Сегодня наиболее общепризнанной, особенно в отечественной науке, является та система взглядов на биосферу, которую создал В.И. Вернадский, и которая широко вошла в историю науки как “учение о биосфере Вернадского.

Учение о биосфере создано академиком В.И. Вернадским (1863 – 1945), основоположником новой науки – биогеохимии, связывающей химию Земли с химией жизни и установившей роль живого вещества в преобразовании земной поверхности. История Земли содержит следы деятельности живых организмов. Особая роль в биосфере принадлежит понятию живое вещество, под которым подразумевается вся совокупность организмов нашей планеты. Оно отличается очень высокой активностью[1].

Вернадский был убеждён в том, что жизнь вечна, а вопрос о происхождении жизни не научен, т.к. пока не существует рационального способа его решения. Он верил, что на других планетах существует жизнь, а значит и другие биосферы.

Цель данной работы рассмотреть биосферу, человека и космические циклы. Задачи работы рассмотреть:

1. Понятие биосферы

2. Биосфера и человек

3. Влияние космических циклов на биосферу и человека

4. Экологическая обстановка в городе Новосибирске.

1. Биосфера, человек и космические циклы

1.1. Понятие биосферы

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.[2]

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

стратосфера;

ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C.

Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.[3]

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).[4]

Одно из величайших достижений естествознания XX в. - учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество.

Первым начал разрабатывать эту тему учитель Вернадского В. В. Докучаев. Он же обратил внимание на единство материальной и духовной культуры людей с окружающей природной средой. Но если Докучаева волновали в первую очередь практические аспекты этой проблемы, то Вернадский постарался создать теоретически стройную концепцию перехода биосферы в ноосферу в результате разумных преобразований человеком - на основе науки - среды жизни.

1.2. Биосфера и человек

Современный человек сформировался около 30-40 тыс. лет назад. С этого времени в эволюции биосферы стал действовать новый фактор – антропогенный.

Первая созданная человеком культура – палеолит (каменный век) продолжалась примерно 20-30- тыс. лет; она совпала с длительным периодом оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят многочисленные кости диких животных – свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов.

Если мелкие травоядные могли восполнять потери от преследования охотниками благодаря высокой рождаемости, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены этой возможности. Дополнительные трудности для травоядных возникли вследствие изменения природных условий в конце палеолита. 10-13 тыс. лет назад наступило резкое потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе , вымерли крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития, характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским отношением к окружающей среде. В следующую эпоху – неолита - наряду с охотой (на лошадь, дикую овцу, благородного оленя, кабана, зубра, и т.д.), рыбной ловлей и собирательством (моллюски, орехи, ягоды, плоды) все большее значение приобретает процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тыс. лет назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу, ячмень, чечевицу, кости домашних животных – коз, овец, свиней. В разных местах Передней и Средней Азии, Кавказа, Южной Европы развиваются зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется огонь – и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается металлургия.

Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние два столетия, особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы.

Таким образом, человечество интенсивно потребляет как живые, так минеральные природные ресурсы. Однако такое использование окружающей среды имеет свои отрицательные последствия.

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. Однако при современном уровне развития производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом. Человечество с его социальными законами развития и мощной техникой вполне способно влиять на вековой ход биосферных процессов.[5]

1.3. Влияние космических циклов на биосферу и человека

В период солнечной активности, которая наблюдается в настоящее время, на Земле возрастает количество аварий, повышается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому в такие периоды необходимо всем людям быть более осторожными при общении друг с другом (возрастает эмоциональная нестабильность) быть более внимательным, отправляясь в поездку, садясь за руль автомобиля. [6]

2. Экологическая обстановка в месте моего проживания

2.1. Аэрозольное загрязнение атмосферы

Основными источниками загрязнений атмосферы города является автомобильный транспорт (до 66 %), ТЭЦ (до 25 %), коммунальные котельные (до 4 %), предприятия (до 4,5 %) и выбросы частного сектора (печные трубы). Ежегодно в воздушный бассейн выбрасывается 300÷360 тыс. тонн загрязняющих веществ, в том числе тех, концентрация которых превышает предельно допустимые уровни. Более всего воздух в городе загрязнен: формальдегидом (от 3 до 4,5 ПДК), бенз(а)пи­реном (до 3 ПДК), диоксидом азота (до 1,2–1,3 ПДК), аммиаком (до 1,2 ПДК), фтористым водородом (до 1,1 ПДК). пылью (до 1,2 ПДК). Именно автомобильный транспорт определяет уровень загрязнения атмосферы города наиболее опасными канцерогенными и мутагенными веществами: на 82,2 % бенз(а)пиреном и на 99,3 % – формальдегидом, а также другими загрязняющими веществами – оксидом углерода (92,9 %) и оксидом азота (28,3 %).

ТЭЦ, принадлежащие ОАО «Новосибирскэнерго», выбрасывают от 64 до 75 тыс. тонн вредных веществ. Выбросы в атмосферу, главным образом угольной золы, оксида углерода и других вредных веществ от ТЭЦ и котельных, обусловлены сложившейся структурой топливного баланса, т.е. преобладанием в нем твердого и жидкого топлива. Предприятия города выбрасывают в атмосферу от 10 до 14 тыс. тонн вредных веществ ежегодно. Только одно ОАО «Новосибирский оловокомбинат» привносит в воздушный бассейн до 1,9 тыс. тонн токсичных веществ, в том числе до 88 % сернистого ангидрида, который в 60 раз токсичнее оксида углерода.

Уровень загрязнения атмосферы Новосибирска, как и многих крупных городов, зависит не только от количества выброшенных в атмосферный воздух загрязняющих веществ, но и от наличия неблагоприятных метеорологических условий – штилей, инверсий температур, туманов –способствующих накоплению вредных примесей в приземном слое воздуха. При неблагоприятных для рассеивания примесей метеороло­гических условиях, происходит рост концентраций окислов азота, оксида углерода, сажи, пыли. Кроме того, при температуре воздуха свыше 22-24oС и ее небольшом изменении в течение суток в городской атмосфере происходит увеличение содержания формальдегида. В целом рассеивающие способности атмосферы в районе Новосибирска выше чем, например, в Кузбассе и Восточной Сибири, но существенно ниже по сравнению с европейской территорией России, что и отражает повышенный метеопотенциал загрязнения атмосферы.

В городе систематически ведется работа, направленная на снижение загрязнения атмосферы. Существенно сократилось вредное влияние автотранспорта после перевода его в 2000 году на неэтилированный бензин и малосернистое дизельное топливо. Это в частности на 90 % избавило горожан от выбросов автомобилями свинца. Муниципальный транспорт оснащается оборудованием, где в качестве моторного топлива используется сжатый природный газ, что позволяет сократить выбросы оксида углерода в 5 раз, оксидов азота и углеводородов – вдвое, а канцерогенных веществ почти в 100 раз. За последние годы в Новосибирске прошли экологический контроль более 100 тыс. автомобилей. На ТЭЦ постоянно проводятся работы по росту КПД котлоагрегатов, улучшению газоочистки, повышению эффективности золоулавливания, а также подавлению пыления золоотвалов. Введение новых технологий на ряде промышленных предприятий наряду с усилением технологической дисциплины позволило уменьшить загрязнение воздуха в городе.

2.2. Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК)

Предельно-допустимые концентрации (ПДК) - такие концентрации, которые   на человека и его потомство прямого  или  косвенного воздействия,    не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а  также  санитарно-бытовых  условий  жизни  людей.

Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО (Главной  Геофизической  Обсерватории). Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций  сравнивают с  максимальной разовой  предельно допустимой концентрацией  и определяют число случаев,  когда были превышены  ПДК,  а  также  во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК  длительного действия - среднеустойчивой ПДК.

2.3. Химическое загрязнение природных вод

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его   внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока,  разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное   строительство, транспорт,  хозяйственная и бытовая деятельность человека.  Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду,  классифицируют  по-разному,  в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения.[7]

В реках Обь и Иня большая часть загрязнений поступает транзитом от «сопредельных территорий». На участке Оби от Барнаула до Новосибирского водохранилища вода характеризуется как «загрязненная». Новосибирское водохранилище, являющееся водоемом с высокой самоочищающей способностью, принимая загрязненные воды с территории Алтайского края, способствует улучшению качества воды до «умеренно загрязненной». Однако и город вносит немалый вклад в общую массу загрязняющих веществ, вследствие неорганизованных стоков. В пределах городской черты проявляется недостаток водоохранных зон. В настоящее время весь организованный и неорганизованный поверхностный сток с территории Новосибирска в объёме более 65 млн. м3/год поступает в реки Обь, Иня и их притоки без очистки, загрязняя их взвешенными веществами (27 тыс. тонн/год), нефтепродуктами (1,1 тыс. тонн), плавающими веществами (около тысячи м3, органическими и биогенными веществами, а также химическими веществами различной степени вредности, попадающими без очистки в водоемы (20% от общегородского сброса). В 1982 году в городе построены крупнейшие в Сибири очистные сооружения с полной биологической очисткой общегородского стока, а в 1995 году введена вторая очередь загородного самотечного коллектора. Однако до настоящего времени системой ливневой канализации не охвачено около 70 % территории города. Поэтому замеры обнаруживают содержание загрязнений вод в городе выше допустимых рыбохозяйственных нормативов.

Река Обь является основным источником водоснабжения Новосибирска. Из неё на хозяйственно-питьевые нужды ежегодно забирается четырьмя коммунальными и ведомственным (НЗКХ) водозаборами более 700 млн м3. Из подземных источников отбор воды составляет менее 2 % от общего объема потребления, и это опасно: в случае аварийного загрязнения Оби город может оказаться без воды. Для повышения надежности необходима комбинированная система водоснабжения, в которой определенную долю должна составлять вода из артезианских скважин.

Водоснабжение из реки осуществляется четырьмя насосно-фильтровальными станциями, которые обеспечивают со скоростью около 10 м2/сек. подачу потребителям питьевой воды по водопроводным сетям протяженностью около 1300 км. Подготовка питьевой воды осуществляется по классической технологической схеме с применением реагентов, отстаиванием и фильтрованием; обеззараживание производится хлорированием. В коммунальной системе очистки воды в последнее время используются также флокулянты, которые позволяют улучшать бактериологические показатели воды, а также вызывают коагуляцию твердых дисперсных веществ, после чего они легче осаждаются и фильтруются. В результате качество питьевой воды, контролируемое в Новосибирске по 47 различным показателям, существенно улучшилось. Новосибирск даже вошел в 2002 году в пятерку городов страны, в которых качество питьевой воды максимально приближено к санитарным нормам.

Серьезной угрозой водоснабжения города является резкое падение уровня воды в реке Оби и Обском водохранилище, за последние несколько лет этот уровень значительно повысился, вместо прогнозируемых 40 см при проектировании и строительстве водозаборных сооружений. Проведенная в 60-70 годы прошлого века выемка из Оби более 40 млн м³ гравия и песка на засыпку и замыв оврагов русла речки Каменки постепенно привела к усадке дна в районе водозаборов, которые работают в настоящее время в экстремальных условиях, на 60 см выше проектной отметки. Это чревато, если не будут приняты превентивные меры, серьезной угрозой водоснабжения города, поскольку понижение уровня воды продолжается.

2.4. Проблемы утилизации бытовых, строительных и промышленных отходов

Большая экологическая проблема города – промышленные, бытовые, строительные и другие отходы, общий объем которых в Новосибирске составляет 1,4 млн тонн в год. Около 870 тыс. тонн образуется в промышленном производстве, из них более 700 тыс. тонн токсичных. Основными источниками токсичных промышленных отходов являются: ОАО «НОВОСИБИРСКЭНЕРГО», ОАО «Новосибирский оловокомбинат», ОАО «Новосибирский стрелочный завод» и др. Отходы на территории города размещаются на 19 крупных объектах: полигонах (свалках) твердых бытовых отходов, золошлакоотвалах ТЭЦ, шламоотвалах, шлакоотвалах, а также стихийно возникающих неорганизованные свалках, которых ежегодно выявляется до 170 штук. Основная масса токсичных промышленных отходов складируется на площадях предприятий или закрепленных за ними территориях. Даже организованные места складирования отходов часто не обустроены, технология и оборудование не соответствуют современным требованиям. В результате: высокие концентрации вредных и ядовитых веществ, заражение подземных вод выщелоченными продуктами, неприятный запах, разброс отходов ветром, самопроизвольное их возгорание, бесконтрольное образование метана, неэстетичный вид и т.д.

2.5. Охрана природы в городе Новосибирске

На всех предприятиях, выбрасывающих в воздух загрязняющие вещества, строго соблюдаются требования Санэпидемстанции. На предприятиях применяются защитные фильтры, которые осаждают на себя значительную часть вредных примесей. Очень большое значение имеет помощь населения по защите окружающей среды. Часто проводятся акции по очистке загрязненных притоков Оби.

Долгосрочная концепция и прогноз развития территории Новосибирска разрабатываются, исходя из условия улучшения качества городской среды и с позиций  устойчивого развития города, который осуществляет социально-культурную и научно-технологическую миссию в масштабе сибирского региона, а также в рамках мирохозяйственных, научных и культурных международных и межрегиональных связей. В качестве градообразующей и градоформирующей основы городской среды принимается модель поэтапного социально-экономического развития Новосибирска как крупнейшего многофункционального промышленного, транспортного, товаропроводящего, наукоемкого сервисного и административного центра Сибири. Предусматривается также постепенное усиление сервисного сектора экономики за счет ускоренного развития отраслей пятого технологического уклада, производства интеллектуальных, медико-биологических и информационных услуг. Эта концептуальная модель устойчивого развития Новосибирска принята городским сообществом и является основой концепции разрабатываемого генерального плана города.

Заключение

Одно из величайших достижений естествознания XX в. - учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество.

Первым начал разрабатывать эту тему учитель Вернадского В. В. Докучаев. Он же обратил внимание на единство материальной и духовной культуры людей с окружающей природной средой. Но если Докучаева волновали в первую очередь практические аспекты этой проблемы, то Вернадский постарался создать теоретически стройную концепцию перехода биосферы в ноосферу в результате разумных преобразований человеком - на основе науки - среды жизни.

В заключении хотелось бы отметить, что изучая взаимодействие живых и неживых систем В.И. Вернадский выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Занимаясь им же созданной биогеохимеей, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Вернадский подчеркивал также важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.

Список литературы

1.     Горелов А.А. Концепция современного естествознания. - М.: ЦЕНТР, 2001.-751с.

2.     Данилова B.C., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания. - М.: Аспект Пресс, 2002.-649с.

3.     Кокин А.В. Концепции современного естествознания. - М.: «ПРИОР», 1998.-574с.

4.     Концепции современного естествознания /Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.-678с.

5.     Мотылева Л.С. и др. Концепции современного естествознания. - Спб.: Союз, 2003.-725с.

6.     Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1998.-566с.

[1] Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. – Естествознание. М: НОРМА-ИНФРА, 1996. – 264 с.

[2] Данилова B.C., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания. - М.: Аспект Пресс, 2002.-344с.

[3] Кокин А.В. Концепции современного естествознания. - М.: «ПРИОР», 1998.-138с.

[4] Мотылева Л.С. и др. Концепции современного естествознания. - Спб.: Союз, 2003.-215с.

[5] Горелов А.А. Концепция современного естествознания. - М.: ЦЕНТР, 2001.-238с.

[6] Концепции современного естествознания /Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.-224с.

[7] Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1998.-135с.