Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было
отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу,
гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера
имеет подразделения в соответствии с
основными средообразующими факторами: террабиосфера и литобиосфера—в пределах геобиосферы, маринобиосфера
(океа-нобиосфера) и аквабиосфера — в
составе гидробиосферы. Данные образования называют подсферами. Ведущим
средообразующим фактором в их образовании является физическая фаза среды жизни:
воздушно-водная в аэробиосфере, водная (пресноводная и солено-водная) в
гидробиосфере, твердо-воздушная в террабиосфере и твер-доводная в литобиосфере.
В свою очередь, все они распадаются на слои:
аэробиосфера — на тропобиосферу и
альтобиосферу; гидробиосфера — на
фотосферу, дисфотосферу и афотосферу.
Структурообразующие факторы здесь, помимо физической
среды, энергетика (свет и тепло), особые условия формирования и эволюции жизни — эволюционные направления проникновения биоты
на сушу, в ее глубины, в пространства над землей, бездны океана, несомненно,
различны. Вместе с апобиос-ферой, парабиосферой и другими под- и надбиосферными
слоями они составляют так называемый «слоеный пирог жизни» и геосферы
(экосферы) ее существования в пределах границ мегабиосферы (рис. 12.40).
Рис. 12.40. Протяженность биосферы по вертикали и
соотношение
поверхностей,
занятых основными структурными единицами
(по Ф. Рамаду, 1981)
Перечисленные образования в системном отношении — это крупные функциональные части фактически
общеземной или субпланетарной размерности. Общая иерархия подсистем биосферы
представлена на рис. 12.41.
Рис. 12.41. Иерархия экосистем биосферы (по Н. Ф.
Реймерсу, 1994)
Ученые считают; что в биосфере имеется восемь - девять уровней относительно самостоятельных
круговоротов веществ в пределах взаимосвязей семи основных вещественно-энергетических
экологических компонентов и восьмого —
информационного (рис. 12.42).
Рис. 12.42. Экологические компоненты (по Н. Ф.
Реймерсу, 1994)
Глобальные, региональные и местные круговороты
веществ незамкнуты и в рамках иерархии экосистем частично «пересекаются». Это
вещественно-энергетическое, а отчасти и информационное «сцепление» обеспечивает
целостность экологических надсистем вплоть до биосферы в целом.
Общие
закономерности организации биосферы. Биосферу формируют в большей степени не внешние
факторы, а внутренние закономерности. Важнейшим свойством биосферы является
взаимодействие живого и неживого, нашедшего отражение в законе биогенной
миграции атомов В. И. Вернадского, и рассмотрено нами в разделе 12.6.
Закон биогенной миграции атомов дает возможность
человечеству сознательно управлять биогеохимическими процессами как в целом на
Земле, так и в ее регионах.
Количество живого вещества в биосфере, как известно,
не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована в
виде закона константности количества
живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы для
данного геологического периода есть константа. Практически данный закон
является количественным следствием закона внутреннего динамического равновесия
для глобальной экосистемы — биосферы.
Поскольку живое вещество в соответствии с законом биогенной миграции атомов
есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то или его количество
должно быть постоянным, или должны меняться его энергетические характеристики.
Закон физико-химического единства живого вещества (все живое вещество Земли физико-химически едино) исключает значительные
перемены в последнем свойстве. Отсюда для живого вещества планеты неизбежна
количественная стабильность. Она характерна в полной мере и для числа видов.
Живое вещество как аккумулятор солнечной энергии
должно одновременно реагировать как на внешние (космические) воздействия, так и
на внутренние изменения. Снижение или увеличение количества живого вещества в
одном месте биосферы должно приводить к процессу с точностью наоборот в другом
месте, потому что освободившиеся биогены могут быть ассимилированы остальной
частью живого вещества или будет наблюдаться их недостаток. Здесь следует
учитывать скорость процесса, в случае антропогенного изменения намного более
низкую, чем прямое нарушение природы человеком.
Помимо константности и постоянства количества живого
вещества, нашедшего отражение в законе
физико-химического единства живого вещества, в живой природе наблюдается
постоянное сохранение информационной и соматической структуры, несмотря на то»
что она и несколько меняется с ходом эволюции. Данное свойство было отмечено Ю.
Голдсмитом (1981) и получило название закона сохранения структуры биосферы — информационной и соматической, или первого закона экодинамики. .
Для сохранения структуры биосферы живое стремится к
достижению состояния зрелости или экологического равновесия. Закон стремления к климаксу — второй закон экодинамики Ю. Голдсмита,
относится к биосфере и другим уровням экологических систем, хотя и имеется
специфика — биосфера более закрытая
система, чем ей подразделения. Единство живого вещества биосферы и
гомологич-ность строения ее подсистем приводят к тому, что сложно переплетены
эволюционно возникшие на ней живые элементы различного геологического возраста
и первоначального географического происхождения. Переплетение различных по
пространственно-временному генезисуалементов во всех экологических уровнях
биосферы отражает правило или принцип гетерогенеза живого вещества. Данное
сложение не является хаотичным, а подчинено принципам экологической
дополнительности (комплементарности), экологического соответствия
(конгруэнтности) и другим закономерностям. В рамках экодинамики Ю. Голдсмита
это третий ее закон — принцип экологического порядка, или
экологического мутуализма, указывающий на глобальное свойство, обусловленное
влиянием целого на его части, обратного воздействия дифференцированных частей
на развитие целого и т. п., которое в сумме ведет к сохранению стабильности
биосферы в целом.
Взаимопомощь в рамках экологического порядка, или
системный мутуализм, утверждается законом
упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной
определенности: заполнение пространства внутри природной системы из-за
взаимодействия между ее подсистемами упорядочено так, что позволяет
реализоваться гомеостатическим свойствам системы с минимальными противоречиями
между частями внутри ее. Из данного закона следует невозможность длительного
существования «ненужных» природе случайностей, включая и чуждые ей.создан-ные
человеком. В число правил мутуалистического системного порядка в биосфере
входит и принцип системной дополнительности,
который гласит, что подсистемы одной природной системы в своем развитии
обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других
подсистем, входящих в ту же систему.
К четвертому закону экодинамики Ю. Голдсмита относят
закон самоконтроля и саморегуляции
живого: живые системы и системы под управляющим воздействием живого
способны к самоконтролю и саморегулированию в процессе их адаптации к
изменениям в окружающей среде. В биосфере самоконтроль и саморегуляция
происходят в ходе каскадных и цепных процессов общего взаимодействия — в ходе борьбы за существование естественного
отбора (в самом широком смысле этого понятия), адаптации систем и подсистем, широкой
коэво-люции и т.д. При этом все эти процессы ведут к положительным «с точки
зрения природы» результатам — сохранению
и развитию экосистем биосферы и ее как целого.
Связующим звеном между обобщениями структурного и
эволюционного характера служит правило автоматического
поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции
и взаимодействия с абиотическими факторами автодинамически поддерживает среду
жизни, пригодную для ее развития. Данный процесс ограничен изменениями,
космического и общеземного экосферного масштаба и происходит во всех
экосистемах и биосистемах планеты, как каскад саморегуляции, достигающей
глобального размаха. Правило автоматического поддержания глобальной среды
обитания следует из биогеохимических принципов В. И. Вернадского, правил
сохранения видовой среды обитания, относительной внутренней непротиворечивости
и служит константой наличия в биосфере консервативных механизмов и одновременно
подтверждением правила системно-динамической комплементарности.
О космическом воздействии на биосферу
свидетельствует закон преломления
космических воздействий: космические факторы, оказывая воздействие на
биосферу и особенно ее подразделения, подвергаются изменению со стороны
экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и
сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Обобщение здесь имеет значение
в связи с тем, что зачастую идет поток синхронного воздействия солнечной
активности и других космических факторов на экосистемы Земли и населяющие ее
организмы (рис. 12.43).
Следует отметить, что многие процессы на Земле и в
ее биосфере хотя и подвержены влиянию космоса и предполагаются циклы солнечной
активности с интервалом в 1850, 600,400, 178, 169,88,83,33,22,16,
11,5(11,1), 6,5 и 4,3 года, сама
биосфера и её подразделения не обязательно во всех случаях должны реагировать с
той же цикличностью. Космические воздействия системы биосферы могут блокировать
нацело или частично.