I. ЭКОСФЕРА

Для того чтобы выжить на Земле, человеку нужны стабильные условия существования в окружающей среде.

Однако совершенно очевидно, что наш нынешний образ жизни на Земле ведет к разрушению ее тонкой оболочки, поддерживающей жизнь, ведет к нашей собственной гибели. Чтобы представить себе это бедствие, надо начать с рассмотрения природы окружающей нас среды. Для большинства из нас это трудная задача, так как наше отношение к природной среде имеет некоторую специфику. Биологически человек представляет собой лишь часть единой природной системы. И в то же самое время человеческое общество призвано эксплуатировать эту систему в целом для того, чтобы производить материальные блага. Парадоксальное положение, которое мы занимаем в природе, играя одновременно роли ее представителя и эксплуататора, мешает нам правильно понять ее.

Представители диких племен считают человека зависимой частью природы, хрупкой тростиночкой в жестоком мире, управляемом неумолимыми законами, которым надо следовать, если хочешь выжить. Подчиняясь этой необходимости, первобытные племена могут достигнуть замечательного знания окружающей их среды. Условия жизни африканских бушменов: нехватка воды и пищи, экстремальные погодные условия — одни из самых суровых на Земле, и выживают они лишь благодаря необычайно тонкому пониманию окружающей природы. Бушмен может, например, вернувшись из дальнего и долгого странствия, найти единственный клубень, примеченный им раньше, чтобы утолить жажду в сухой сезон.

Мы, которые называем себя передовыми людьми, как будто избавлены от такой зависимости. Бушмен должен выжимать влагу из найденного клубня, нам же достаточно открыть кран. Вместо бездорожья степей мы имеем сеть городских улиц. Вместо того чтобы искать солнечного тепла, когда холодно, или укрываться от него, когда жарко, мы согреваем или охлаждаем себя при помощи машин. Все это заставляет нас считать, что мы сами создаем окружающую нас среду и не зависим больше от каких-либо природных факторов. Выжимая как можно больше выгод из современной науки и техники, мы пришли к роковой иллюзии, что с помощью наших машин мы, наконец, избавились от давления природных условий.

Хорошая иллюстрация этого заблуждения — реактивный лайнер. Сидя в удобных креслах крылатого алюминиевого вагона, несущегося на высоте нескольких миль над землей, где воздух разрежен почти до точки кипения крови, двигаясь с такой скоростью, что солнце кажется застывшим на месте, легко поверить, что мы победили природу и сбросили с себя рабскую зависимость от земли, воды и воздуха.

Но эту иллюзию нетрудно разбить, ведь самолет — тоже создание природной среды. Его двигатели сжигают нефть и кислород — продукты зеленых растений. Каждая деталь самолета ведет свое происхождение от природы. Сталь пришла из доменной печи, которая питается углем, водой и кислородом, то есть продуктами природы. Алюминий выплавлен с помощью электричества, также полученного от сгорания топлива и кислорода или от энергии падающей воды. Глядя на пластиковую отделку салона, мы должны понимать, что для получения той энергии, которая потребовалась на изготовление этого пластика, опять-таки ушло какое-то количество угля, на изготовление каждой детали понадобились сотни литров чистой воды. Если бы не продукты природной среды — кислород, вода, топливо, — самолет, как и люди, не мог бы существовать

Природа создает огромный, необычайно сложный живой механизм, который образует тонкую динамическую оболочку поверхности Земли, и вся человеческая деятельность зависит от работы этого механизма — как в целом, так и отдельных его деталей. Если бы зеленые растения не обладали способностью к фотосинтезу, не было бы кислорода для наших двигателей, доменных печей и топок, не было бы условий для жизни человека и животных. Если бы ив биологические процессы, протекавшие в почве на протяжении многих тысячелетий, у нас бы не было ни сельскохозяйственных растений, ни угля, ни нефти. Этот механизм — наш биологический капитал, фундамент, на котором строится вся наша производственная деятельность. Если мы разрушим его, вся ваша хваленая техника окажется бесполезной и любая экономическая или политическая система, основанная на ней, пойдет ко дну. Кризис окружающей среды — это сигнал приближающейся катастрофы.

Глобальная экосистема представляет собой продукт нескольких миллиардов лет эволюционных изменений в строении земной коры. Возраст Земли — приблизительно 4,5—5 миллиардов лет. Как она образовалась из облака космической пыли, породившей солнечную систему, еще не совсем ясно. Но мы знаем, что вначале Земля была безжизненной, скалистой массой, омываемой атмосферой, насыщенной водяным паром, водородом, аммиаком и метаном.

Теперь хорошо известно, что это простое начало породило весь комплекс земной поверхности, включая живую природу. Происхождение жизни — это фундаментальный вопрос. Живая материя построена почти исключительно из четырех элементов — водород, кислород, углерод и азот, — тех, что входили в состав первичной атмосферы Земли. Но в живой материи эти элементы построили удивительно сложные молекулярные формы, представляющие собой класс органических соединений. Основное свойство органических соединений — это связанный ряд атомов углерода, образующих прямые или разветвляющиеся цепочки и круги. В эту главную структуру встроены другие ведущие атомы — водорода, кислорода и азота (и, в меньшей степени, добавления, такие как сера, фосфор и различные металлы) — в пропорциях и пространственном расположении, характерных для каждого отдельного типа органических веществ. Сложность и разнообразие этих веществ головокружительны.

Каким был процесс, объединивший несколько простых составляющих первобытной земной атмосферы в монументальный комплекс, великолепно сыгранный ансамбль органических веществ, которые составляют нынешнюю живую материю? Долгое время предполагалось, что эти свойства присущи только живой материи. А отсюда следует, что жизнь в своем полном химическом единстве возникла на Земле в результате какого-то единичного спонтанного события или была занесена из космического пространства. Согласно этой точке зрения, жизнь должна была зародиться на Земле раньше, чем появилось органическое веществе.

Теперь мы внаем, что на самом деле все было наоборот и что органические соединения возникли из простых компонентов первичной атмосферы в ходе не биологических, а геохимических процессов, и затем сами породили жизнь. Геохимическое происхождение органических веществ было имитировано в лаборатории: под действием ультрафиолетового излучения, электрической искры или нагревания в смеси воды, аммиака и метана появлялись обнаруживаемые количества таких органических соединений, как аминокислоты которые, соединяясь друг с другом, превращались в белок. Поверхность первобытной Земли получала достаточное количество ультрафиолетового излучения, источником которого была солнечная радиация. Следовательно, есть твердое основание полагать, что в подобных условиях из простых компонентов первичной земной атмосфер! постепенно образовались различные органические соединения. Таким образом, по излюбленному выражению основателя в той теории, профессора А. И. Опарина, на Земле возник своего рода «органический бульон» *.

*Понятие «органический бульон» А. Испарин неоднократно используетв своей книге «происхождение жизни на земле» — классической работе по этому вопросу, — Прим. авт.

В этом «органическом бульоне» два или три миллиарда лет назад и появились первые живые организмы. Как это произошло - узнать очень заманчиво, но трудно; к счастью, нам достаточно известно о свойствах первых форм жизни для того, чтобы установить, как они зависели от окружающей среды и как влияли на неё.

Теперь нам представляется совершенно очевидцам, ЧТО первые формы жизни были вскормлены «органическим бульоном». Все живое требует для своего питания органических веществ, которые служат источником жизненной энергии и строительным материалом для живой материи. В ранней атмосфере Земли кислород практически отсутствовал, поэтому первые живые организмы должны были получать энергию непосредственно из пищи, без окислительных процессов. Такой тип метаболизма, ферментация, — наиболее примитивный способ производства энергии живыми организмами; его продуктом всегда является углекислый газ.

Будучи сами продуктом медленного геохимического процесса длившегося несколько миллиардов лет, первые живые формы, в свою очередь, стали мощным фактором геохимических изменений. Сначала они быстро исчерпали земные запасы органических веществ — продуктов геохимической эволюции, которые служили им пищей. Позднее первые фотосинтезирующие организмы опять преобразовались в органическую субстанцию. Затем последовало стремительное развитие зеленых растений в тропическом климате древней Земли, что привело к возникновению мощных отложений органического углерода, который со временем превратился в уголь, нефть и природный горючий газ. И благодаря фотосинтетическому разложению молекул воды, содержащих кислород, земная атмосфера приобрела свободный кислород. Некоторая его часть превратилась в озон — сильнейший поглотитель ультрафиолетовой радиации. Теперь впервые земная поверхность получила защиту от ультрафиолетовой радиации, серьезно препятствовавшей развитию жизни. Это событие позволило живой материи покинуть свою колыбель — первобытную водную среду. С появлением свободного кислорода стали возможными более совершенные формы метаболизма и огромное количество эволюционных ветвей растений и животных начали заселять планету. Тем временем благодаря растениям и микроорганизмам твердые грунты превратились в почву п тем самым возникла чрезвычайно сложная система взаимозависимых видов жизни. Подобная же система развилась в поверхностных водах. Эти системы определили состав почвы, поверхностных вод и воздуха и соответственно климат.

Тут содержится очень важный урок. В той форме, в которой она впервые появилась, живая система Земли имела врожденный и фатальный порок: необходимая для жизни энергия извлекалась из невосполнимого источника — геохимического запаса органической материи. Совершая эту непоправимую ошибку, быстро развивающаяся жизнь должна была поглотить первобытный «органический бульон» Земли. Жизнь должна была разрушить условия своего собственного выживания. Выживание — свойство, ныне так глубоко ассоциирующееся с жизнью, — стало возможным благодаря своевременному вмешательству эволюции: возникновению первых фотосинтезирующих организмов. Эти новые организмы использовали солнечный свет для преобразования углекислого газа и неорганических веществ в свежую органическую субстанцию. Это решающее событие превратило отбросы первых форм жизни, углекислый газ, в пищу, органические соединения. Произошло замыкание, фатальный линейный процесс был трансформирован в циркуляцию, самовозобновляющийся цикл. С тех пор продолжение жизни на Земле зависит от практически неиссякаемого источника энергии — Солнца.

Так в упрощенном виде перед нами предстает великая схема, которая обеспечивает замечательное постоянство жизни: взаимодействие одного жизненного процесса с другими; и одновременное, взаимосвязанное развитие живой природы Земли и неорганических веществ; повторяющаяся трансформация живой материи в гигантских циклах, приводимых в действие солнечной энергией. Рассмотрение этой эволюции позволяет сделать несколько заключений о природе жизни и ее взаимодействии со средой.

Живая материя в целом произошла из неживой оболочки Земли. Жизнь — это могущественный химический фактор, который, возникнув однажды на Земле, быстро изменил ее поверхность. Каждый живой организм тесно связан со своим физическим и химическим окружением, и если оно изменяется, могут возникнуть новые формы жизни, приспособленные к новым условиям. Жизнь порождает жизнь, и, однажды появившись в благоприятных условиях, новые её формы распространяются до тех пор, пока не оккупируют все пригодные экологические ниши в физическом среде. Каждый организм связан со множеством других: или косвенно — через физические в химические условия, или непосредственно — через пищу или убежище. В каждом живом организме, вплоть до отдельной его клетки, происходит и другой процесс — в своих границах настолько же сложный, насколько и в природной системе, — процесс взаимодействия огромного числа сложнейших молекул, иначе говоря, химические реакции, которые определяют жизненные свойства организма в целом.

Очень немногие из нас, представителей научного мира, в состоянии разобраться в системах подобной сложности. В современной науке мы привыкли иметь дело с гораздо более простыми ситуациями – как одна частичка сталкивается с другой или как молекула А реагирует с молекулой В. Столкнувшись с такой сложной ситуацией, как природная среда с неисчерпаемым многообразием живых форм, мы склонны, одни в большей степени, другие в меньшей, сводить ее в своих рассуждениях к набору отдельных простых задач, в надежде, что их сумма дает что-то близкое к картине целого. Наличие кризиса окружающей среды свидетельствует об иллюзорности этих надежд. До недавнего времени биологи изучали изолированные растения а животных, биохимики изучали молекулы, изолированные в пробирках, накапливая обширную, детальную систему данных современной биологической науки. Однако эти отдельные данные не были обобщены в такой степени, чтобы объяснить, например, экологию озера и причины ее уязвимости.

Я сделал это признание, прежде чем перейти к осуществлению своего намерения — описать окружающую среду таким образом, чтобы облегчить понимание сущности нынешнего кризиса. Это признание должно напомнить о том, что любое подобное описание держится на весьма неуклюжих костылях. Мы слишком долго игнорировали необходимость понимания сложных природных процессов, я потому наши методы еще очень грубы.

Рассмотрим различные аспекты проблемы внешней среды. Прежде всего — пространственная неоднородность: как можно рассматривать в рамках одного комплекса представлений, как некую постоянную данность, существование густо населенных, калейдоскопически пестрых тропических джунглей и кажущихся мертвыми и неизменными пустынь? Затем — бесконечное разнообразие видов жизни в природе: какими общими свойствами характеризуется биологическое поведение мышей, ястреба, форели, земляного черва, кишечных бактерий человека или водоросли, которая окрашивает озеро Эри в зеленый цвет? Далее — разнообразие биохимических процессов, которые не только протекают внутри каждого организма, но и связывают его с другими организмами и окружающей средой: как мы можем объединить в единую схему такие явления, как фотосинтез, разложение органических веществ ферментами, кислородное сгорание или сложную химическую зависимость одного организма от другого, которая лежит в основе паразитизма?

Каждый из этих взглядов на природную систему есть только тонкий разрез через сложное целое. Каждый освещает некоторые свойства целого, но общая картина получается по необходимости искаженной. Потому что, рассматривая один комплекс взаимоотношений, мы неминуемо игнорируем многие другие, а ведь в реальном мире каждая вещь связана со всеми остальными.

Один из интересных разрезов природной среды можно получить, прослеживая траекторию движения химических элементов, которые ее составляют. Хороший пример — азот, один из основных элементов как живой, так и неживой природы. Четыре химических элемента, которые служат строительным материалом живой материи — углерод, водород, кислород и азот, — движутся через в экосферу в громадных пересекающихся циклах: то это компонент воздуха, то элемент живого организма, то отбросы в водной среде, которые с течением времени могут превратиться в минеральные отложения или окаменелые останки.

Среди этих четырех элементов живого азот играет особо важную роль, потому что он служит чувствительным индикатором качества жизни. Первый признак нищеты — это недостаток азотсодержащей пищи. Следствием этого является слабое здоровье, потому что многие детали живой машины — белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и гормоны — построены из молекул, содержащих азот. Таким образом, азот непосредственно связан с нуждами человека, и, как видим, глобальный процесс миграции азота — это особенно важный для нас баланс.

В экосфере азот присутствует в сравнительно небольшом количестве химических форм. Наиболее типичное свойство химии азота заключается в том, что молекулы, содержащие азот, очень редко связываются с кислородом. Около 80 процентов земных запасов азота находится в атмосфере, где он существует в виде инертного газа. Большая часть оставшихся 20 процентов азота заключена в почвенном гумусе, очень сложной органической субстанции. Другая значительная доля содержится в живых организмах — почти исключительно в составе органических соединений.

Имея в виду эти сведения, попробуем взглянуть на некоторые свойства азотного цикла в природной среде. Лучше всего начать с почвы, изначального источника почти всей пищи и множества видов промышленного сырья. Почва — это чрезвычайно сложная экосистема, представляющая собой результат сбалансированного взаимодействия широкого многообразия микроорганизмов, животных растений, функционирующих в установившейся физической среде. Азот поступает в почву благодаря азотной фиксации, процессу, осуществляемому различными бактериями и водорослями, одни из которых живут в почве самостоятельно, а другие связаны с корнями бобовых, таких, как клевер, или с листьями некоторых тропических растений. Другой источник азота почвы — разложение отходов растительных и животных организмов. Значительная часть его оказывается связанной с гумусом. Гумус медленно высвобождает азот под действием почвенных микроорганизмов, которые переводят его в нитраты. В свою очередь нитраты, поглощаемые корнями растений, переходят в белок и другие жизненно важные составляющие растений. Растения поедают животные, экскременты и трупы животных возвращаются в почву, и цикл завершается.

Пожалуй, наиболее медленный процесс в этом цикле — высвобождение нитратов из гумуса. В результате естественное содержание нитратов в почвенной влаге невелико и корни должны усиленно работать, чтобы доставить растениям пищу. Для этой работы растениям требуется энергия, которая высвобождается в ходе биологических окислительных процессов, происходящих в корнях. Требующийся для этого кислород должен поступать к корням из воздуха, а процесс этот эффективен лишь в том случае, когда почва достаточно пористая. Пористость почвы очень сильно зависит от содержания в ней гумуса, потому что гумус имеет пористую структуру. Таким образом, пористость почвы, а следовательно, содержание в ней кислорода и эффективность усвоения питательных веществ корнями растений находится в тесной связи с содержанием гумуса в почве. В своем развитии растение преобразует неорганические питательные вещества в органическую материю (растительная субстанция), которая, распадаясь в почве, увеличивает содержание в ней гумуса, что, в свою очередь, повышает пористость почвы и в конечном итоге способствует эффективному росту растений.

Здесь целесообразно остановиться и рассмотреть два ряда взаимоотношений, которые только что были описаны: первый — миграция атомов азота в общем почвенном круговороте, второй — взаимная зависимость между эффективностью роста растений и структурой почвы. Отметим, что эти циклы различны по своей природе. Один описывает в буквальном смысле слова движение физического объекта — атома азота, другой, более абстрактный, включает в себя ряд зависимостей между процессами. Эти циклы тесно соприкасаются между собой в критической точке — гумусе. В рамках одного цикла гумус — это главный запас почвенного азота, необходимого для роста растений, в рамках второго им определяется физическая структура почвы, от которой зависит эффективность использования питательных соединений, в том числе азота, высвобождаемого гумусом.

Эта двойная роль гумуса в почве усиливает эффекты изменений свойств почвы. Так, если уменьшается содержание гумуса в почве, то падает и содержание нитратов, необходимых для роста растений. В то же самое время уменьшается и эффективность поглощения корнями питательных веществ, поэтому процесс воздействия гумуса на рост растений является самоускоряющимся. И наоборот, достаточное количество гумуса ее только обеспечивает хороший запас азота, но и способствует эффективному усвоению его растениями. Любой природный агент, который, подобно гумусу, одновременно участвует в двух циклах или больше, играет, по-видимому, могущественную роль во всей системе в целом. Подобные связи увеличивают сложность системы, тонкость ее плетения и потому способствуют ее стабильности. Вот почему, когда эти петли слабеют, экологическая ткань рвется.

Как видно, для того чтобы понять решающее значение гумуса как примера только что описанных связей, мы должны были рассмотреть его одновременно в обеих ролях. К сожалению, такой способ анализа не распространен ввиду той специализации, которая разделяет биологов па два лагеря: или специалистов по почвенной структуре, или специалистов по питательным веществам растений. Как мы увидим несколько позже, в естественной тенденции думать только об одной какой-то вещи и состоит главная причина нашего непонимания окружающей среды и тех грубых ошибок, которые приводят к ее разрушению.

В естественных водоёмах превалирует сходный круговорот азота, с тою лишь разницей, что там отсутствуют крупные запасы органического азота, в почве представленные гумусом. В водных экосистемах азот движется циклически, проходя следующие этапы: рыбы дают органические отбросы; разлагающие микроорганизмы высвобождают азот из органических соединений и, связывая его с кислородом, переводят в нитраты; последние преобразуются в органическую форму водорослями; органическое вещество водорослей служит пищей для мелких водных животных (зоопланктона); они, в свою очередь, поедаются рыбой. Соотношение между скоростью разложения органических веществ и скоростью роста водорослей определяет концентрацию нитратов в воде.

Надо сказать, что лишь незначительная часть нитратов попадает в воду из почвы, хотя вода принимает самое активное участие в почвенном цикле. В результате содержание нитратов в естественных поверхностных водах очень низко, порядка одной части на миллион, а соответственно невелика и популяция водорослей. Это делает воду чистой и почти совершенно избавляет ее от органических частиц.

В сравнении с другими экологическими аренами — почвой и водой — атмосфера является наибольшей и наиболее однородной средой и гораздо меньше зависит от биологических процессов. Воздух имеет постоянный состав: около 80 процентов газообразного азота, около 20 -газообразного кислорода, очень небольшой процент (около 0,03) углекислого газа и незначительное содержание нескольких редких газов, таких как гелий, неон, аргон, а также водяной пар. Как и все на Земле, поведение к воздушного океана подчиняется циклам, но они значительно больше определяются физическими явлениями, нежели химическими или биологическими.

В небольшом временном масштабе атмосферные циклы — это то, что мы называем погодой. Погодные циклы управляются солнечной энергией, которая непрерывно поступает на Землю. Каждая субстанция земной поверхности, которая поглощает солнечную энергию, например почва, нагревается ею, если только эта энергия не вызывает изменения физического состояния. Энергия, поглощаемая льдом, вместо того чтобы нагревать его, может перевести его в жидкое состояние — воду. Энергия, поглощенная водой, или нагревать ее, или переводит в газообразное состояние — водяной пар. Если поглощающая субстанция легко меняет свое физическое состояние — например, вода в океане — то, несмотря на значительное количество поглощенной солнечной энергии, температура повышается незначительно. Вот почему в солнечный день песок горячий, а вода относительно холодна. После захода солнца воздух над горячим песком, будучи теплым и легким, поднимается; более холодный воздух с воды занимает его место — это прохладный береговой бриз.

Поглощаемая океанами, которые покрывают две трети земной поверхности, значительная доля солнечной энергии расходуется на переход воды из жидкого в газообразное состояние, процесс испарения. Каждый грамм водяного пара приносит в атмосферу вполне определенное количество солнечной энергии (около 536 грамм-калорий). Когда происходит обратный процесс — переход водяного пара в жидкость путем конденсации — это же количество энергии высвобождается. Так, энергия, полученная от Солнца, скажем, в летние жаркие дни Карибским морем, поступает в воздух с водяным паром. Когда водяной пар поднимается от земной поверхности, он встречается с очень холодным воздухом стратосферы и конденсируется, образуя дождевые капли. Каждый грамм водяного пара, который конденсируется в дождевые капли, высвобождает 536 калорий энергии. Вся эта энергия нагревает воздух, вызывая его подъем, холодный воздух опускается к поверхности, чтобы занять место поднимающегося теплого воздуха, — и возникают ветры. Таково происхождение карибских ураганов.

Это лишь несколько примеров погодных процессов и ежедневных изменений в атмосфере, которая омывает каждый уголок Земли, Для нас здесь существенно то обстоятельство, что в ходе погодных процессов происходит передвижение воздушных масс, покрывающих отдельные местности, например город, и вымывание взвешенных примесей, например загрязнителей. Погодные процессы способствуют очищению воздуха. Все, что попадает в атмосферу, вовлекается в эти процессы и, в конечном итоге, приносится на земную поверхность, где входит в природные кругообороты, происходящие в воде и почве.

Если движение воздуха незначительно, то все, что попадает в воздух за счет локальных процессов — например, смог, накапливается там. Спокойная погода способствует расположению теплого воздуха над холодным. Это отличается от обычных условий, когда наблюдается обратная картина: нижние слои воздуха теплее, чем верхние. Такое явление называется инверсией. Так как холодный воздух плотнее, чем теплый, вертикальной циркуляция в этих условиях становится невозможной. Инверсия может удерживать одни и те же воздушные массы над городом в течение несколько дней. В таких случаях — как это было, например, в Нью-Йорке в ноябре 1965 года, — концентрация * загрязнений может достигнуть критического уровня.

Погодные процессы происходят главным образом в нижних слоях атмосферы — между земной поверхностью и высотами порядка 10— 12 километров. Выше начинается стратосфера, почти лишенная влаги, облаков, дождя или снега. Некоторые примеси, поступающие в воздух, настолько легки, что попадают в стратосферу, где они могут оставаться очень долго. Некоторые осколочные радионуклиды — продукты ядерных взрывов — связаны именно с такими мельчайшими частичками, и они могут оставаться в стратосфере месяцами.

Изменения в составе атмосферы, имеющие больший временной масштаб, могут сильно повлиять на интенсивность и спектр солнечной радиации, которая достигает земной поверхности. Такой эффект может быть вызван увеличением содержания в атмосфере частиц пыли, водяного пара, облаков, углекислого газа и озона. Вообще говоря, водяной пар и облака действуют как щит: излучение, идущее к Земле от Солнца, рассеивается водяными каплями, так что значительная его часть не может дойти до поверхности. Таким образом, облачность понижает температуру на Земле.

Углекислый газ обладает специфическим свойством: он прозрачен для большей части солнечного спектра, кроме инфракрасной. В этом смысле углекислый газ подобен стеклу, которое беспрепятственно пропускает видимый свет, но отражает инфракрасный. Именно на этом эффекте основаны парники. Энергия видимой части излучения проходит через стекло и поглощается почвой в парнике, а затем превращается в тепло, которое теперь испускается почвой в виде инфракрасного излучения. Последнее, достигая стеклянной поверхности парника, отражается обратно и & сохраняется внутри парника в виде тепла. Вот почему даже в не обогреваемых парниках в солнечный зимний день тепло. Подобно стеклу, углекислый газ. атмосферы регулирует температуру земной поверхности как гигантский энергетический клапан. Солнечная энергия видимой часта спектра легко проходит через него; достигая поверхности Земли, большая часть этой энергии превращается в тепло, но испускаемое нагретой землей инфракрасное излучение задерживается в атмосферном парнике, поглощаясь углекислым газом.

Таким образом, чем выше концентрация углекислого газа в атмосфере, тем большая часть солнечной радиации усваивается Землей в виде тепла. Это объясняет, почему в ранний период истории Земли, когда концентрация углекислого газа была высокой, средняя температура на нашей планете достигала тропического уровня. Затем, когда появилась огромная масса растений, большая часть углекислого газа перешла в органическое вещество растений (которое затем отложилось в виде угля, нефти и природного газа), климат Земли стал холоднее. Теперь, когда мы сжигаем эти запасы топлива и превращаем их в углекислый газ, концентрация его в атмосфере увеличивается; как это может повлиять на температуру на Земле — вопрос, который сегодня служит предметом научной дискуссии.

Другая составляющая воздуха, озон, играет особую роль в регулировании потока радиации, достигающей поверхности Земли. Озон — это химически активные молекулы, состоящие из трех атомов кислорода, соединенных в виде треугольника. Он хорошо поглощает ультрафиолетовую радиацию. Озон образуется из кислорода, но поскольку у земной поверхности он интенсивно реагирует с другими веществами, этот газ присутствует как таковой в основном лишь в верхних, слоях стратосферы. И вот, в то время как атмосфера Земли получила кислород благодаря фотосинтезу зеленых растений, планета в свою очередь получила озоновый щит на больших высотах. А до этого земная поверхность омывалась интенсивным ультрафиолетовым излучением, которое фактически было энергетическим источником в процессе преобразования компонентов первичной земной атмосферы — метана, воды и аммиака — в «бульон» из органических соединений, где впервые зародилась жизнь. Однако ультрафиолетовая радиация очень опасна для чувствительного равновесия химических реакций в живых клетках, и, по-видимому, первые живые организмы выжили только потому, что они развивались под слоем воды, достаточно мощным, чтобы защитить их от ультрафиолетовой радиации, достигающей поверхности Земли.

Лишь с появлением кислорода и озонового щита интенсивность ультрафиолетовой радиации на земной поверхности понизилась достаточно для того, чтобы живые организмы смогли уйти из-под защиты воды и начать заселение суши. Продолжительное существование сухопутной жизни стало возможным благодаря озоновому слою в стратосфере — защите, которая сама явилась продуктом жизни. Если бы содержание озона в стратосфере уменьшилось, сухопутная жизнь серьезно пострадала бы от солнечной ультрафиолетовой радиации. К сожалению, некоторые виды человеческой деятельности создают эту угрозу. Например, сверхзвуковая авиация (СЗА),

Таковы, в общих чертах, природные циклы, которые управляют тремя большими глобальными системами: воздухом, водой и почвой. В пределах каждой из них живут тысячи видов различных организмов. Каждый вид приспособлен к своей экологической нише и каждый в ходе своей жизнедеятельности влияет на физические и химические свойства непосредственно окружающей его среды.

Каждый вид жизни связан со множеством других. Эти связи ошеломляют своим разнообразием и восхищают своей сложностью. Животное, например олень, зависит от растений как от источника пищи; растение зависит от почвенных бактерий, доставляющих ему питательные вещества; бактерии в свою очередь живут в отбросах, оставляемых животными на почве. В то же самое время олень служит пищей для горных барсов. Одни насекомые питаются соками растений или цветочной пыльцой, другие — сосут кровь животных. Бактерии могут жить во внутренних тканях животных и растений. Грибковые разлагают ткани мертвых растений и животных. Все это сложнейшее многообразие взаимоотношений между отдельными видами создает грандиозную паутину жизни на Земле.

Наука, которая изучает взаимоотношения и процессы, связывающие каждый живой организм с его физико-химической средой, называется экологией. Это наука о домоводстве в планетарном масштабе. Об окружающей нас среде можно сказать, что это до«, созданный на Земле жизнью для жизни. Экология — молодая наука, и многое из того, чему она учит, стало известно в ходе изучения лишь небольших сегментов единой живой системы Земли. Экология еще не достигла такой целостности и степени обобщения, какие характерны, скажем, для физики. Тем не менее она сумела сделать ряд обобщений, которые почти с очевидностью следуют из того, что мы теперь знаем об экосфере, и которые могут быть представлены в виде некоторой системы «законов экологии». Они описаны ниже.

Дата добавления: 2015-10-16