Ресурсы биосферы

Становление биосферы началось с момента появления жизни на Земле.

Около 5 миллиардов лет тому назад поверхность нашей планеты состояла из нагромождения скал, лавовых потоков и атмосферы, которая содержала пары воды, метан, аммиак и водород. Солнечная энергия проникала на Землю в гораздо большем количестве, чем теперь, поскольку в те времена отсутствовал озонный экран, задерживающий большое количество коротковолновых ультрафиолетовых лучей. Усиленная вулканическая деятельность и грозовые разряды, большие водные поверхности способствовали образованию новых соединений. Возникали молекулы Сахаров, аминокислот и других простейших углеродсодержащих молекул, ч из которых построены белки, нуклеиновые кислоты, жиры и вещества — переносчики энергии — такие, например, как аденозинтрифосфат (АТФ).

Наш знаменитый соотечественник, профессор Казанского университета А. М. Бутлеров ещё в 1861 году показал, что в растворе формалина и известняковой воды образуется сахарное вещество. Учеными доказано также, что при прохождении искры через смесь метана, аммиака, водорода и воды возникают аминокислоты — глицин, аланин, саркозин и др., а также органические кислоты — муравьиная, уксусная, молочная, т. е. образуются предпосылки для возникновения простейших организмов. А дальше все осуществлялось, как пишет академик А. И. Опарин, путем длительной эволюции. Органические вещества накапливались в воде, концентрировались в неровностях дна, образовывали «молекулярные рои». Наряду с этим здесь должны были возникать комплексы коллоидных частиц — коацерваты. Среди коацерватных капель шел отбор наиболее устойчивых, наиболее приспособленных к условиям среды. Неприспособленные распадались, приспособленные делились и совершенствовались. Естественно, что сохраняться могли только те капли, которые входили хотя бы в самые элементарные формы обмена со средой. Способность к избирательной адсорбции (поглощению) у коацерватных капель постепенно, под действием эволюционного процесса преобразовывалась в обмен веществ. Следующим этапом была способность к самовоспроизведению.

С возникновением самовоспроизведения окончилась предыстория развития жизни. Коацерватная капля превратилась в простейший живой организм.

Возраст Земли в настоящее время определяется в 5,0—5,5 миллиарда лет. Первые следы жизни на нашей планете обнаружены в слоях, возраст которых близок к 4 миллиардам лет. В этот бескислородный период жизни лучи солнца, создавшие «строительный материал» для молекул жизни, были смертельно опасны для самой жизни. Поэтому на заре своего развития жизнь могла сохраниться только под защитой толстого слоя воды.

Только с накоплением в атмосфере Земли кислорода и образованием озонного экрана жизнь развернула свои потенциальные возможности, вышла из водной среды и захватила практически всю нашу планету.

С появлением на нашей планете живого вещества и его дальнейшей эволюцией началось развитие и формирование современного живого покрова, где сосредоточена жизнь, — биосфера Земли. В. И. Вернадский (читайте статью «Учение В. И. Вернадского о биосфере») в последние годы своей жизни дал обобщенное и несколько упрощенное определение биосферы: «Это среда нашей жизни, это та «природа», которая нас окружает…» Будем считать эти понятия тождественными.

Несмотря на то, что суша занимает всего 29,2% поверхности нашей планеты, на ней сосредоточено 99,9% биомассы, причем на долю животных и микроорганизмов приходится менее одного процента, а 99% биомассы составляет растительность.

Биомасса растительности на Земле превышает биомассу животных, но по разнообразию видов флора уступает фауне раза в три.

Долгое время низшим сообществом в природе считался биоценоз. Термин был предложен немецким гидробиологом К. А. Мебиусом в 1877 г., в настоящее время он принят во всем мире для обозначения совокупности растений, животных и микроорганизмов, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях как между собой, так и окружающей средой.

В 1940 г. наш замечательный ученый, академик В. Н. Сукачев расширил понятие биоценоза и предложил термин биогеоценоз, под которым понимал однотипное растительное сообщество вместе с населяющим его животным миром, микроорганизмами, с соответствующим участком земной поверхности. Биогеоценозы являются низшей единицей биосферы, и сейчас этот термин начинает завоевывать «права гражданства» во многих странах мира. Биогеоценоз — понятие совершенно конкретное. Например, когда мы говорим о биогеоценозе песчаных тамарисковых пустынь, то его границы проходят там, где кончается тамариск и песок.

Биогеоценозы объединяются в ландшафты — участки суши, характеризующие достаточно большие площади, имеющие общие черты строения, особенности климата, рельефа, почвы, растительности и животного мира. Например, мы можем говорить о полевом, лесном или пойменном ландшафтах.

Ландшафты объединяются в зоны, которых в нашей стране шесть — арктическая, зона тундры, леса, степей, пустынь и гор. В настоящее время принято выделять переходные подзоны — лесотундры, лесостепи, лесополья, полупустынь, предгорий и т. д. Таким образом, в плоскостной проекции биосфера подразделяется на зоны, подзоны, ландшафты и биогеоценозы.

Все компоненты биогеоценозов находятся во взаимной связи и взаимной обусловленности. Ф. Энгельс в «Диалектике природы» писал, что в природе ничто не совершается обособленно. Каждое явление воздействует на другое и обратно, и в забвении факта этого всестороннего движения и взаимодействия и кроется в большинстве случаев то, что мешает нашим естествоиспытателям видеть ясно самые простые вещи. Многочисленные исследования биогеоценозов суши показывают, что их существование в основном зависит от двух факторов — сохранения, оптимальной структуры биомассы и нормального биологического круговорота веществ. К примеру, резкое увеличение численности лосей в сосновых молодняках приводит к потере значительного количества деревьев, к расстройству насаждений и даже их гибели. Известно, если мы искусственно уменьшаем численность и видовой состав животных того или иного биогеоценоза, это приводит к обеднению видового состава растений, поскольку они не находят своего потребителя. Обедненные биогеоценозы теряют свою сопротивляемость к неблагоприятным условиям, среды, снижают свою производительность.

В круговороте веществ в биогеоценозах ведущее место, несомненно, принадлежит фотосинтезу. Известно, что в процессе фотосинтеза зеленые растения ежегодно усваивают из атмосферы около 170 млрд. тонн углекислого газа, фотохимически разлагают около 130 млрд. тонн воды и выделяют из нее в виде свободного газа 115 млрд. тонн кислорода. Помимо этого они ежегодно вовлекают в процесс первичного синтеза органических веществ около 2 млрд. тонн азота, около 6 млрд. тонн фосфора и других элементов минерального питания (К, Са, Mg, S, Fе, Си, Мо и др.).

Поглощая много солнечной энергии, наземные зеленые растения испаряют около 16*1012 тонн воды в год. Для сохранения относительной стабильности биологического круговорота какая-то часть органических веществ должна потребляться животными и микроорганизмами. Громадная армия насекомых-грызунов и копытных поедает зеленую растительную массу; часть ее опадает в виде листьев, хвои, отмерших трав, семян и потребляется животными, обитающими в верхних слоях почвы, бактериями и грибами, накапливается в виде гумусного слоя. Достаточно сказать, что липа за 80 лет жизни в виде листвы, семян и мелких сучьев, так называемого лесного опада, вносит в почву значительно больше питательных веществ, чем взяла их на формирование древесины.

В водных биогеоценозах биомасса составляет менее 1% всей биомассы, имеющейся на суше. Однако возможности использования ее для пищи человеку гораздо больше. Дело в том, что темпы роста водных растений несравнимы с темпами роста наземных. Установлено, что одноклеточные морские водоросли при оптимальных условиях способны за день увеличивать свою биомассу в 366 раз. Следовательно, даже если морские животные за ночь съедают половину всего фитопланктона, то в дневные часы за счет размножения биомасса фитопланктона восстанавливается. Подсчитано, что с одного га, занятого морскими водорослями, можно получить столько белка, сколько дает 25 га пшеничного или 10 га картофельного поля, ведь с единицы «морского поля» можно собирать 10—15 урожаев водорослей в год.

Перспективы увеличения белковой продукции океана громадны, и наша страна в этом отношении имеет большие возможности. Протяженность морского побережья России около 60 000 км, а вместе с побережьями многочисленных островов — около 180 000 км. Более двух третей наших границ — морские. Прибрежные участки моря, или, как их называют, шельфы (подводные продолжения материка с глубинами обычно менее 200 м), как правило, наиболее продуктивны. Прав академик Л. А. Зенкевич, который говорил, что скоро заявит о своем рождении новая наука — подводная агрономия. Она должна будет изучить законы, управляющие жизнью водных биогеоценозов; все детали круговорота веществ в водной среде, постоянное обогащение донных отложений за счет отмирания водных растений и возможности расселения животных организмов из зоны произрастания водорослей в другие участки океана. Подсчитано, что в одном кубометре воды в зоне мелководий, занятых зарослями водной растительности, находится более 4 миллионов мелких живых существ. При использовании водной растительности надо помнить, что нарушение этого ценоза окажется не только на данном участке, но и далеко за его пределами.

К настоящему времени проведены исследования по выявлению потенциальной продуктивности Мирового океана. Сейчас в среднем улов рыбы в Мировом океане составляет около 70 миллионов тонн в год. На первом месте стоит Перу, далее Япония и Россия. В океане, занимающем, как известно, 361 млн. км2, обнаружены своеобразные пустыни. Наиболее рыбопродуктивными акваториями являются мелководья, прибрежные шельфовые зоны, занимающие около 9% мирового океана, где заготовляется более 85% общего улова рыб, и на 1 км2 рыбопродуктивность достигает 3000 кг, тогда как в глубинной части океана она обычно менее 10 кг. На первом месте стоят рыбы, питающиеся зоопланктоном, их около 66% (сельди, сардины и т. д.); на втором месте хищные рыбы, их около 21%; на третьем месте рыбы, питающиеся растительностью, их всего около 8% и, наконец, рыбы, берущие пищу в донных отложениях (бентософаги), их менее 5%. Если это сравнить с пищевыми связями в наземных сообществах, то здесь около половины животных питаются растительной пищей. Каковы же перспективы увеличения добычи рыбы в Мировом океане? Большинство специалистов считают, что пределом является 100 миллионов тонн и что сейчас уже надо переходить от промысла к разведению рыб и других морских продуктов. Очень поучительны экспериментальные данные, показывающие, что при хорошо поставленном хозяйстве с одного га можно получить три тонны рыбы или 58 тонн моллюсков из рода гребешков, или 300 тонн двустворчатых моллюсков, мидий, дающих вполне съедобное, питательное мясо.

Повышение продуктивности пресных водоемов также сулит большие возможности. Достаточно сказать, что в Венгрии при хорошо поставленных подкормочных работах с одного гектара пруда получают до 5 тыс. кг рыбы, в США в последнее время резко повысилась стоимость неудобных земель, где можно устроить водоем. Искусственное озеро засаживается водной растительностью — фитопланктоном, рдестами, элодеей и т. д., заселяется дафниями, циклопами, личинками комаров-хирономид, идущими на корм рыбам. После этого туда выпускают два-три вида рыб, водоплавающих птиц, ондатр или нутрий. Только так можно наиболее полно использовать потенциальные возможности водоема, и юн даст такие доходы, которые невозможно получить с равнозначной площади черноземов.

Ведущий ихтиолог нашей страны Г. В. Никольский ратовав за выращивание рыбы на термальных прудах, где замечет сброса теплых вод промышленности круглый год поддерживается оптимальная для них температура и ведется систематическая подкормка. При этом рыба быстро растет и с одного гектара можно получать ее более 10 000 кг. Вот каковы возможности замкнутых водоемов при научно обоснованной их эксплуатации.