Біосфера та ноосфера
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
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 = —СУМАPlog2P, трактующая количество информации, стала не менее знаменитой, чем соотношение массы и энергии Эйнштейна Е = тс2. В 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:
- Как изменяется вещество в данном процессе?
- Какова энергетическая сторона данных процессов, в какой форме при этом выделяется энергия (в тепловой, химической, механической, световой, электрической и др.) и в каких количествах?
- 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…
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 — 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 (О2, 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:
- Верхнюю, биосферу, в которой развиваются живые организмы и где ведущее значение имеет живое вещество.
- 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…
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.