Людина завжди стикалася з оточуючим її світом живої природи, з величезною різноманітністю рослин і тварин, здавна вивчили зовнішню і внутрішню будову живих організмів, дослідили особливості їх анатомії, фізіології, закономірності розвитку, взаємозв’язок з навколишнім середовищем. Було з’ясовано, що організми існують в найрізноманітніших умовах і життя є практично і на поверхні материків, і в товщі океанів та морів, і навіть в атмосфері. Ця цілком очевидна істина привернула увагу українського мінероглога-геохіміка В.І Вернадського. Базуючись на масштабних дослідженнях і розрахунках, він вперше показав глобальне значення всієї сукупності організмів нашої планети.
Виявилось, що живі організми є могутнім фактором, що перетворює Землю. Товща гірських порід, вод і атмосфери, що змінилися під впливом життя і було названо біосферою. Тепер це слово зустрічається на шпальтах газет, звучить у виступах політичних та суспільних діячів, стає зрозумілим не лише вченим, але й всім людям. Останнім часом все частіше і тривожніше виникає обґрунтована стурбованість долею довкілля, особливого значення набувають проблеми охорони і раціонального використання природних ресурсів. Це вимагає високого рівня наших знань про біосферу.
Життя на нашій планеті виникло мільярди років назад в процесі тривалої еволюції різноманітних фізико-хімічних систем, які включали й органічні речовини. Близько 400 млн. Років назад перші живі істоти почали заселяти сушу. Сьогодні ж скрізь поширені різноманітні нащадки перших організмів. Всі сучасні види рослин, тварин і мікроорганізмів тією чи іншою мірою споріднені між собою. Всі вони протягом мільярдів і мільйонів років живилися, розмножувались, відмирали і змінювались під впливом природного добору і завжди впливали на середовище свого існування, корінним чином обновився склад атмосфери, природних вод, осадових порід. Кисень, поклади вугілля, нафти, вапняків, ґрунтовий покрив – прямий результат діяльності живих організмів. Непрямих результатів впливу живого є ще більше і вони не менш важливі (наприклад – озоновий екран атмосфери, що затримує згубне для всіх наземних мешканців короткохвильове космічне випромінювання).
Сучасна діяльність людини багато в чому нанесла шкоду довкіллю, тому одне з завдань сучасної екології – це вивчення регуляторних процесів в біосфері, створення наукового раціонального її використання.
Термін «біосфера» з'явився у науковій літературі у 1875 році. Його автором був Едуард Зюсс (з яким B.I. Вернадський був знайомий особисто), де вчений у межах Земної Кулі виділив декілька структурних частин – оболонок, які назвав геосферами. Одна з геосфер отримала назву біосфера.
Струнке вчення про біосферу було розроблене у 1926 роціB.I. Вернадським і цим же роком датована його книга «Біосфера», яка вийшла у Ленінграді, де він дав таке визначення біосфери - це оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої значною мірою обумовлені життєдіяльністю живих організмів. За теорією В.І.Вернадського біосфера - це глобальна єдина система Землі, де існує або коли-небудь існувало життя і весь основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визначається життям.
В класичних дослідженнях академіка В.І Вернадського переосмислені, конкретизовані і збагачені новим змістом первинні уявлення про біосферу, ним розроблене цілісне і відносно довершене вчення про біосферу.
В.І.Вернадський показав все значення біосфери в геохімічних процесах Землі. В працях вченого визначені місце і роль біосфери відносно геосфер і виявлені її якісні особливості.
Біосфера займає особливе місце по відношенню до геосфер. Біосфера – це своєрідна оболонка Землі, або область поширення життя. Від геосфер вона відрізняється і тим, що в її межах проявляється геологічна діяльність живих істот рослин, тварин, мікроорганізмів і людини.
Подальший розвиток наука про біосферу одержала в працях С.І.Вавілова, А.П.Виноградова та Е.Н.Павловського.
Існує декілька визначень біосфери. Більшість сучасних екологів (Ю.Одум, В.Д.Федоров, Т.Г.Гільманов, М.Ф.Реймерс, К.М.Ситник) розуміють біосферу як об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв’язку з фізичним середовищем Землі. З цього погляду біосфера є сукупністю екосистем нашої планети.
Принципові положення теорії В.І.Вернадського
І. Вернадський виділяв рівні (основні структурні компоненти) речовин біосфери. Кожна з цих складових характеризується специфічною, динамічною структурою та організацією.
1) жива речовина (сукупність організмів різних видів).
“Я називатиму живою речовиною сукупність живих організмів, виражену в вазі, хімічному складі, у мірах енергії та характері простору”(В.І.Вернадський).
Жива речовина характеризується також різноманітністю видів і їх чисельністю, а також тенденцією росту їх кількості в процесі еволюції живої природи.
Форми життя дуже різноманітні. Нараховується біля 500 тис видів рослин і біля 1.5млн видів тварин. При всій різноманітності видів, маса живої речовини на Землі відносно невелика 105-106 км3. якщо цю величину прийняти за 1, то маса атмосфери 10, гідросфери 10000, літосфери 100000, а маса всієї Землі 100 млн.
2) біогенна речовина - органо-мінеральні та органічні продукти, створені
організмами (всі форми дендриту, кам'яне вугілля, нафта, газ тощо);
3) нежива (косна, кістякова речовина) - неживі неорганічні сполуки, речовини, в утворенні яких живі організми участі не брали (гірські вивержені породи, мінерали, опади);
4) біокістякова речовина - неорганічні продукти, що утворюються в результаті взаємодії живої і кістякової речовин, (кисень, створений зеленими рослинами; основним видом біокістякової речовини є вода, а основним біокістяковим тілом - грунт; до суміші біогенних речовин з мінеральними породами небіогенного походження відносяться мул, природні води, газо- та нафтоносні сланці, частина осадових карбонатів, ландшафти); сама біосфера є біокістяковою системою.
5) радіоактивні речовини;
6) розсіяні атоми;
7) речовини космічного походження (метеорити).
II. Енергія Сонця - космічне джерело енергії в біосфері. Речовина біосфери приймає космічну енергію і стає активною. Організми трансформують променисту енергію Сонця в хімічну згідно із законами термодинаміки. Залежно від джерела енергії Вернадський говорив про живу речовину І-го і ІІ-го порядків,
III. "Тиск життя". В. І. Вернадський відзначав здатність живої речовини постійно зростати, розрахував швидкість можливого заселення поверхні Землі деякими організмами за умов безперешкодного існування. Так, для деяких бактерій достатньо 1,3 — 1,8 доби для заселення поверхні планети.
Ще одним проявом активності живих організмів є інтенсивність розмноження. За ідеальних умов (теоретично) вона може сягати швидкості звуку., так, одноклітинна водоросль діатомея теоретично здатна за 8 днів утворити масу речовини, що дорівнює масі Землі, а наступного дня подвоїти її.
IV. Роль живих організмів. В.І. Вернадський вперше відзначив геологічну роль живих організмів. Саме завдяки їх діяльності відновний характер давньої атмосфери, в якій переважали NН3, СН4, СО, СО2, змінився на окисний з переважанням N2, О2 та незначним вмістом СО2.
Значення живих організмів:
· акумулюють сонячну енергію, трансформує її в енергію земних процесів (хімічну, механічну, теплову, електричну) - поклади кам’яного вугілля – це сонячна енергія, накопичена зеленими рослинами минулих геологічних епох;
· багато мінералів і гірських порід мають біогенне походження (осадові родовища сірки, заліза, мангану та інших металів), осадові породи вапняків;
· накопичують хімічні елементи у тканинах свого тіла: Fe, Cu, Mn, N, S, P тощо, а також у середовищі життя: земні рослини збагачують атмосферу і воду киснем, накопичують азот у ґрунті;
· більшість хімічних елементів здійснюють кругообіг через біосферу.
· в кінцевому рахунку жива речовина породила склад атмосфери, гідросфери, ґрунту.
· живі організми змінили рельєф земної поверхні, посиливши процеси осадонакопичення, вивітрювання та ерозії;
· впливають на мікроклімат та геофізичні умови свого існування.
V. "Плівки життя". B.I. Вернадський підкреслював повсюдність життя, яке в біосфері поширене в трьох основних середовищах: літосфері, гідросфері та атмосфері.
Одна із основних особливостей живої речовини - це й неймовірно різноманітний розподіл у різних частинах біосфери. Життя слабо розвинене у пустелях, тундрах, на глибині океану, високо у горах, тоді як інших ділянках біосфери - дуже щільне і різноманітне.
Найбільш висока концентрація живої речовини знаходиться на межах розподілу головних середовищ - у ґрунті як граничному шарі між атмосферою та літосферою, у поверхневих шарах океану, на дні водойм і, особливо, у лиманах, на літоралі, де всі три середовища - грунт, вода та повітря знаходяться поряд.
Місця найбільшої концентрації організмів називають «плівками життя».
VI. "Ноосфера". В. І. Вернадський зазначав, що можливості людини з її розумом і технікою такі значні, що вона може втручатись в хід геолого-хімічних процесів Землі і навіть змінювати їх природний напрямок. Людство має усвідомити свою силу і роль у біосфері і тоді настане новий етап її розвитку.
Вернадський передбачав перехід біосфери в новий стан, так звану сферу розуму -”ноосферу” (noos - в перекладі з грецької : розум, дух ), в якій людина стане основною геологічною силою.
Ноосфера - це етап розвитку біосфери, на якому людина, свідомо використовуючи свої знання, буде підтримувати існування біосфери та сприяти її розвитку.
Вчення Вернадського про ноосферу включає 4 основні положення:
1. Ноосфера - історично останній стан геологічної оболонки біосфери, що перетворюється діяльністю людини.
2. Ноосфера - сфера розуму і праці.
3. Зміни біосфери обумовлені як свідомою, так підсвідомою діяльністю людини.
4. Розвиток ноосфери пов’язаний з розвитком соціально-економічних факторів.