Экоцивилизация. Путь перемен ради жизни

По мере дегазации недр Земли и развития гидросферы – выделения воды в виде свободной жидкости, возникшие в грунте наиболее примитивные формы жизни, вероятно, еще в виде простых ассоциаций сложных органических молекул или содержащих рибонуклеиновые кислоты образований, могли переместиться в воду молодого Мирового океана раннего архея. В результате, в архейской эре появились самые примитивные одноклеточные организмы – цианобактерии и водоросли-прокариоты (безъядерные клетки), уже ограниченные от внешней среды защитными полупроницаемыми мембранами, но еще не обладаюшие обособленным ядром. По-видимому, тогда же появились и первые фотосинтезирующие одноклеточные микроорганизмы – сине-зелёные водоросли, способные окислять железо, так как кислорода в первичной вулканической атмосфере Земли практически не было.

В настоящее время атмосфера Земли более чем на 20% по объёму состоит из свободного кислорода, который есть не что иное, как «побочный» продукт фотосинтеза цианобактерий, водорослей и высших растений за всю историю биосферы. Для того чтобы кислород начал накапливаться в атмосфере, хотя бы часть образованного в ходе фотосинтеза вещества должна быть выведена из круговорота, то есть не перерабатываться его потребителями. Кислород преобразуют все дышащие многоклеточные организмы, микроорганизмы, разлагающие органическое вещество и растения в темновой фазе фотосинтеза. В архее этих потребителей ещё не было, поэтому кислород расходовался на окисление горных пород, в изобилии содержавших железо. Так образовались месторождения железных руд, которые сейчас разрабатываются человеком, например Курская магнитная аномалия, сформировавшаяся более 2 млрд. лет тому назад[6 - Алексей Гиляров «Содержание кислорода в атмосфере Земли менялось скачком» // «Элементы». Новости Науки. [Электронный ресурс] URL: https://elementy.ru/novosti_nauki/430368/Soderzhanie_kisloroda_v_atmosfere_Zemli_menyalos_skachkom (https://elementy.ru/novosti_nauki/430368/Soderzhanie_kisloroda_v_atmosfere_Zemli_menyalos_skachkom)].

Накопление О

в атмосфере, в % от современной концентрации

Поэтому в течение примерно 300 миллионов лет деятельность цианобактерий в архейской эре не приводила к заметному увеличению содержания кислорода в атмосфере. Ситуация изменилась, когда произошли коренные изменения в твёрдом веществе планеты, связанные в первую очередь с уходом железа вглубь Земли и образованием металлического ядра. Сток кислорода из атмосферы практически прекратился, и началось его накопление, как это показано на приведённом графике.

Земля в протерозойской эре

В конце архея произошла глобальная перестройка нашей планеты, связанная с катастрофическим событием – выделением в центре Земли плотного железного ядра. Именно в это время на рубеже архейской и протерозойской эры, около 2,6 млрд. лет назад, сформировался первый в истории Земли единый суперконтинент – Моногея. Она образовалась на одном из географических полюсов Земли. Затем, благодаря действию центробежных сил, континентальный массив начал смещаться на экватор планеты. По этой причине Моногея раскололась, и её части начали скольжение по жидкой мантии Земли к экватору.

Протерозойская эра предоставляла собой бурный тектонический период. В результате выдавливания из недр, перемещения, столкновения, складкообразования, к концу протерозоя сформировались два древнейших материка – Лавразия и Гондвана. Протерозойская эра была отмечена тремя периодами оледенения. Резкие глобальные похолодания климата Земли отмечались, начиная с 2,5 млрд. лет назад до окончания протерозоя 570 млн. лет назад. К тому же светимость Солнца в протерозое оставалась на 10% ниже современной.

Атмосфера в протерозойскую эру претерпела глобальное изменение. Вследствие интенсивного растворения углекислого газа в Мировом океане и связывания его в карбонатных отложениях, доля СО

в атмосфере снизилась до долей процента, основную массу атмосферы составил азот. Также, в атмосфере, благодаря жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов, плававших в протерозойском океане, начало нарастать содержание кислорода. К концу протерозойской эры концентрация кислорода составила 10% от современной. Росту концентрации способствовало прекращение поступления на поверхность чистого железа – главного поглотителя кислорода в архее.

Новые химические условия атмосферы – поступление кислорода и удаление углекислого газа обусловило появление новых форм жизни, основанных на потреблении О

для окисления органического вещества в процессах дыхания, сопровождающихся выделением СО

. Так, примерно 2,0 млрд. лет назад возникли первые одноклеточные ядерные организмы – эукариоты. К концу протерозойской эры появились первые многоклеточные водные организмы – водоросли, кораллы, черви.

В протерозое на первое место по влиянию на процессы эволюции Земли вышли живые организмы. Поэтому дальнейшая история Земли получила название фанерозой – эпоха явной жизни. Действительно, влияние жизни на химический состав и физические характеристики природных сред – атмосферы, гидросферы и литосферы всё время возрастало в процессе биологической эволюции. Биосфера стала ведущим геологическим, химическим и физическим фактором на Земле.

Земля в палеозойской эре

В палеозое материки Лавразия и Гондвана вновь состыковались, образовав большой суперконтинент, названный Пангея. В дальнейшем она стала источником образования тектонических плит всех современных континентов.

Химический состав воды в Мировом океане приблизился к современному. В процессе накопления донных отложений главную роль стали играть биологические процессы. Палеозой характеризуется формированием океанической коры и мощными донными отложениями известняка и доломита в каменноугольном периоде, главную роль в образовании которых, сыграли живые организмы.

В атмосфере происходил неуклонный рост концентрации кислорода. В девонском периоде концентрация О

приблизилась к современной. В то же время концентрация СО

возросла с 0,1% до 0,4% по массе. В верхних слоях атмосферы в ордовикском периоде начал образовываться озоновый слой. Климат палеозоя – теплый, средняя температура в каменноугольном периоде составляла +26°С. В начале эры климат был сухой, затем – умеренно влажный. Палеозой отмечен двумя оледенениями с глобальным похолоданием в каменноугольном и в пермском периодах.

Главным завоеванием живых организмов в палеозое был выход на сушу в силурийском периоде. Произошло появление первых позвоночных – рыб в ордовикском периоде и первых наземных растений в девонском периоде. Каменноугольный период характеризуется бурным расцветом растительности на суше, которую составляли гигантские хвощи, плауны, папоротники. В этом периоде образовались практически все современные залежи угля, нефти и газа.

В каменноугольном периоде появились первые рептилии и насекомые. В пермском периоде наступил кризис, произошло самое массовое в истории биосферы вымирание водной и наземной флоры и фауны. На суше образовались обширные пустынные участки. Но биосфера смогла пережить эту катастрофу, сохраниться и восстановиться в прежнем масштабе, чтобы двинуться дальше по ступеням эволюции.

Земля в мезозойской эре

В мезозое происходил дальнейший раскол Пангеи и раздвижение её тектонических плит. К концу мезозойской эры она полностью разъединилась на составные части.

Объем гидросферы достиг современного уровня. К концу мезозоя площадь свободных вод составила 81% всей поверхности Земли.

В мезозое установилась современная циркуляция атмосферы. Климат был тёплым, средняя температура доходила до +24,5°С в юрском периоде. В меловом периоде наблюдалось глобальное похолодание.

В океане наблюдалось господство беспозвоночных, расцвет моллюсков. На суше наступило господство рептилий и амфибий. На мезозойскую эру приходится расцвет динозавров. Из растительности преобладали хвойные деревья и папоротники. Появились первые цветковые растения. Произошло появление первых бабочек, древних птиц и примитивных млекопитающих в юрском периоде. В меловом периоде произошла катастрофа – массовое вымирание динозавров.

Земля в кайнозойской эре

В кайнозое сформировалась литосфера с современными материками. Произошло охлаждение вод Мирового океана. Уровень океана понизился. Климат кайнозоя – преимущественно холодный. Только в палеогеновом периоде был теплый климат со средней температурой +22°С, который сменился похолоданием.

В каждом периоде наблюдалось оледенение. Оледенение неогенового периода привело к массовому вымиранию примитивных млекопитающих. На Земле образовались степи и пустыни. В растительном царстве наступило господство цветковых растений. В фауне безраздельно господствовали млекопитающие, в неогеновом периоде наступил расцвет мамонтов и копытных. В антропогеновом периоде завершилось формирование современной флоры и фауны и произошло генетическое выделение предков современного человека, то есть человечество начало формироваться как биологический вид.

1.2. Экосистемы – «квартиры» биосферы

И мы вглядываемся в звёзды,

Точно видим их первый раз,

Точно мир лишь сегодня создан

И никем не открыт до нас.

И таким он кажется новым

И прекрасным не по летам,

Что опять, как в детстве, готовы

Мы дарить имена цветам.

(Вадим Шефнер «Детство», 1938 г.)

Структурной единицей биосферы является экологическая система. Экосистема – это сообщество представителей живых организмов разных видов растений, животных и микробов, населяющих определенное место обитания и объединенных взаимоподдерживающими потоками вещества, энергии и информации. Потоки энергии формируют структуру питания участников экосистемы, обеспечивают видовое разнообразие и круговорот вещества. Экосистемы охватывают всю сушу, Мировой океан и почву. Они бывают самыми разными – водными и наземными, фототрофными – использующими энергию Солнца и хемотрофными – использующими энергию химических соединений и источников теплоты. Экосистемы могут иметь большую протяжённость, занимая целые географические зоны на континентах – биомы, а могут быть локальными – лес, пруд, поляна, холм, оазис).

Энергия жизни в экосистемах

Лучи того, кто движет мирозданье,

Всё проницают славой и струят

Где – большее, где – меньшее сиянье.

Я в тверди был, где свет их восприят.

(Данте Алигьери «Божественная комедия», 1321 г.)

Экосистемы на поверхности суши и приповерхностного слоя Мирового океана в подавляющем большинстве являются фототрофными. В. И. Вернадский так описывал значение Солнечной энергии для жизнедеятельности организмов в биосфере – глобальной экосистеме Земли: «Лик Земли становится видным, благодаря проникающим в него световым излучениям небесных светил, главным образом Солнца. Космические излучения вечно и непрерывно льют на лик Земли мощный поток сил, придающий совершенно особый, новый характер частям планеты, граничащим с космическим пространством. Благодаря космическим излучениям биосфера получает во всём своём строении новые, необычные и неизвестные для земного вещества свойства.

Дети Солнца.Поклонение Атону. Древнеегипетский рисунок

Вещество биосферы благодаря им проникнуто энергией; оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излучений энергию, превращает её в конце концов в энергию в земной среде свободную, способную производить работу. Благодаря этому история биосферы резко отлична от истории других частей планеты. Она в такой же, если не в большей, степени есть создание Солнца, как и выявление процессов Земли. Древние интуиции великих религиозных созданий человечества о тварях Земли, в частности о людях как детях Солнца, гораздо ближе к истине. Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма, в котором, как мы знаем, нет случайности»[7 - Вернадский В. И. «Биосфера в космосе» /Биосфера и ноосфера. М.: Айрис-пресс, 2007.].