Ассимиляция (от лат слова assimilatio) – уподобление, слияние, усвоение. В биологическом смысле – анаболизм, в более узком смысле – усвоение питательных веществ живыми клетками (фотосинтез, корневая абсорбция и т.д.)¹.

Применительно к биосфере ассимиляция – способность ее структуры и функции восстанавливаться (испытывать релаксацию) в течение какого-то промежутка времени в зависимости от степени возмущающих факторов, влияющих на сбалансированность обменных процессов с участием живого вещества и хозяйственной деятельности человека.

Биосфера – представляет собой сферу распространения жизни на Земле, которая охватывает нижнюю часть атмосферы (тропосферу), практически всю гидросферу и литосферу – каменную оболочку земной коры.

Верхняя граница жизни на Земле обычно условно проводится по нижней границе озонового слоя в атмосфере на высоте около 12 км, где температура воздуха достигает –50 – (–60ºС). На самом деле при этих температурах жизнь существовать не может. Но озоновый слой средней мощности 500 м прикрывает Землю от проникающей солнечной радиации и тем самым выполняет защитную функцию для живых организмов, заселивших поверхность материков.

Нижняя граница в литосфере проводится по подошве древнейших осадочных комплексов земной коры, где когда-то существовала жизнь (область былых биосфер по В.И.Вернадскому), поскольку осадочные горные породы на Земле были сформированы при участии воды и живого вещества. Подобных коровых образований нет ни на одной из планет Солнечной системы. Поэтому принято считать, что область биосферы включает тропосферу, всю толщу океана и земную кору средней мощности (толщины) в 45 км, потому что земная кора под континентами от поверхности распространяется до глубины 75 км (континентальная кора), а под океаническим дном до глубины 5 – 10 км (океаническая кора).

С учетом среднего радиуса Земли 6371 км, можно отметить, что биосфера составляет ничтожную часть (0,007) радиуса нашей планеты. Но именно в этой части Земли на одном из этапов геологической истории появилась жизнь и разум.

Таким образом, структура биосфера представляет собой сочетание газовой, водной и каменной оболочек Земли, в которых непрерывно протекают обменные (функциональные) процессы энергией (тепловой и солнечной) и веществом. Роль живого вещества в структуре и функции биосферы огромна, поскольку с его помощью, с позиции синергетики, осуществляются эффективные обменные процессы, предотвращающие накоплении энтропии. Живое вещество вовлекает в круговорот обменных процессов практически все металлы в земной коре и способствует возникновению разнообразия минеральных видов из рассеянных атомов горных пород, водных растворов. Именно на Земле, а не в космосе (в составе биосферы), установлено самое большое разнообразие минеральных видов. С помощью участия живого вещества в биосфере образуются специфические минеральные виды в составе живых организмов и в составе отходов хозяйственной деятельности человека.

Термин биосфера введен Э.Зюссом в 1875 г. Учение о биосфере, как об активной оболочке Земли, развито В.И.Вернадским, П. Шарденом. Ныне учение о биосфере охватывает детальнейшие исследование условий ее функционирования по поддержанию жизни в атмосфере, гидросфере, литосфере. В биосфере совокупная деятельность живых организмов (в т.ч. человека, а не только его!), проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. На самом деле хозяйственная деятельность человека не проявилась еще как всепланетарное явление, а охватила только небольшую часть биосферы. Человек проник в глубины земли техническими средствами только до 13 км и лишь делает робкие шаги в освоении океанических глубин. Гиперболизация хозяйственной деятельности человека в биосфере одно из распространенных заблуждений, которое может оказаться небезобидным.

Условия существования под землей, в океане гораздо более сносные, экономически целесообразные, чем в ближнем и дальнем космосе. Человек уже пользуется подземными сооружениями, создавая комплексы подземных коммуникаций (метро, транспортных развязок, хранилищ, шахт и т.д.). Поэтому дальнейшее освоение океанических и подземных глубин неизбежно для сохранения условий комфортного обитания на поверхности планеты. Пока не научимся жить и работать под землей и в океане, мы не сможем серьёзно осваивать космические глубины. И этот опыт человечеству явно необходим. Кто первый из мирового бизнеса осознает это, тот будет управлять миром.

Биосфера связана с окружающим ее космическим пространством и геосферами энергетически, структурно и информационно. Обменные энергетические процессы в ней обусловлены космическим и солнечным излучением, падающими на геосферу извне и тепловым энергетическим потенциалом, идущим изнутри Земли. В этот энергетический круговорот были вовлечены вначале космохимические, геохимические процессы, породившие вначале космохимические, затем биохимические реакции. Появление условий существования жизни привело к биологической эволюции, приведшей к появлению разума. На этом функция природы не закончилась. Эволюция продолжается, только теперь одним из ее факторов стал человек.

Правда, эти знания истории биосферы пока не дают нам основание говорить, что жизнь и разум есть закономерное развитие неживого до тех пор, пока где-нибудь за пределами Земли мы не обнаружим жизнь. Но если это и произойдет, она будет другой. Природа в своем «творчестве» не повторяется. В линиях же эволюции «запрещает» всякие формы межвидового скрещивания и общения в разнообразии видового состава. Как мы не понимаем и никогда не поймем «язык» наших «братьев меньших», так тем более не поймем языка и целевых установок тех жизненных форм, которые где-то сотворит природа. Мы одиноки во вселенной только как результат и одна из возможностей многообразия «творчества» природы, стремящейся к поиску наилучшей самоорганизации. Именно это дает основание нам самим отвечать за свои действия в ней.

Мы, люди, сделавшие громадный прорыв в области естественнонаучного знания, до сих пор не можем дать строгого определения, что такое жизнь. Мы до сих пор мечемся между понятием живого неживого и с удивлением обнаруживаем, что нет этой грани. Что живое есть результат каких-то фазовых переходов органического мира природы. При этом «всюдность», по В.И.Вернадскому, единообразие элементного состава живого и неживого, но не отношений этих элементов в объектах природы, a priori дает нам в руки информацию о единстве живой и неживой материи._ И в этом смысле мы не вправе считать, что жизнь есть особая форма существования материи. Скорее она просто по сравнению с неживым (косным) веществом более скоротечна в структурных превращениях. Следовательно, быстрее подвержена эволюции в образовании более разнообразных и сложных форм биологического движения. Минеральная форма во времени и пространстве медленнее преобразует свой состав и поэтому нам чаще представляется неизменной, мертвой, неживой. _Жизнь – это только одно из свойств материи, способной к автономной самоорганизации на клеточном уровне, обладающей возможностью медленно протекающие процессы превращать в быстропротекающие и на каком-то витке эволюции порождать разум как одну из самых эффективных форм самоорганизации, способный изучать не только самою природу, но и самого себя. Но на этом жизнь не заканчивает свои поиски самоорганизации.

Являясь производной не природы, а ее эволюции, биосфера возникла и развивалась по принципам самоорганизующегося многофункционального живого организма, в котором локальные изменения провоцируют защитные функции биосферы как системы по принципу, который известен в иммунологии. В этом смысле «выработанный иммунитет» биосферы к воздействиям или возмущениям изнутри системы (под влиянием человека как производного эволюции биосферы) провоцирует адекватные защитные реакции по принципу действия и противодействия. Космические же возмущения на биосферу при этом необходимо рассматривать как постоянно действующие, то есть фоновые. В этом смысле возмущающую хозяйственную деятельность человека на биосферу можно рассматривать как подсистему постоянно нарастающего внутреннего влияния на ее структуру и функцию. При этом и подсистема (человек) и система (биосфера) являются самообучающимися, самоорганизующимися. Поэтому человека в системе биосферы нельзя рассматривать односторонне отрицательным фактором, влияющим на состояние ее структуры и функции. В противном случае в рамках самоорганизации биосферы мы можем отнести подсистему человека, не подчиняющимся ее законам, а, стало быть, вышедшим из ее лона. Тогда человек является ее «выродком» или «выкидышем».

Напротив, должно считать, что инертность (как инерционная сущность) биосферы с учетом ее энергетического потенциала, помноженного на время ее существования, несравнимо выше, чем потенциал ее подсистемы хозяйственной деятельности человека. Энергетический потенциал человека по сравнению с биосферой стремится к нулю, поскольку время его интенсивной, как некоторым кажется «разрушительной» деятельности² во много раз меньше времени «созидательной функции» биосферы. Поэтому автору хотелось бы защитить человека от людей, не понимающих выдающейся сущности Homo sapiens, как наиболее эффективного самоорганизованного явления в природе, не противостоящего ей. Несмотря на всю мерзость, которая еще проявляется в крайностях поведения человека, его бытия на популяционном (желание уничтожить в противоборстве людей разным способом) и индивидуальном уровне, он есть лучшее, что могла пока сотворить самоорганизованная сущность природы.

Скорее деятельность человека является своего рода вызовом, возмущающим и провоцирующим необходимые ускоренные структурные и функциональные преобразования в самой биосфере. В этом смысле ускоренная эволюция человека не может не влиять на адекватную ускоренность превращений в биосфере, направленных на поддержание своей целостности как живого организма на основании того же принципа Ле Шателье – Брауна и принципа Больцмана.

По представлениям А.В.Каныгина³ эволюцию биосферы можно представить в виде процессов:

• возникновения новых экологических специализаций, обеспечивающих более высокую эффективность использования, передачи и трансформации вещества и энергии в экосистемах;
• пространственной экспансии жизни на Земле (постепенного преобразования дискретной биосферы в континуальную путем освоения новых биономических зон и биотопов);
• усложнения трофической структуры экосистем (от простейших автотрофно-гетеротрофных прокариотных экосистем архея до современной глобальной экосистемы развитых биоценозов Земли;
• изменение пространственных и энергетических параметров биогеохимических круговоротов.

В данном случае под возникновением экологических специализаций, обеспечивающих более высокую эффективность использования энергии в экосистемах, необходимо понимать такое развитие жизненных форм, которое было бы направлено на предотвращение вырождения материи путем уменьшения энтропии биосферы, то есть повышения ее внутренней энергии, способной прогрессивно развивать эволюцию жизненных форм. Ведь известно, что именно жизнь способна превращать энтропию в ее антипод за счет аккумулирования энергии в отмирающих субстанциях⁴.

Ордовик в истории биосферы рассматривается как один из переломных моментов в ее эволюции. За счет появления новых таксономических групп с более эффективными трофическими адаптациями в бентосных сообществах и освоение гетеротрофными организмами пелагиали в эвфотических зонах морей, в ордовике произошли скачкообразные (случайные) кардинальные изменения в морских экосистемах, предопределившие дальнейшую эволюцию морских биот.

Главная эволюционная стратегия морских организмов докембрия - повышение эффективности адаптаций к физико-химическим условиям среды путем усложнения биологической организации и разделения метаболических и репродуктивных функций на внутриорганизменном уровне. В ордовике морские экосистемы становятся «многоярусными», резко усложнилась их трофическая структура, и сформировался замкнутый биологический цикл в пределах всей морской акватории. Изменяется баланс Са и Мg в морском осадконакоплении. Увеличение количества кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя Земли. Жизнь выходит на сушу. Позднеордовикское вымирание морских биот было следствием катастрофического сокращения жизненного пространств на шельфе, в результате понижения уровня мирового океана за счет связывания больших объемов воды в материковых ледниках после среднеордовикского трансгрессивного максимума. Эта катастрофа привела к тому, что жизненные формы суши, адаптированные к новым условиями, дали новый толчок эволюции органического мира, но уже на суше…

Жизнь ускоряет ход обменных процессов в биосфере и тем самым способствует ускорению самой эволюции во времени косного (минерального) и органического вещества. Приспособительность жизни к изменяющимся условиям велика, несмотря на весьма ограниченный диапазон физико-химических условий, определяющий ареал возможного её распространения. Именно сбалансированность процессов обмена веществом и энергией на протяжении длительной истории существования жизни стало залогом поддержания условий существования жизни на Земле и привело к образования феномена биосферы.

Возраст биосферы определяется с момента появления жизни на Земле (около 4,0 млрд. лет назад). При этом следует акцентировать внимание на том, что жизнь не появилась на земле, а получила развитие из преджизненных форм, которые весьма широко распространены в космосе в составе метеоритного вещества, комет, газов и космической пыли. Современные астрофизические исследования доказали наличие высокомолекулярных органических соединений не только в отдаленных от нас звездных системах, но и в других галактиках. Это может указывать косвенно на то, что преджизненные формы органических соединений являются закономерным развитием материального мира во вселенной. А вот сама биологическая форма жизни может получить развитие из преджизненных образований только в специфических и благоприятных условиях. Эти условия известны: наличие воды в жидком состоянии, озона – специфической формы защиты живого от космической (звездной) радиации для кислородных форм жизни, устойчивых и сбалансированных во времени обменных процессов, протекающих в атмосфере во взаимодействии с водой и минеральным веществом планеты.

Биосфера является открытой системой, поскольку потребляет энергию Солнца. В то же время она не обменивается веществом с момента образования жизни на Земле. Как биологическую форму жизни биосферу можно рассматривать как изолированную, автономно существующую систему, зависящую в основном от поступления на её поверхность солнечной энергии. Без солнечной энергии Земля бы превратилась в мертвую замерзшую планету. Так как современный тепловой поток недр Земли в среднем составляет всего 1,3x10¹⁷кал/см²×с, а на всю поверхность Земли около 1,2x10¹⁹ кал. в сутки. Это почти в 5 миллионов раз меньше энергии, вырабатываемой человеком за это же время за счет сжигания всех видов топлива. В то время как количество солнечной энергии, падающей на Землю и запасенной энергии в органическом веществе слоев Земли на двадцать порядков выше.

Именно относительная равномерность солнечного излучения за геологическую историю существования биосферы на протяжении около 4 млрд. лет создали условия сбалансированности обменных процессов с момента появления протоокеана в оболочке Земли. Тепловая активность самой Земли, выражающаяся активизацией вулканизма в различные геологические эпохи, постоянные приливные возмущения естественного спутника – Луны, оказались важными регуляторами периодичности возмущающих факторов обменных процессов, ведущих всякий раз к новизне в эволюции земной коры и биосферы.

С появлением человека, биосфера начала испытывать на себе влияние возмущающих факторов его хозяйственной деятельности, нарушающих сбалансированность обменных процессов, сложившихся за последние миллионы лет эволюции. В силу огромных масс, участвующих в обменных процессах атмосферы, гидросферы, литосферы и живого вещества, возмущения хозяйственной деятельности человека должны подавляться инертностью биосферы. Отсюда, способность восстанавливать свои функции сбалансированности обменных процессов биосферы тем выше, чем меньшие массы вещества и энергии вовлекает в обменные процессы хозяйственная деятельность человека.

Ссылки