O acadêmico Vladimir Ivanovich Vernadsky (1864-1945) foi um dos destacados cientistas naturais que se dedicou a estudar os processos que ocorrem na biosfera. É o fundador da direção científica, nomeada por ele biogeoquímica que formou a base da teoria moderna da biosfera.
Pesquisa de V. I. Vernadsky levou à compreensão do papel da vida e da matéria viva nos processos geológicos. A aparência da Terra, sua atmosfera, rochas sedimentares, paisagens - tudo isso é o resultado da atividade vital dos organismos vivos. Vernadsky atribuiu ao homem um papel especial na formação da face do nosso planeta. Ele apresentou a atividade da humanidade como um processo natural espontâneo, cujas origens se perdem nas profundezas da história.
Sendo um teórico notável, V.I. Vernadsky esteve na origem de ciências novas e agora universalmente reconhecidas como radiogeologia, biogeoquímica, a doutrina da biosfera e noosfera, ciência da ciência.
Em 1926 V. I. Vernadsky publicou o livro "Biosfera", que marcou o nascimento de uma nova ciência sobre a natureza e a relação do homem com ela. A biosfera é apresentada pela primeira vez como um único sistema dinâmico habitado e controlado pela vida, a matéria viva do planeta: "A biosfera é uma concha organizada e definida da crosta terrestre, associada à vida". O cientista estabeleceu que a interação da matéria viva com a matéria inerte faz parte de um grande mecanismo da crosta terrestre, pelo qual ocorrem vários processos geoquímicos e biogênicos, os átomos migram e participam de ciclos geológicos e biológicos.
DENTRO E. Vernadsky enfatizou que a biosfera é o resultado do desenvolvimento geológico e biológico e da interação de matéria inerte e biogênica. Por um lado, é o ambiente da vida e, por outro, é o resultado da atividade da vida. A especificidade da biosfera moderna são os fluxos de energia claramente direcionados e a circulação biogênica (associada às atividades dos seres vivos) de substâncias. Vernadsky foi o primeiro a mostrar que o estado químico da crosta externa do nosso planeta está inteiramente sob a influência da vida e é determinado por organismos vivos, com cuja atividade está conectado o grande processo planetário - a mitologia dos elementos químicos na biosfera. A evolução das espécies, levando à criação de formas de vida, é estável na biosfera e deve seguir na direção de aumentar a migração biogênica dos átomos.
DENTRO E. Vernadsky observou que os limites da biosfera são determinados principalmente pelo campo de existência da vida. O desenvolvimento da vida e, consequentemente, os limites da biosfera, são influenciados por muitos fatores e, sobretudo, pela presença de oxigênio, dióxido de carbono e água em sua fase líquida. Temperaturas muito altas ou baixas, elementos de nutrição mineral também limitam a área de distribuição da vida. O ambiente supersalino (excedendo a concentração de sais na água do mar em cerca de 10 vezes) também pode ser atribuído aos fatores limitantes. As águas subterrâneas com uma concentração de sal superior a 270 g/l são privadas de vida.
De acordo com as ideias de Vernadsky, a biosfera consiste em vários componentes heterogêneos. O principal e principal viver importa, a totalidade de todos os organismos vivos que habitam a Terra. No processo da vida, os organismos vivos interagem com os não vivos (abiogênicos) - substância inerte. Tal substância é formada como resultado de processos nos quais os organismos vivos não participam, por exemplo, rochas ígneas. O próximo componente é nutriente, criados e processados por organismos vivos (gases atmosféricos, carvão, petróleo, turfa, calcário, giz, serapilheira, húmus do solo, etc.). Outro componente da biosfera - substância bioinerte- o resultado da atividade conjunta de organismos vivos (água, solo, crosta de intemperismo, rochas sedimentares, materiais argilosos) e processos inertes (abiogênicos).
A matéria inerte prevalece acentuadamente em massa e volume. A matéria viva em massa compõe uma parte insignificante do nosso planeta: aproximadamente 0,25% da biosfera. Além disso, "a massa de matéria viva permanece basicamente constante e é determinada pela energia solar radiante da população do planeta". Atualmente, essa conclusão de Vernadsky é chamada a lei da constância.
DENTRO E. Vernadsky formulou cinco postulados relativos à função da biosfera.
O primeiro postulado: “Desde o início da biosfera, a vida nela incluída já deveria ter sido um corpo complexo, e não uma substância homogênea, pois suas funções biogeoquímicas associadas à vida, em termos de diversidade e complexidade, não podem ser as muito de qualquer forma de vida.” Em outras palavras, a biosfera primitiva foi originalmente caracterizada por uma rica diversidade funcional.
O segundo postulado: “Os organismos não aparecem isoladamente, mas em um efeito de massa... O primeiro aparecimento da vida... a função geoquímica da vida. As biocenoses deveriam ter aparecido imediatamente.
O terceiro postulado: "No monólito geral da vida, não importa como suas partes constituintes mudem, suas funções químicas não podem ser afetadas pela mudança morfológica". Ou seja, a biosfera primária era representada por "conjuntos" de organismos como as biocenoses, que eram a principal "força de atuação" das transformações geoquímicas. As alterações morfológicas nos "agregados" não se refletiram nas "funções químicas" desses componentes.
O quarto postulado: "Os organismos vivos... por sua respiração, sua nutrição, seu metabolismo... pela contínua mudança de gerações... dão origem a um dos maiores fenômenos planetários... - a migração de elementos químicos em a biosfera", portanto "ao longo dos últimos milhões de anos, vemos a formação dos mesmos minerais, em todos os tempos houve os mesmos ciclos de elementos químicos que vemos agora.
Quinto postulado: "Sem exceção, todas as funções da matéria viva na biosfera podem ser desempenhadas pelos organismos unicelulares mais simples."
Desenvolvendo a doutrina da biosfera, V.I. Vernadsky chegou à conclusão de que o principal transformador da energia cósmica é a matéria verde das plantas. Somente eles são capazes de absorver a energia da radiação solar e sintetizar compostos orgânicos primários.
Ao conceito de "" (sem o termo em si) já no início do século XIX. veio Lamarck. Mais tarde (1863) explorador francês reut usou o termo "biosfera" para se referir à área de distribuição da vida na superfície da Terra. Em 1875, um geólogo austríaco Suess chamou a biosfera de uma concha especial da Terra, incluindo a totalidade de todos os organismos, opondo-a a outros
conchas terrenas. Começando com o trabalho de Suess, biosferaé interpretado como um conjunto de organismos que habitam a Terra.
A doutrina completa da biosfera foi criada por nosso acadêmico compatriota Vladimir Ivanovich Vernadsky. As principais ideias de V. I. Vernadsky na doutrina da biosfera foram formadas no início do século XX. Ele os expôs em palestras em Paris. Em 1926, suas ideias sobre a biosfera foram formuladas no livro "Biosfera", composto por dois ensaios: "Biosfera e espaço" e "Área da vida". Mais tarde, essas mesmas ideias foram desenvolvidas em uma grande monografia "Estrutura química da biosfera da Terra e seu ambiente", que, infelizmente, só foi publicado 20 anos após sua morte.
Em primeiro lugar, V. I. Vernadsky definiu o espaço que cobre biosfera Terra - toda a hidrosfera até as profundidades máximas dos oceanos, a parte superior da litosfera dos continentes a uma profundidade de cerca de 3 km e a parte inferior da atmosfera até o limite superior da troposfera. Ele introduziu o conceito de integral na ciência matéria viva e começou a chamar a biosfera de área de existência na Terra de "matéria viva", que é uma combinação complexa de microorganismos, algas, fungos, plantas e animais. Em essência, estamos falando de uma única concha termodinâmica (espaço) na qual a vida e
há uma interação constante de todos os seres vivos com condições ambientais inorgânicas (um filme de vida). Ele mostrou que a biosfera difere de outras esferas da Terra, pois a atividade geológica de todos os organismos vivos ocorre dentro dela. Os organismos vivos, convertendo a energia solar, são uma força poderosa que afeta os processos geológicos.
Uma característica específica da biosfera como uma concha especial da Terra é a circulação contínua de substâncias nela, regulada pela atividade dos organismos vivos. De acordo com V. I. Vernadsky, no passado eles claramente subestimaram a contribuição dos organismos vivos para a energia da biosfera e sua influência nos corpos inanimados. Embora a matéria viva em termos de volume e massa constitua uma parte insignificante da biosfera, ela desempenha o papel principal nos processos geológicos associados à mudança da aparência do nosso planeta.
Perseguindo a ciência que ele criou bioquímica, estudando a distribuição de elementos químicos na superfície do planeta, V.I. Vernadsky chegou à conclusão de que praticamente não existe um único elemento da tabela periódica que não seja incluído na matéria viva. Ele formulou três importantes princípios biogeoquímicos:
Os princípios geoquímicos listados se correlacionam com as seguintes importantes conclusões de V.I. Vernadsky: cada organismo só pode existir sob a condição de constante conexão próxima com outros organismos e natureza inanimada; a vida com todas as suas manifestações produziu profundas mudanças em nosso planeta.
A base inicial para a existência da biosfera e dos processos bioquímicos que nela ocorrem é a posição astronômica de nosso planeta e, antes de tudo, sua distância do Sol e a inclinação do eixo da Terra ao plano da órbita terrestre. Esse arranjo espacial da Terra determina principalmente o clima da Terra, e este, por sua vez, determina os ciclos de vida de todos os organismos nela existentes. O sol é a principal fonte de energia da biosfera e o regulador de todos os processos geológicos, químicos e biológicos da Terra.
A ideia principal de V.I. Vernadsky reside no fato de que a fase mais elevada do desenvolvimento da matéria na Terra - a vida - determina e subjuga outros processos planetários. Nesta ocasião, ele escreveu que se pode dizer sem exagero que o estado químico da crosta externa de nosso planeta, a biosfera, está inteiramente sob a influência da vida e é determinado por organismos vivos.
Se todos os organismos vivos estiverem distribuídos uniformemente na superfície da Terra, eles formam um filme de 5 mm de espessura. Apesar disso, o papel da matéria viva na história da Terra não é menos que o papel dos processos geológicos. Toda a massa de matéria viva que está na Terra, por exemplo, há 1 bilhão de anos, já excede a massa da crosta terrestre.
A característica quantitativa da matéria viva é a quantidade total biomassa. DENTRO E. Vernadsky, tendo realizado análises e cálculos, chegou à conclusão de que a quantidade de biomassa é de 1.000 a 10.000 trilhões de toneladas. a superfície das folhas das árvores, caules de gramíneas e algas verdes, dá números de uma ordem completamente diferente - em diferentes períodos do ano varia de 0,86 a 4,20% da superfície do Sol, o que explica a grande energia total do biosfera. Nos últimos anos, cálculos semelhantes usando os equipamentos mais recentes foram realizados por um biofísico de Krasnoyarsk I. Gitelzon e confirmou a ordem dos números, há mais de meio século, determinada por V.I. Vernadsky.
Um lugar significativo nas obras de V.I. Vernadsky, de acordo com a biosfera, a matéria viva verde das plantas é atribuída, pois somente ela é autotrófica e capaz de acumular a energia radiante do Sol, formando com sua ajuda compostos orgânicos primários.
Uma parte significativa da energia da matéria viva vai para a formação de nova biosfera vadoso(desconhecido fora dele) minerais, e parte está soterrada na forma de matéria orgânica, eventualmente formando depósitos de carvão marrom e duro, xisto betuminoso, petróleo e gás. “Estamos negociando aqui”, escreveu V.I. Vernadsky, - com um novo processo, com uma lenta penetração no planeta da energia radiante do Sol, que atingiu a superfície da Terra. Desta forma, a matéria viva altera a biosfera e a crosta terrestre. Deixa nele continuamente uma parte dos elementos químicos que por ele passaram, criando enormes espessuras de minerais desconhecidos, além dele, vadosos ou penetrando na matéria inerte da biosfera com o pó mais fino de seus restos.
Segundo o cientista, a crosta terrestre é principalmente os restos de antigas biosferas. Mesmo sua camada de granito-gnaisse foi formada como resultado do metamorfismo e refusão de rochas que surgiram em algum momento sob a influência da matéria viva. Ele considerava apenas basaltos e outras rochas ígneas básicas profundas e, em sua gênese, não conectadas com a biosfera.
Na doutrina da biosfera, o conceito de "matéria viva" é fundamental. Os organismos vivos transformam a energia radiante cósmica em terrestre, química e criam uma variedade infinita de nosso mundo. Com sua respiração, nutrição, metabolismo, morte e decomposição, com duração de centenas de milhões de anos, mudança contínua de gerações, dão origem ao grandioso processo planetário que existe apenas na biosfera. — migração de elementos químicos.
A matéria viva, de acordo com a teoria de V. I. Vernadsky, é um fator biogeoquímico em escala planetária, sob a influência de que tanto o ambiente abiótico circundante quanto os próprios organismos vivos são transformados. Em todo o espaço da biosfera, há um movimento incessante de moléculas geradas pela vida. A vida tem uma influência decisiva na distribuição, migração e dispersão dos elementos químicos, determinando o destino do nitrogênio, potássio, cálcio, oxigênio, magnésio, estrôncio, carbono, fósforo, enxofre e outros elementos.
As épocas do desenvolvimento da vida: Proterozóico, Paleozóico, Mesozóico, Cenozóico refletem não apenas as formas de vida na Terra, mas também seu registro geológico, seu destino planetário.
Na doutrina da biosfera, a matéria orgânica, juntamente com a energia do decaimento radioativo, é considerada portadora de energia livre. Vidaé considerado não como uma soma mecânica de indivíduos ou espécies, mas como uma questão de fato - um único processo, cobrindo toda a substância da camada superior do planeta.
A matéria viva mudou ao longo de todas as épocas e períodos geológicos. Portanto, como observado por V.I. Vernadsky, a matéria viva moderna está geneticamente relacionada à matéria viva de todas as épocas geológicas passadas. Ao mesmo tempo, dentro da estrutura de períodos geológicos significativos, a quantidade de matéria viva não está sujeita a mudanças perceptíveis. Esse padrão foi formulado pelo cientista como uma quantidade constante de matéria viva na biosfera (para um determinado período geológico).
A matéria viva desempenha as seguintes funções biogeoquímicas na biosfera: gás - absorve e libera gases; redox - oxida, por exemplo, carboidratos em dióxido de carbono e o restaura em carboidratos; concentração - organismos-concentradores acumulam nitrogênio, fósforo, silício, cálcio, magnésio em seus corpos e esqueletos. Como resultado do desempenho dessas funções, a substância viva da biosfera a partir da base mineral cria águas e solos naturais, criados no passado e mantém a atmosfera em estado de equilíbrio.
Com a participação da matéria viva, ocorre o processo de intemperismo, e as rochas são incluídas nos processos geoquímicos.
As funções gasosa e redox da matéria viva estão intimamente relacionadas aos processos de fotossíntese e respiração. Como resultado da biossíntese de substâncias orgânicas por organismos autotróficos, uma enorme quantidade de dióxido de carbono foi extraída da atmosfera antiga. À medida que a biomassa das plantas verdes aumentava, a composição gasosa da atmosfera mudava - o teor de dióxido de carbono diminuía e a concentração de oxigênio aumentava. Todo o oxigênio na atmosfera é formado como resultado dos processos vitais de organismos autotróficos. A matéria viva mudou qualitativamente a composição gasosa da atmosfera, o envelope geológico da Terra. Por sua vez, o oxigênio é usado pelos organismos para o processo de respiração, como resultado do qual o dióxido de carbono é novamente liberado na atmosfera.
Assim, os organismos vivos criados no passado e mantêm a atmosfera do nosso planeta por milhões de anos. Um aumento na concentração de oxigênio na atmosfera do planeta afetou a taxa e a intensidade das reações redox na litosfera.
Muitos microrganismos estão diretamente envolvidos na oxidação do ferro, o que leva à formação de minérios de ferro sedimentares, ou à redução de sulfatos com a formação de depósitos biogênicos de enxofre. Apesar do fato de que a composição dos organismos vivos inclui os mesmos elementos químicos, cujos compostos formam a atmosfera, hidrosfera e litosfera, os organismos não repetem completamente a composição química do ambiente.
A matéria viva, desempenhando ativamente a função de concentração, seleciona do ambiente os elementos químicos e na quantidade de que necessita. Devido à implementação da função de concentração, os organismos vivos criaram muitas rochas sedimentares, por exemplo, depósitos de giz e calcário.
Na biosfera, como em todo ecossistema, a circulação de elementos químicos é realizada constantemente. Assim, a matéria viva da biosfera, desempenhando funções geoquímicas, cria e mantém o equilíbrio da biosfera.
A primeira conclusão da doutrina da biosfera é o princípio da integridade da biosfera. A estrutura da Terra é um sistema coordenado. O mundo vivo é um sistema único cimentado por muitas cadeias alimentares e outras interdependências. Se mesmo uma pequena parte dele morrer, todo o resto entrará em colapso.
O princípio da harmonia da biosfera e sua organização. Na biosfera, "tudo é levado em consideração e tudo é ajustado com a mesma precisão e com a mesma subordinação à medida e à harmonia, que vemos nos movimentos harmoniosos dos corpos celestes e começamos a ver nos sistemas de átomos de matéria e átomos de energia."
O papel dos seres vivos na evolução da Terra. A face da Terra é realmente moldada pela vida. "Todos os minerais das partes superiores da crosta terrestre - ácidos aluminossilícicos livres (argilas), carbonatos (calcários e dolomitas), hidratos de óxido de ferro e alumínio (minério de ferro marrom e bauxitas) e muitas centenas de outros - são continuamente criados em apenas sob a influência da vida."
Papel cósmico da biosfera na transformação da energia. VI Vernadsky enfatizou a importância da energia e chamou os organismos vivos de mecanismos de transformação de energia.
A energia cósmica causa a pressão da vida, que é alcançada pela reprodução. A reprodução dos organismos diminui à medida que seu número aumenta. O tamanho da população aumenta desde que o ambiente possa suportar seu aumento adicional, após o qual o equilíbrio é alcançado. O número flutua em torno do nível de equilíbrio.
A propagação da vida é uma manifestação de sua energia geoquímica. A matéria viva, como um gás, se espalha pela superfície da Terra de acordo com a regra da inércia. Organismos pequenos se reproduzem muito mais rápido que os grandes. A taxa de transmissão da vida depende da densidade da matéria viva.
O conceito de autotrofia. Organismos autotróficos são chamados de organismos que retiram todos os elementos químicos de que precisam para a vida da matéria óssea que os cerca e não requerem compostos prontos de outro organismo para construir seu corpo. O campo de existência desses organismos verdes autotróficos é determinado pela área de penetração da luz solar.
A vida é inteiramente determinada pelo campo da sustentabilidade da vegetação verde, e os limites da vida - pelas propriedades físico-químicas dos compostos que compõem o corpo, sua inviolabilidade em determinadas condições ambientais. O campo máximo de vida é determinado pelos limites extremos da sobrevivência do organismo. O limite superior da vida é determinado pela energia radiante, cuja presença exclui a vida e da qual o escudo de ozônio protege. O limite inferior está associado ao alcance de uma temperatura elevada.
A biosfera em suas principais características representa o mesmo aparato químico dos períodos geológicos mais antigos. A vida permaneceu constante durante o tempo geológico, apenas sua forma mudou. A própria matéria viva não é uma criação aleatória.
A "ubiquidade" da vida na biosfera. A vida gradualmente, adaptando-se lentamente, capturou a biosfera, e essa captura não terminou. O campo de estabilidade da vida é o resultado de sua adaptabilidade ao longo do tempo.
A lei da frugalidade no uso de corpos químicos simples pela matéria viva. Uma vez que um elemento tenha entrado, ele passa por uma longa série de estados, e o organismo introduz em si mesmo apenas o número necessário de elementos.
A constância da quantidade de matéria viva na biosfera. A quantidade de oxigênio livre na atmosfera é da mesma ordem que a quantidade de matéria viva. A matéria viva é um intermediário entre o Sol e a Terra e, portanto, ou sua quantidade deve ser constante, ou suas características energéticas devem mudar.
Qualquer sistema atinge um equilíbrio estável quando sua energia livre é igual ou se aproxima de zero, ou seja, quando todo o trabalho possível nas condições do sistema foi feito.
V. I. Vernadsky formulou a ideia da autotrofia humana, que se tornou importante no âmbito da discussão do problema da criação de ecossistemas artificiais em naves espaciais. A criação de tais ecossistemas artificiais será uma etapa importante no desenvolvimento da ecologia. Sua construção combina um objetivo de engenharia - a criação de um novo - e um foco ambiental na preservação do existente, criatividade e conservadorismo razoável. Esta será a implementação do princípio de “desenhar com a natureza”.
Até agora, um ecossistema artificial é uma estrutura muito complexa e pesada. O que na natureza funciona por si só, uma pessoa só pode reproduzir à custa de grande esforço. Mas ele terá que fazer isso se quiser explorar o espaço e fazer voos longos. A necessidade de criar um ecossistema artificial em espaçonaves ajudará a entender melhor os ecossistemas naturais.
A doutrina da biosfera da Terra é uma das maiores e mais interessantes generalizações da ciência natural moderna. É uma base científica para o estudo de objetos naturais e uma abordagem integrada para a organização da produção moderna.
A vida no planeta prossegue e se desenvolve apenas em uma fina camada da atmosfera, hidrosfera e litosfera. Essa fina concha terrestre habitada por organismos é comumente chamada de biosfera.
Biosfera - a área de "vida", o espaço na superfície do globo em que vivem os seres vivos.
Grandeza V. I. Vernadsky em que ele primeiro entendeu e substancia cientificamente a unidade do homem e da biosfera.
Vladimir Ivanovich Vernadsky (1863-1945) - um proeminente cientista russo, mineralogista e cristalógrafo, um dos fundadores da geoquímica e biogeoquímica.
A essência desta doutrina: a biosfera é uma casca qualitativamente original da Terra, cujo desenvolvimento é amplamente determinado pela atividade dos organismos vivos.
As principais disposições dos ensinamentos de V.I. Vernadsky sobre a biosfera.
Em primeiro lugar, V. I. Vernadsky determinou o espaço coberto pela biosfera da Terra. Biosfera (grego "bios" - vida; "esfera" - bola) - a concha da Terra, na qual a vida de vários organismos se desenvolve, habitando a superfície da terra, solo, atmosfera inferior, hidrosfera.
O planeta Terra é caracterizado pela presença de três geosferas de superfície - hidrosfera, litosfera, atmosfera.
Hidrosfera, ou a concha d'água da Terra, é representada por oceanos, mares, lagos, rios e reservatórios artificiais. A concha de água cobre cerca de 71% da superfície do globo, a maior profundidade na parte ocidental do Oceano Pacífico chega a 11,5 km (Fossa das Marias).
Litosfera, ou crosta terrestre, é a casca dura externa do globo com uma espessura de várias dezenas de quilômetros. No contexto da biosfera, a litosfera é geralmente entendida apenas como sua parte superficial - o solo.
Atmosfera, ou concha de ar, consiste em várias camadas: a troposfera até 15 km de altura acima da superfície da Terra; estratosfera, com uma tela de ozônio que se estende até 100 km de altura; ionosfera, representando uma camada de gás rarefeito, com até 500 km de altura.
A biosfera inclui:
1) Organismos vivos (plantas, animais, microorganismos).
2) Troposfera (camada inferior da atmosfera).
3) Hidrosfera (oceanos, mares, rios, etc.).
4) Litosfera (parte superior da crosta terrestre).
A idade da biosfera é de aproximadamente 4 bilhões de anos.
Diagrama da estrutura da biosfera
Vernadsky distinguiu as seguintes categorias de substâncias:
1) matéria viva - um conjunto de organismos vivos que habitam a biosfera (dos vírus mais simples aos humanos), caracterizados pela composição química, massa, energia, informação; transforma a energia solar e envolve matéria inorgânica em um ciclo contínuo). A matéria viva é uma “função da biosfera”, e a biosfera é o resultado do desenvolvimento de substâncias vivas.
2) matéria biogênica - os produtos da atividade vital dos organismos vivos (carvão, óleo, turfa, giz);
3) substância bioinerte - produtos da decomposição e processamento de rochas e rochas sedimentares por organismos vivos (solo, lodo, águas naturais). Tem uma base mineral, que é radicalmente transformada pela atividade vital dos organismos (cobertura do solo, ar, água).
4) matéria inerte - tudo o que não tinha conexão com os vivos (lava endurecida, cinza vulcânica).
5) Substâncias radioativas resultantes da decomposição de elementos radioativos (rádio, urânio, tório, etc.).
6) Átomos dispersos (elementos químicos) que estão na crosta terrestre em estado disperso.
7) Matéria de origem cósmica - meteoritos, prótons, nêutrons, elétrons.
Dentro da biosfera, existem 4 ambientes vivos: dois mortos (água, ar), um bio-inerte (solo) e um vivo (organismo).
Os processos que ocorrem em um ecossistema (o número de organismos vivos, a taxa de seu desenvolvimento, etc.) dependem da quantidade de energia que entra no ecossistema e da circulação de substâncias no ecossistema. A biosfera é um sistema energeticamente aberto no qual a energia é absorvida do ambiente externo.
A matéria viva do nosso planeta existe na forma de uma enorme variedade de organismos de várias formas e tamanhos. Atualmente, existem mais de 2 milhões de organismos na Terra, dos quais 0,5 são plantas, 1,5 são plantas e microorganismos (dos quais 1 milhão são insetos).
A principal característica de um ser vivo é, além da atividade celular e da transferência de informações, a forma como a energia é utilizada. Os seres vivos captam a energia do cosmos na forma de luz solar, mantêm-na na forma de energia de compostos orgânicos complexos (biomassa), transferem-na entre si e a transformam em outros tipos de energia (mecânica, elétrica, térmica) . Substâncias inanimadas dissipam preferencialmente energia.
A matéria viva, a biosfera, converte a energia do Sol em energia livre capaz de realizar trabalho. O trabalho realizado pela vida é o transporte e redistribuição de elementos químicos na biosfera.
Todos os solos e minerais de superfície (chernozem, argila, calcário, minério, carvão e depósitos de petróleo) foram formados sob a influência da vida.
A conversão de energia em organismos é baseada em diferenças de temperatura e outros princípios. Os seres vivos devem ser considerados como máquinas químicas, onde a energia química é convertida em outras formas de energia.
Características do funcionamento dos seres vivos:
capacidade de auto-reprodução;
a capacidade de formar conchas poliméricas que protegem a matéria viva de um ambiente inerte;
capacidade de armazenar e transferir produtos químicos
energia, bem como realizar reações químicas em condições normais de temperatura e pressão sem a formação de subprodutos. A vida na Terra é perfeitamente ecológica.
A base do equilíbrio dinâmico e sustentabilidade da biosfera são a circulação da matéria e a transformação da energia.
O ciclo de substâncias na biosfera
O princípio básico do funcionamento dos ecossistemas Receber recursos e se livrar de resíduos ocorre dentro do ciclo de todos os elementos.
Consideremos esse ciclo para os principais componentes que compõem a biosfera.
O ciclo do carbono
Por exemplo, considere o ciclo do carbono. Na atmosfera, as reservas de carbono na forma de CO2 são pequenas, na crosta terrestre estão presentes na forma de combustíveis fósseis. Quando a vida apareceu na Terra cerca de 2 bilhões de anos atrás, a atmosfera consistia principalmente de CO2. Os primeiros organismos eram anaeróbicos, ou seja, vivia na ausência de oxigênio. O acúmulo de oxigênio é devido à existência de plantas verdes. Agora suas reservas na Terra são estimadas em 1,6-105 toneladas. As plantas verdes podem criar essa massa em 10 mil anos. O carbono liberado na atmosfera por diversos motivos é absorvido pelas plantas verdes, que liberam oxigênio no decorrer de sua vida. E como resultado do consumo de compostos orgânicos pelos animais, as substâncias orgânicas são oxidadas em dióxido de carbono, que entra na atmosfera. Em outras palavras, o carbono é o principal participante do ciclo biótico. O homem intervém ativamente neste ciclo, que nos próximos 100 anos pode levar a mudanças climáticas, elevação dos oceanos, diminuição da quantidade de oxigênio na atmosfera, etc.
Ciclo do enxofre
O enxofre é convertido em vários compostos e circula na biosfera. De fontes naturais, entra na atmosfera da seguinte forma:
sulfeto de hidrogênio (H2S) - um gás venenoso incolor e malcheiroso - durante as erupções vulcânicas, durante a decomposição da matéria orgânica em pântanos e planícies inundadas pelas marés;
dióxido de enxofre (SO;) - um gás incolor e sufocante de erupções vulcânicas;
partículas de sais de sulfato (por exemplo, sulfato de amônio) - dos menores respingos de água do oceano.
Cerca de um terço de todos os compostos de enxofre e 99% do dióxido de enxofre liberado na atmosfera são de origem antropogênica. A queima de carvão e petróleo contendo enxofre para gerar eletricidade é responsável por aproximadamente dois terços de todas as emissões antropogênicas de dióxido de enxofre na atmosfera. O terço restante é responsável por processos tecnológicos como refino de petróleo, fundição de metais a partir de minérios de cobre, chumbo e zinco contendo enxofre.
Na atmosfera, o dióxido de enxofre é oxidado pelo oxigênio em trióxido de enxofre gasoso, que, ao reagir com o vapor de água, forma minúsculas gotículas de ácido sulfúrico (H2SO4). Interagindo com outros componentes atmosféricos, o trióxido de enxofre pode formar as menores partículas de sais de sulfato. Os sais de ácido sulfúrico e sulfato contribuem para a formação de precipitação ácida que interrompe a atividade vital da floresta e dos ecossistemas aquáticos.
O ciclo da água
O ciclo hidrológico, durante o qual ocorre a acumulação, purificação e redistribuição do abastecimento planetário de água, é o seguinte. A energia solar e a gravidade movem continuamente a água entre os oceanos, a atmosfera, a terra e os organismos vivos. Os processos mais importantes deste ciclo são a evaporação, condensação, precipitação e escoamento da água de volta ao mar para reiniciar o ciclo.
Sob a influência da energia solar recebida, a água evapora da superfície dos oceanos, rios, lagos, solos e plantas e entra na atmosfera. Ventos e massas de ar transportam vapor de água para várias regiões da Terra. A diminuição da temperatura em certas partes da atmosfera leva à condensação do vapor de água, à formação de nuvens e nevoeiros e à precipitação.
Parte da água doce retorna à superfície da terra na forma de precipitação, congela nas geleiras. No entanto, ele preenche principalmente depressões e cavidades e deságua em lagos, córregos e rios próximos, que o levam de volta ao oceano, completando assim o ciclo. Esse escoamento de água doce da superfície da terra também causa erosão do solo, o que leva ao movimento de vários produtos químicos em outros ciclos biogeoquímicos.
Grande parte da água retornada à terra penetra profundamente na libra. Há um acúmulo de quilos de água em aquíferos - reservatórios subterrâneos. Fontes e córregos subterrâneos eventualmente retornam a água para a superfície da terra e para rios, lagos, córregos, de onde evapora novamente ou flui para o oceano. No entanto, a circulação das águas subterrâneas é incomparavelmente mais lenta do que a circulação das águas superficiais e atmosféricas.
Evolução da biosfera
Assim, no processo de desenvolvimento da biosfera, 3 níveis:
1) Biosfera(onde o homem teve pouco efeito sobre a natureza).
2) Biotecnosfera
Tecnosferaé um conjunto de objetos artificiais criados pela atividade humana intencional e objetos naturais modificados por essa atividade. A biosfera moderna é o resultado de uma longa evolução do mundo orgânico e da natureza inanimada. A sociedade humana é uma das etapas do desenvolvimento da vida na Terra. A atividade humana deve ser considerada como parte integrante da biosfera. A tecnologia é um estágio qualitativamente novo em seu desenvolvimento. Surge a questão - de que forma será o desenvolvimento do homem e da biosfera no futuro, por quais meios evitar consequências irreversíveis na natureza. É impossível evitar mudanças. Obviamente, deve-se aprender a administrar os processos entre o homem e a natureza para que sejam mutuamente benéficos.
3) Noosfera - reino da mente.
Este conceito foi introduzido pelo matemático e filósofo francês Le Roy em 1927, e fundamentado por Vernadsky em 1944. Este é o estágio mais alto do desenvolvimento da biosfera, quando a atividade humana racional se torna o principal fator determinante do desenvolvimento. Na noosfera, uma pessoa se torna uma grande força geológica, ela reconstrói a área de sua vida com seu trabalho e pensamento. O homem está inextricavelmente ligado à biosfera, não pode abandoná-la. Sua existência é uma função da biosfera, que inevitavelmente muda.
CONTO SOBRE O CIENTISTA GUS E EXPERIÊNCIAS PARA MUDAR A BIOSFERA
Antigamente o Ganso Aprendido era conhecido como um excêntrico na Fazenda dos Animais. E depois de suas descobertas científicas e dicas de algum tipo de prêmio enorme, sua atitude em relação a ele mudou de repente. Bem, este é o seu prêmio, não khukhra-muhry. Sim, e o próprio Gus mudou - agora ele não apenas andava, ele ostentava sua educação científica, mas assumiu uma atividade vigorosa. Ou ele estuda alienígenas, ou ele procura os segredos do passado do nosso planeta sob uma espessa camada de terra. Esse é o folclore empreendido para coletar ... E agora, e em geral um novo, como ele diz, "experiência global para mudar a biosfera do Quintal" decidiu realizar. E onde ele encontrou tais palavras? Isso é certo: em uma cabeça sóbria - você não pode vypchesh.
E esta experiência consistia nisto: no Pátio, à direita do portão, havia um poço desde tempos imemoriais, e Goose ia mudá-lo. Os donos do poço, para dizer a verdade, não precisavam muito - eles tinham um cano de água instalado há cinco anos - água fria e quente para você. Portanto, os Proprietários só davam água para o Gado do poço - os habitantes da Fazenda dos Bichos não gostavam da água com água sanitária. Fedorento dói. Sim, o próprio Dono, quando às vezes ele labuta demais de ressaca, ele pega um balde de água do poço, mas com um balanço dele, frio, e respingo na cabeça.
Então Gus decidiu melhorar o poço e adaptá-lo para outros fins. Se você jogar sapos e coisas de peixe nele, muito bem, você terá um benefício duplo. Aqui tem água e gado para comer. Bem, não para todos, é claro, para o gado, mas para aqueles que gostam dessas coisas - Patos, por exemplo, Gansos e Chernysh, o Gato, definitivamente não recusarão peixe fresco. Esta criatura viva se reproduzirá lá por si mesma, e é muito mais fácil pegá-la em um poço estreito - não como na Lagoa, vasta e profunda. Peguei um balde de água do poço pela manhã - dois três patos estão cheios. Ele pegou outro balde - e Chernysh comeu.
Kesha, o peru, chefe do Yard, ouviu atentamente a ideia de Gusev, afinal, a questão da subsistência da população a ele confiada em causa. E se der certo, você pode obter boas economias com isso. E isso já é alguma coisa. Por isso, abordou o evento com ponderação, alma e total aprovação, principalmente quando descobriu que não havia necessidade de quaisquer despesas. Ganso, além da base científica, também introduziu a parte técnica em seu projeto, como e de que forma rãs e alevinos entram no poço.
- Querida Ave Aquática! - Ganso começou solenemente seu discurso no galinheiro. - Claro, você já conhece o objetivo final do nosso Grande Experimento. Mas teremos que executar o processo em si, em termos voluntários. Vamos organizar um subbotnik e juntos faremos uma grande ação para nosso benefício e de nossos descendentes. Vamos pegar girinos e fritar na lagoa, e levá-los em nossos próprios bicos para o poço. E quando crescerem e começarem a dar filhos, com a alma tranquila colheremos os frutos de nossas mãos. Acho que todos entendem os benefícios desse experimento e farão todos os esforços para realizá-lo. A propósito, o chefe de Kesh prometeu pessoalmente seguir todos aqueles que se esquivaram do subbotnik e, posteriormente, não permitiria que distribuíssem o que haviam pego no poço.
- Sim, nós... Sim, para sempre! - Patos e Gansos ficaram animados quando souberam da promessa de Keshino. - Se necessário - então nós - também!
Foi o que decidiram. Alguns elementos irresponsáveis, no entanto, expressaram algumas dúvidas, mas o Cientista Ganso também os convenceu, falando sobre os maiores projetos para mudar a biosfera - e sobre a criação de mares artificiais, e sobre um túnel sob uma espécie de Canal da Mancha, e sobre a virada dos rios siberianos. Neste ponto, os últimos céticos incharam. Mares, rios, túneis - Avon, que colosso! O que, não vamos dominar algum tipo de bem? Sim, facilmente!
Uma ninharia da lagoa foi pega o dia todo. Amigavelmente, com todo o hamuz, embora seja exigente e estupidamente. Mais da metade dos alevinos e girinos foram esmagados às pressas com seus bicos, e que, sem chegar ao local, acidentalmente os engoliram por hábito. Mas à noite, uma boa quantidade foi jogada no poço experimental. Fiz isso. E, satisfeitos, eles se dispersaram, sonhando em como em algumas semanas colheriam comidas delicadas em baldes.
No entanto, no dia seguinte o Dono, sofrendo de uma forte ressaca pela manhã, resolveu jogar um balde de água gelada na cabeça. E assim ele fez. E sapos e girinos saíram do balde de qualquer maneira. E um, o mais robusto, acomodou-se em cima de sua cabeça, mas tão deliciosamente, grasnou alto. O dono, o coitado, já estremeceu tudo. Paixão, como desprezava os sapos. Então, no calor do momento, esse poço muito "contaminado" adormeceu.
O gado tinha que ir ao rio ou à lagoa para buscar água. Está longe, não como antes - tudo estava à mão. Irritado vá, vagueie, Goose com seu experimento, no qual eles amaldiçoam o mundo. E ele só consegue arranjar desculpas. Tipo, isso é uma ideia, foi para o bem comum e toda prosperidade. Quem diria que uma coisa boa poderia acabar assim?
E o Rato Branco em suas memórias colocou essa história sob um título especial: "Não cuspa no poço - será útil beber água!" O ganso até o abraçou um pouco, mas de que adianta? Foi só mais tarde que ele percebeu que o experimento com a biosfera deve ser feito com cuidado e ponderação, tendo calculado todas as consequências mais de uma vez de todos os lados.
Aqui termina o conto de fadas.
No início dos anos 90 do século passado, o mundo testemunhou um experimento científico muito estranho chamado "Biosfera-2".
Oito pessoas vestidas com macacões futuristas uniformes acenaram para uma enorme multidão de jornalistas e entraram na câmara de ar, localizada no deserto do Arizona.
As cúpulas de vidro herméticas continham cinco módulos de paisagem: selva, savana, pântano, deserto e até um pequeno oceano com praia e recife de coral.
Entre essas belezas havia um bloco agrícola equipado com tecnologia de ponta, além de um edifício residencial construído em estilo vanguardista. Também, além de pessoas, cerca de 4 mil diversos representantes da fauna foram lançados no interior, incluindo cabras, porcos e galinhas na fazenda.
O Biosphere-2 é um edifício que simula um sistema ecológico fechado, construído pela Space Biosphere Ventures e pelo bilionário Edward Bass no deserto do Arizona (EUA).
O número "2" no título pretende enfatizar que "Biosfera-1" é a Terra.
Existe uma versão alternativa sobre a "primeira Biosfera" - esse era o nome do pavilhão americano Biosfera na exposição mundial Expo-67, em uma época não menos famosa que o Atomium.
Esta versão é suportada por uma notável semelhança externa no design do Biosphere e do Biosphere-2.
A principal tarefa do "Biosphere-2" era descobrir se uma pessoa pode viver e trabalhar em um ambiente fechado. Em um futuro distante, esses sistemas podem ser úteis tanto como assentamentos autônomos no espaço quanto no caso de uma extrema deterioração das condições de vida na Terra.
O laboratório é uma rede de edifícios vedados com uma área total de 1,5 hectares feitos de materiais leves, divididos em vários ecossistemas independentes e cobertos por uma cúpula de vidro que transmite cerca de 50% da luz solar.
O espaço interior é dividido em 7 blocos, incluindo uma floresta tropical, um oceano em miniatura com uma composição química inusitada, um deserto, uma savana e um estuário de mangue. Os "pulmões" gigantes regulam a pressão interna de forma que corresponda à externa - isso minimiza o vazamento de ar.
O experimento foi realizado em duas etapas: a primeira de 26 de setembro de 1991 a 26 de setembro de 1993 e a segunda em 1994.
Esta arca inteira deveria existir de forma autônoma por dois anos, comendo o que crescia sob a cúpula, respirando o oxigênio que as plantas emitiam, purificando e usando infinitamente a mesma água.
Uma espécie de planeta em miniatura, intocado pela revolução técnica, onde oito pessoas inteligentes e esclarecidas planejavam se envolver em trabalho físico simples, se reunir na mesma mesa de jantar, tocar música nas horas de lazer e, finalmente, trabalhar por um grande objetivo , em benefício da ciência.
Por que não o céu?
Acontece que não é tão simples...
Oito pessoas (quatro mulheres e quatro homens) permaneceram na Biosfera-2 por cerca de dois anos, mantendo contato com o mundo exterior apenas por meio de um computador. Junto com eles, 3.000 espécies de plantas e animais foram trazidos para lá.
Durante a primeira etapa, o nível de oxigênio começou a cair 0,5% ao mês, o que levou a uma situação em que as pessoas foram forçadas a viver em condições de falta de oxigênio (condições semelhantes são observadas a uma altitude de 4.080 m acima do nível do mar).
Cerca de uma semana depois, o técnico-chefe da Biosphere, Van Tillo, veio para o café da manhã muito animado. Anunciou que tinha notícias estranhas e desagradáveis. Medições diárias do estado do ar mostraram que os projetistas da cúpula cometeram um erro em seus cálculos.
A quantidade de oxigênio na atmosfera diminui gradualmente e a porcentagem de dióxido de carbono aumenta.
Embora isso seja completamente imperceptível, no entanto, se a tendência continuar, em cerca de um ano, a existência na estação se tornará impossível. Daquele dia em diante, a vida celestial dos bionautas terminou, e começou uma luta tensa pelo ar que respiravam.
Em primeiro lugar, decidiu-se aumentar a biomassa verde o mais intensamente possível.
Os colonos dedicavam todo o seu tempo livre a plantar e cuidar das plantas.
Em segundo lugar, eles operaram um absorvedor de dióxido de carbono de reserva em plena capacidade, do qual o sedimento tinha que ser constantemente raspado.
Em terceiro lugar, o oceano tornou-se um auxiliar inesperado, onde uma certa quantidade de CO2 se instalou, transformando-se em ácido acético.
É verdade que a acidez do oceano crescia constantemente a partir disso, e os aditivos precisavam ser usados para reduzi-la. Nada ajudou. O ar sob a cúpula tornou-se cada vez mais rarefeito.
Como o nível de oxigênio havia caído para um nível tão perigoso, foi tomada a decisão de bombear artificialmente oxigênio de fora.
Algumas semanas depois, uma das participantes do experimento cortou o dedo enquanto trabalhava em equipamentos agrícolas. As tentativas de recolocar o dedo falharam e o participante teve que deixar o experimento.
Rapidamente, a equipe se dividiu em dois grupos opostos. Isso interferiu muito no curso normal da pesquisa.
Mesmo depois de 20 anos, os grupos evitam se encontrar.
Árvores, grama e arbustos cresciam dentro do laboratório, que dava 46 tipos de alimentos vegetais, havia pastagens de cabras, pocilgas, galinheiros, peixes e camarões nadavam em reservatórios artificiais.
Supunha-se que o complexo funcionaria de forma autônoma, uma vez que todas as condições para a circulação normal das substâncias estavam presentes.
A luz do sol, segundo os cientistas, deveria ter sido suficiente para a reprodução suficiente de oxigênio pelas plantas, como resultado da fotossíntese, vermes e microorganismos foram chamados para garantir o processamento de resíduos, insetos para polinizar plantas, etc.
No entanto, após algumas semanas, a vida das pessoas que viviam na agricultura de subsistência foi interrompida.
Microrganismos e insetos começaram a se multiplicar em números inesperadamente grandes, causando um consumo inesperado de oxigênio e a destruição das plantações (o uso de pesticidas não estava previsto).
Logo, outro problema global surgiu diante dos bionautas.
Descobriu-se que uma fazenda de 20 hectares, com todas as tecnologias modernas para o cultivo da terra, é capaz de suprir apenas 80% das necessidades dos colonos em alimentos. Sua dieta diária (a mesma para mulheres e homens) era de 1.700 calorias, o que é normal para uma vida sedentária no escritório, mas catastroficamente baixa para a quantidade de trabalho físico que cada habitante da Biosfera tinha que fazer.
No início, o jantar era servido em bufê, mas logo começaram a surgir sérios conflitos por causa disso, e a comida começou a ser colocada no prato de todos, literalmente medindo a grama.
As pessoas se levantavam da mesa com fome e sonhavam constantemente com as iguarias do grande mundo.
As discussões filosóficas noturnas substituíram as fantasias sobre o que eles vão comer quando forem soltos. A despensa, onde estava guardada a principal iguaria dos bionautas - bananas, teve que ser trancada após um episódio repugnante com saques anônimos.
Antes de dar a limpeza aos porcos, as pessoas escolhiam cuidadosamente tudo o que podiam comer. Cascas de banana e casca de nozes foram uma iguaria.
Uma noite, Jane Poynter, responsável pela fazenda, confessou que estava ciente de uma futura crise alimentar. Poucos meses antes de se mudar, ela calculou que os bionautas não teriam comida suficiente, mas sob a influência do Dr. Walford com suas idéias sobre uma dieta saudável, decidiu-se que essa escassez seria apenas benéfica.
O médico, aliás, foi o único que não reclamou de fome. Ele continuou a insistir na validade de sua teoria: após seis meses de uma dieta “faminta”, a condição do sangue dos bionautas melhorou significativamente, os níveis de colesterol diminuíram e o metabolismo melhorou. As pessoas perderam de 10 a 18 por cento de seu peso corporal e pareciam notavelmente jovens. Eles sorriam por trás do vidro para jornalistas e turistas curiosos, fingindo que nada estava acontecendo. No entanto, os bionautas se sentiam cada vez pior.
O verão de 1992 foi particularmente difícil para os colonos. As plantações de arroz foram destruídas por pragas, de modo que sua dieta durante vários meses consistiu quase inteiramente de feijão, batata-doce e cenoura.
Devido ao excesso de betacaroteno, sua pele ficou laranja. Somado a este infortúnio foi um El Niño particularmente forte, devido ao qual o céu sobre a Biosfera-2 ficou nublado durante quase todo o inverno.
Isso enfraqueceu a fotossíntese da selva (e, portanto, a produção de oxigênio precioso) e também reduziu as já escassas colheitas. O mundo ao seu redor estava perdendo sua beleza e harmonia. No "deserto" chovia regularmente devido à condensação no teto, de modo que muitas plantas apodreciam.
Enormes árvores de cinco metros na selva de repente ficaram quebradiças, algumas caíram, quebrando tudo ao redor. (Subseqüentemente, investigando esse fenômeno, os cientistas chegaram à conclusão de que sua causa estava na ausência de vento sob a cúpula, que fortalece os troncos das árvores na natureza.)
Os ralos dos tanques de peixes entupiam e os peixes estavam ficando mais escassos. Era cada vez mais difícil combater a acidez do oceano, por causa da qual os corais estavam morrendo.
A fauna da selva e savana também foi inexoravelmente reduzida.
Os anfitriões do paraíso não se sentiram melhor. A quantidade de oxigênio na atmosfera foi diminuindo constantemente e atingiu 16% (contra a norma de 20%). Isso é comparável ao ar rarefeito das montanhas, e geralmente o corpo humano se adapta rapidamente a esse estado. No entanto, devido ao esgotamento geral dos colonos, a doença da montanha não os deixou ir.
Os bionautas começaram a se cansar rapidamente, a cabeça girava constantemente, não conseguiam mais fazer o trabalho no mesmo volume. Mas da maneira mais radical, a falta de oxigênio afetou seu moral. Todos se sentiam oprimidos, tristes, irritados. Todos os dias havia escândalos sob a cúpula.
Apenas baratas e formigas, que preenchiam todos os nichos biológicos, eram ótimas. A biosfera estava morrendo gradualmente.
Os habitantes do projeto começaram a perder peso e sufocar. Os cientistas tiveram que violar as condições do experimento e começar a fornecer oxigênio (23 toneladas) e produtos no interior (esses fatos foram escondidos e posteriormente expostos).
O primeiro experimento terminou em fracasso: as pessoas perderam muito peso, a quantidade de oxigênio caiu para 15% (o conteúdo normal na atmosfera é de 21%).
Após o término do experimento em 1994, começou uma restauração de três anos do enorme complexo.
Nesse período, os patrocinadores abandonaram o projeto, reconhecendo que o experimento não trouxe os resultados esperados.
No início de 1996, a Biosfera-2 foi transferida sob a supervisão científica de B. Marino e seus colegas do Observatório da Terra da Universidade de Columbia.
Eles decidiram interromper o experimento e remover as pessoas do prédio, porque não estava claro como resolver o problema da nutrição e manter a composição do ar inalterada. Em meados de 1996, os cientistas iniciaram um novo experimento, desta vez sem a participação de pessoas.
Eles tinham que descobrir: o aumento na porcentagem de CO2 realmente aumenta o rendimento e por quanto tempo; o que acontece com o excesso de dióxido de carbono e onde ele se acumula; se algum processo catastrófico reverso é possível com um aumento descontrolado do teor de dióxido de carbono na atmosfera.
A segunda etapa também foi interrompida prematuramente por problemas organizacionais e financeiros, supõe-se que a queda nos níveis de oxigênio tenha sido causada pelo crescimento microbiano imprevisto. As lavouras, o cerrado e a floresta se encheram de microrganismos que começaram a se multiplicar e destruir as mudas.
A principal razão para o conflito foi que Allen não permitiu que os bionautas divulgassem seus problemas.
Ele continuou a fingir que o experimento estava indo de acordo com o planejado.
Metade dos colonos (ambos os capitães, o diretor de relações públicas e o chefe de pesquisa científica, ou seja, a administração) concordaram absolutamente com essa posição. Eles acreditavam que precisavam ficar sob a cúpula pelos dois anos planejados a qualquer custo. Outros quatro bionautas argumentaram que a ajuda de cientistas internacionais deve ser solicitada com urgência para entender por que o oxigênio está desaparecendo. Também seria bom pedir um pouco de ar e comida de fora.
Jane Poynter, a líder do grupo que queria pedir ajuda, descreve assim o início do conflito: “Eu limpei os currais da fazenda. Minha cabeça estava girando terrivelmente, e eu tinha que descansar a cada minuto. De manhã conversamos sobre nossa situação, e eu disse que ficar aqui sufocando é uma espécie de sectarismo. Eu pensei sobre tudo isso, então me virei e vi Abigail, que estava parada atrás de mim. Ela tinha algo na boca... No segundo seguinte, ela cuspiu na minha cara! Fiquei confuso e perguntei: “Para quê?” "Pense por si mesmo", respondeu ela, virou-se e saiu.
Enquanto isso, espectadores comuns, que todos os dias vinham em ônibus inteiros para ver o que estava acontecendo em um aquário humano gigante, e não suspeitavam das paixões que estavam fervendo ali. Eles se alinharam ao longo da parede, bebendo refrigerantes, mastigando cachorros-quentes e pessoas em trajes futuristas atrás do vidro pareciam-lhes surpreendentemente espirituais, verdadeiros heróis de livros de ficção científica e visionários. Embora, em geral, os "visionários" estivessem apenas muito cansados e famintos. No outono de 1992, o teor de oxigênio sob a cúpula caiu para 14%.
O Dr. Walford anunciou que estava se demitindo de suas funções, pois não era mais capaz de somar nem mesmo números de dois dígitos em sua cabeça. À noite, os bionautas acordavam constantemente, quando a fotossíntese ativa das plantas parava, o nível de oxigênio caía drasticamente e elas começavam a sufocar. A essa altura, todos os animais vertebrados da biosfera haviam morrido.
Um ano após o início do experimento, Allen e Bass decidiram despressurizar a cápsula e adicionar oxigênio à atmosfera da Biosfera.
Eles também permitiram que os bionautas usassem suprimentos de emergência de grãos e vegetais do cofre de sementes. Isso melhorou muito a condição geral dos colonos.
No entanto, os dois grupos em guerra permaneceram em estado de guerra permanente, tentando nem mesmo conversar um com o outro. Em 26 de setembro de 1993, quando a câmara de ar foi solenemente despressurizada e as pessoas saíram, podia-se entender por seus rostos que o experimento havia falhado - a expulsão do paraíso havia ocorrido de forma plena e para sempre. A biosfera revelou-se inadequada para a vida. Enquanto isso, os jornalistas que souberam da adição de oxigênio à atmosfera fizeram um grande escândalo e apelidaram a "Biosfera" de o grande fracasso do século. Então, qual era esse misterioso problema de oxigênio?
Quando os cientistas examinaram cuidadosamente o estado deplorável das cúpulas em ruínas, chegaram à conclusão de que os pisos de cimento desempenhavam um papel fatal.
O oxigênio reagiu com o cimento e se instalou na forma de óxidos nas paredes.
As bactérias no solo acabaram sendo outro consumidor ativo de oxigênio.
O chernozem mais fértil foi escolhido para a Biosfera, para que tivesse microelementos naturais suficientes por muitos anos, mas em tal terra havia muitos microorganismos que respiram oxigênio da mesma maneira que os vertebrados.
As revistas científicas reconheceram essas descobertas como as principais e únicas conquistas da Biosfera. Numa das paredes interiores do “planeta”, ainda se conservam algumas linhas escritas por uma das mulheres: “Só aqui sentimos o quão dependentes da natureza envolvente. Se não houver árvores, não teremos nada para respirar, se a água estiver poluída, não teremos nada para beber”.
Em 10 de janeiro de 2005, a empresa proprietária do complexo único colocou o laboratório à venda.
Em uma das paredes internas do "planeta" ainda existem várias linhas escritas por uma das mulheres:
“Só aqui sentimos o quão dependentes da natureza circundante. Se não houver árvores, não teremos nada para respirar, se a água estiver poluída, não teremos nada para beber”.
Esta "estufa" gigante vai se tornar um lar permanente para animais africanos como gorilas, chimpanzés, ocapis, bem como algumas espécies raras de aves, anfíbios, répteis, peixes e invertebrados. Espera-se que este biodome dê uma contribuição significativa para a conservação da biodiversidade do nosso planeta.
O biodome irá imitar o habitat natural da floresta tropical do Congo. A área deste pedaço britânico da África será de 16.000 m 2 , a altura máxima da abóbada da "estufa" chegará a 34 metros.
O Conto do Âmbar e o Pressentimento da Biosfera
Há mais de 200 anos, Lomonosov expressou uma ideia que caracteriza a atitude básica de um naturalista que, “imaginando o grande espaço, a estrutura astuta e a beleza de todas as criaturas, com algum horror sagrado e amor reverente honra a sabedoria e o poder infinitos do Criador”.
O importante aqui não é a referência ao Criador, pois Lomonosov viu nos fenômenos naturais uma manifestação da grande criatividade da natureza da Terra e do Cosmos. O significado é importante: um naturalista deve ser capaz de contemplar a Natureza "com algum horror sagrado e amor reverente".
Sim, nossa Natureza terrena deve ser conhecida, compreendida e amada. O mais novo testamento para o homem: ame a biosfera como a si mesmo; cuide de seu lar cósmico habitado como se fosse seu, pois nosso destino depende de sua condição.
Foi essa atitude em relação à natureza que predeterminou em grande parte as notáveis descobertas científicas de Lomonosov. Em seus trabalhos científicos, você fica surpreso ao descobrir as origens da doutrina da atividade geológica dos organismos vivos e da biosfera como ambiente vivo - uma doutrina que foi desenvolvida mais profundamente no início do século 20 por V.I. Vernadsky e A. E. Fersman...
No entanto, devemos começar com um conto de fadas científico.
No tratado "Nas Camadas da Terra", Lomonosov citou a história de um pequeno inseto que viveu nos tempos antigos. Vou dar essa história, levemente editada, para facilitar a leitura, dando a algumas palavras e expressões arcaicas um visual moderno, além de destacar parágrafos.
Aproveitando o calor do verão e o esplendor do sol, caminhámos pelas luxuosas plantas abençoadas, procuramos e recolhemos tudo o que nos serve de alimento. Desfrutaram entre si o encanto da bênção do fardo atual e, seguindo vários cheiros doces, rastejaram e voaram sobre grama, folhas e árvores, sem medo de qualquer infortúnio deles.
E assim nos sentamos na resina líquida que fluiu da árvore, que, tendo-nos amarrado a si mesma com viscosidade, nos cativou e, derramando-se constantemente, nos cobriu completamente. Então, de um terremoto, nossa floresta caída foi coberta por um mar transbordante: as árvores foram derrubadas, cobertas de lodo e areia, junto com piche e conosco; onde, por muito tempo, os sucos minerais penetraram na resina, deram maior dureza, e se transformaram em âmbar, em que recebemos túmulos mais magníficos do que os nobres e ricos do mundo podem ter.
Chegamos aos veios de minério de nenhuma outra forma e em nenhum outro momento do que a madeira petrificada que está conosco.
Parece que neste conto de fadas especial? Idéias óbvias, ensaio de ciência popular. E esta é uma descoberta científica com consequências de longo alcance, amplas generalizações em escala global.
Isto é o que precede o conto: “Neste caso, não posso deixar de pensar de onde o âmbar se originou. Pois embora minha intenção se estenda apenas às camadas da terra; e esta adição não pode conter uma descrição detalhada das coisas na terra; porém, este assunto cansa o raciocínio e não os últimos filisteus de uma sociedade erudita; dos quais a maioria reverencia o âmbar como um corpo mineral genuíno.
Foi essa opinião que prevaleceu na era de Lomonosov. E era uma opinião forçada, pode-se dizer; foi imposto à comunidade científica pelos teólogos e pela tradição da Idade Média européia (especialmente porque muitos dos cientistas do Renascimento e do início do Iluminismo eram clérigos). Como sabemos, as ideias sobre o tempo desde a Criação do Mundo, calculadas em milênios, e as lendas sobre o Dilúvio afetaram.
Lomonosov deu um argumento convincente em favor da veracidade de seu conto: “Parece-me que o incluído no âmbar poderia provar o contrário ... moscas, borboletas, pequenas libélulas, aranhas, formigas, todos os tipos de insetos e, além disso, folhas e nós de pequenas plantas.”
Parece que não são necessárias mais provas. “No entanto, apesar do fato”, continuou ele, “quase todos os minerógrafos mais reverenciados do mundo escrevem que o âmbar se originou nas entranhas da terra a partir de uma combinação de ácido, contido no enxofre, com partículas de terra e oleosas. Para isso, a primeira e mais fácil refutação de sua opinião, apresentarei que ainda não existe um único químico do ácido sulfúrico, de alguma matéria combustível da montanha e da terra de âmbar, e de todos os conhecimentos e experimentos é claro que é impossível ser químico.
Talvez ele tenha conduzido os experimentos relevantes ou lido sobre eles na literatura científica. Ele relatou que o âmbar artificial geralmente é feito de resina transparente misturada com algumas outras substâncias. E ele lembra que o âmbar é encontrado nas águas rasas da costa da Prússia após ventos fortes. Suas ondas não o lançam das profundezas do mar, mas o lavam das rochas costeiras. Fragmentos de árvores petrificadas também são encontrados aqui.
Nas montanhas dos Cárpatos, o âmbar também é encontrado em camadas sedimentares e também junto com árvores petrificadas. Na Itália, o âmbar ocorre em locais onde o petróleo é extraído e é proveniente de carvões betuminosos, nos quais são encontrados troncos de árvores carbonizados.
“Tudo isso mostra”, conclui, “que o âmbar é a origem do reino vegetal... O âmbar queimado emite fumaça perfumada como resina de cipreste, e nas terras russas da Pomerânia, onde é encontrado, chamam-lhe incenso marinho. Experimentos químicos o separam em um óleo combustível, em um sal seco ácido volátil, deixando um pouco de terra na retorta e mostrando pouca água durante a destilação. Tudo isso não revela nele nenhuma grosseria mineral.
A história do âmbar também é instrutiva no sentido metódico. Lomonosov nos ensina a entender o alfabeto da crônica de pedra em suas manifestações mais simples, porque pequenos insetos aprisionados em um precioso sarcófago transparente, pode-se dizer, falam por si.
Vamos levar em conta: quando Lomonosov escreveu sobre o afundamento da superfície da Terra como resultado de terremotos, ele tinha em mente movimentos lentos imperceptíveis pelo homem. E mais. Tendo falado sobre a origem do âmbar, ele fez uma generalização: os corpos minerais, em particular os metais, não são matéria primordial ou primordial, mas nascem constantemente na crosta terrestre.
Com isso, ele agiu - ainda que não explicitamente - contra o dogma aceito por muitos, não apenas pelos citadinos ou teólogos, mas também pelos cientistas, sobre a criação do nada na terra. Ficou completamente claro para ele que era impossível explicar a partir de uma posição religiosa a estrutura da crosta terrestre e a origem não apenas do âmbar, mas também de outros minerais, bem como camadas de rochas que já foram depositadas no mar, então petrificado e elevado à superfície na forma de montanhas e colinas.
(O famoso filósofo Voltaire ridicularizou tais pontos de vista, acreditando que os restos fossilizados de organismos marinhos foram deixados nos Alpes por peregrinos que vieram da Palestina e reuniram esses espécimes na costa do Mediterrâneo.)
... Mineiros, mineiros, engajados no trabalho prático, tentaram não pensar no complexo teórico, como lhes parecia, mistérios da origem dos corpos minerais e depósitos minerais. Além disso, evitavam contradições com as verdades religiosas tradicionais aprendidas desde a infância.
De acordo com Lomonosov, os fósseis e as impressões das criaturas outrora vivas encontradas em diferentes rochas morreram de várias causas que operam constantemente na Terra. Ao estudar os restos fósseis, é possível restaurar as condições naturais em que viviam. Esses achados atestam o fato de que "uma grande mudança na superfície da terra" é produzida por inundações e inundações. Alguns "afogamentos" ocorrem "por excesso de água do ar, isto é, por chuvas fortes e extraordinárias e derretimento abrupto de neve, outros por mares e lagos que transcendem suas margens".
No segundo caso, afetam "tremores de terra" ou "depressões e elevações insensíveis e de longo prazo da superfície da terra". Tais mudanças foram repetidas muitas vezes na história da Terra e estão acontecendo silenciosamente agora. A diferença de idade das rochas com fósseis pode ser constatada estudando-se a alternância das camadas em que se encontram, sendo sua sequência visível em poços, minas e principalmente nas falésias ao longo das margens dos rios.
“Tal visão da origem dos fósseis”, acreditava Vernadsky, “não era para Lomonosov uma mera observação acidental. Estava intimamente ligado à sua ideia geral da vida do nosso planeta e, até onde sei, o conceito brilhante, embora não totalmente correto, de Lomonosov, não tem predecessores diretos. Ele atribuiu grande importância ao mundo orgânico na vida do nosso planeta.
Atribuindo grande importância ao "fogo subterrâneo", Lomonosov observou com uma visão surpreendente o importante papel do mundo orgânico na vida do nosso planeta. Segundo ele, turfa, carvão marrom e carvão preto são provenientes de produtos do processamento principalmente de resíduos vegetais. Estes últimos são formados a partir de turfa por sua lenta transformação em carvão nas profundezas da terra devido à alta temperatura do interior da Terra.
... Lembro que há quatro décadas conversei com um proeminente geólogo soviético N.B. Vassoevich, autor da teoria da origem do petróleo e do gás combustível na biosfera. De repente, ele pegou um dos muitos livros que estavam sobre sua mesa, encontrou a página certa e leu: “Enquanto isso, essa matéria oleosa marrom e preta é expelida pelo calor subterrâneo das brasas que estão sendo preparadas e entra em várias fendas e cavidades, secas e úmido, cheio de água...
E este é o nascimento de vários tipos líquidos de materiais combustíveis e endurecidos a seco, que são óleo de pedra, resina judaica (asfalto. - R.B.), óleo, jato e afins, que, embora diferem em pureza, no entanto, são originários do mesma fonte. Sabe-se por experimentos químicos que a destilação de tais matérias gordurosas, quando se faz um fogo forte, o óleo sai preto e espesso, ao contrário, de um fogo leve sai leve e transparente.
Lomonosov disse isso”, disse Nikolai Bronislavovich solenemente. - Foi o primeiro a compreender o segredo da origem do petróleo!
Sim, e aqui Lomonosov foi o primeiro. Ele explicou: “De acordo com a combustão subterrânea silenciosa, a ação deve subir ... a matéria mais fina” e, acumulada em “algum tipo de cavidade quente”, é processada “por uma ação secundária, que os químicos chamam de retificação”.
Se você não prestar atenção a algumas palavras e expressões antigas, a ideia de Mikhail Vasilyevich corresponde totalmente às visões modernas.
Alguém pode lembrar que em meados do século XIX surgiu uma hipótese da origem inorgânica do petróleo, apoiada pela autoridade de D.I. Mendeleiev. Não foi refutado até agora. No entanto, se sob certas condições "óleo inorgânico" é formado em pequenas quantidades, então depósitos mais ou menos significativos de petróleo e gás devem sua origem a um complexo de fatores e, acima de tudo, ao processamento de material orgânico da biosfera.
“Não conheço uma única teoria do século 18”, escreveu Vernadsky, “que possa ser colocada junto com essas visões de Lomonosov. Da mesma forma, de origem orgânica, em sua opinião, o âmbar é a resina fossilizada das árvores. Voltando a assuntos ainda mais próximos, ele é o primeiro a tocar na origem do chernozem e o considera produto da decomposição da vegetação terrestre, lenhosa e gramínea, e em parte dos animais. Da mesma forma, considera a matéria orgânica das ardósias e argilas produto da destruição do mundo organizado (principalmente chernozem).
Pode parecer estranho que uma vez os cientistas não tenham adivinhado a origem orgânica do âmbar e dos solos. Se não me engano, mesmo na Antiguidade foi sugerido que o âmbar é uma resina petrificada. Mas, ao mesmo tempo, o cristal de rocha (quartzo) era considerado gelo petrificado. Tudo isso eram suposições, sem qualquer justificativa.
“Assim”, continuou Vernadsky, “ele vê restos de organismos por toda parte. Seus ossos e impressões se transformaram em fósseis, mudaram de substância, mantendo sua forma, e o corpo não completamente queimado que havia neles deu enormes depósitos de petróleo, carvão, turfa, solo preto.
E mais uma observação de Vernadsky: “Entre as numerosas cosmogonias do século 18, as visões cosmológicas de Lomonosov são em muitos aspectos originais, já que ele levou em conta fatores químicos em todos os lugares, enquanto a maior parte da cosmogonia foi baseada principalmente na mecânica e na física”.
Nota: no último meio século, as teorias sobre a origem do Universo, a estrutura da matéria, o desenvolvimento da Terra, a evolução da Vida e da Mente, baseadas nos dados das ciências físicas e matemáticas, são mais populares no meio científico. comunidade.
A doutrina da biosfera foi relegada a segundo plano e as ciências técnicas vieram à tona, satisfazendo as necessidades materiais imensamente crescentes dos grupos mais prósperos da população. E se desde a época de Lomonosov as realizações técnicas foram realmente fantásticas, no conhecimento da natureza nativa da Terra, os sucessos são pequenos e, nas últimas décadas, foram completamente insignificantes. A humanidade está rapidamente destruindo e poluindo o meio ambiente. Assim, os fundamentos de nossa existência são minados.
Lomonosov, é claro, reteve elementos de uma visão de mundo mecanicista. Isso é parcialmente justificado (lembre-se do julgamento acima de Immanuel Kant). Mas o mais importante: ele estava ciente da grandeza e complexidade incompreensível da natureza terrena, dos organismos vivos. Reverência pela Natureza - esta foi a base de sua visão de mundo (no início do século 20, este princípio da ecologia foi proclamado pelo notável pensador alemão Albert Schweitzer).
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