, в его оде­жде, жилище встречаются атомы с разных континентов, пре­одолевшие моря и океаны, гарные хребты и пустыни. В те­чение немногих лет рассеиваются месторождения полезных ископаемых, накопленные природой за миллионы лет. Это относится к углю, железу, меди, цинку и многим другим хи­мическим элементам. Наоборот, в городах создаются новые группы элементов в несвойственных природе концентрациях. Так, тонны золота хранятся в банках, в то время как круп­нейшие самородки этого металла не превышают нескольких килограммов.

Геохимия ноосферы...

Геохимия ноосферы…

Осушая болота, орошая пустыни, проводя дороги, строя каналы, распахивая миллионы гектаров, человек коренным образом нарушает природные процессы, изменяет миграцию атомов. И эта его деятельность вполне сопоставима с мас­штабами самой природы.

Геохимическую работу человечества А. Е. Ферсман пред­ложил именовать «техногенезом», он подчеркивал, что эти явления надо изучать с позиций геохимии. В результате тех­ногенеза биосфера изменилась. Такую преобразованную био­сферу В. И. Вернадский предложил именовать ноосферой — сферой разума.

С философских позиций для ноосферы по сравнению с биосферой характерна новая высшая форма движения ма­терии — общественная деятельность людей. В ноосфере раз­виты и все низшие формы движения — и механические пере­мещения, и физические, и химические, и биологические про­цессы. Но не они определяют сущность ноосферы, ее свое­образие. Действительно, никакие законы механики, физики, химии, биологии не объяснят, почему нефть по нефтепроводу «Дружба» мигрирует из Приуралья в социалистические страны Европы или почему огромные массы металла и взрыв­чатых веществ были израсходованы во время первой и вто­рой мировых войн. Здесь действуют социальные закономер­ности.

Образование ноосферы сопряжено также с информацион­ным взрывом — резким увеличением количества информации, которую и в данном случае наиболее правильно трактовать как самое широкое и общее понятие — «степень разнообра­зия». В ноосфере мы сталкиваемся с теми же видами инфор­мации, что и в биосфере, т. е. с «информацией в неживой природе» и «биологической информацией». Но здесь также появляется специфическая «социальная информация», свя­занная с общественными процессами, намного расширяются возможности и способы передачи информации, а также ско­рость ее передачи (печать, радио, телевидение и т. д.).

По сравнению с биосферой, миграция в ноосфере стала более разнообразной: наряду с традиционными процессами, характерными для земной коры и биосферы, в ноосфере, как мы убедились, протекают процессы, чуждые нашей планете. При этом биологическая информация часто уменьшается — человек, подчиняя себе природу, делает ее более однообразной. Например, в естественном состоянии в степи растут сотни видов растений, т. е. количество биологической инфор­мации достаточно велико. Распахивая черноземы, человек заменяет естественную растительность посевами пшеницы и других культур, тем самым сильно уменьшая биологическое разнообразие (информацию). Аналогично, сводя тропический лес с его тысячами видов растений и создавая плантации бананов, ананасов, сахарного тростника и т. д., человек еще больше уменьшает биологическую информацию.

Даже по внешнему виду культурные ландшафты однооб­разнее природных. Например, и в лесной и степной зонах сельский культурный ландшафт представляет собой откры­тое пространство с участками, засаженными деревьями (лес­ные полосы, сады и т. д.). В результате в обеих зонах ланд­шафт приближается к лесостепному облику — частично зале­сенной местности.

Не менее характерно в ноосфере уменьшение естественной неорганической информации. Например, распашка почв, удо­брение, осушение, орошение и т. д. сильно нивелируют при­родные почвы, придавая им ряд общих, полезных для чело­века черт.

Однако потеря природной информации в ноосфере с из­бытком компенсируется резким ростом информации за счет работы промышленности. Биосфера никогда не знала мно­гих свободных металлов, полимерных материалов, которые с каждым годом все больше и больше входят в наш быт и технику, множества других производств, без которых не­мыслима современная цивилизация. В целом ноосфера гораз­до разнообразнее биосферы.

Итак, образование ноосферы сопровождалось резким рос­том информации, появлением новых ее видов, новых спосо­бов хранения, переработки и передачи.

Что же принесла человечеству новая геохимия Земли? Что она сулит ему в недалеком обозримом будущем, в бо­лее отдаленной перспективе? Эти вопросы имеют отнюдь не теоретическое «академическое» значение, они затрагивают интересы всего населения земного шара, тесно связаны с материальным и духовным уровнем жизни людей, их здо­ровьем и долголетием.

В ноосфере возникают явления, опасные для жизни чело­века. Изменение состава атмосферы в промышленных цент­рах и крупных городах, катастрофическое усиление эрозии почв, нехватка питьевой и технической воды, рост заболева­ний человека, связанных с развитием техники, ядерные взры­вы — эти и многие другие проблемы современности показы­вают, что неконтролируемая деятельность человечества мо­жет быть источником бедствий.

Это еще раз подчеркивает важность геологического и геохимического анализа деятельности человечества, изучения ноосферы. Это также показывает, что ликвидация войн, мир­ное развитие человечества, плановое хозяйство, исключающее анархию производства, нормальные связи между странами и народами, т. е. все то, что несет с собой и за что борется новый общественный строй — социалистический, становятся абсолютной необходимостью в тот век, когда человек поста­вил себе на службу грозные силы природы.

Преодоление нежелательных последствий хозяйственной деятельности человечества ныне является предметом изуче­ния многих естественных и общественных наук. Анализ это­го вопроса показывает, что человечество уже сейчас в со­стоянии преодолеть указанные недостатки имеющимися у него средствами, что они не являются неизбежным следст­вием цивилизации.