Учение о ноосфере и биосфере в работах В.И. Вернадского

     Ноосферная концепция Вернадского пробивала себе дорогу с большим трудом. Его программная статья «Несколько слов о ноосфере», предназначенная для центрального печатного органа того времени газеты «Правда», появилась лишь в узкоспециализированном журнале «Успехи современной биологии» за несколько месяцев до смерти автора. В нашей стране о ноосфере вспомнили лишь в 1980 году, когда вышла в свет книга В.И.Вернадского «Научная мысль как планетное явление». Она не была опубликована при жизни автора, но именно в ней концепция ноосферы изложена наиболее обстоятельно.

     «Ноосфера, - писал В.И.Вернадский, - это царство человеческого разума. Это – новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся…

     Ноосфера  есть новое геологическое явление  на нашей планете. В ней впервые  человек становится крупнейшей геологической  силой. Он может и должен перестраивать  своим трудом и мыслью область  своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что  было раньше.

     Лик планеты – биосфера – химически  резко меняется человеком сознательно  и главным образом бессознательно…  Человек должен теперь принимать  все большие и большие меры к тому, чтобы сохранить для  будущих поколений никому не принадлежащие  морские богатства. Сверх того, человеком  создаются новые виды и расы животных и растений.

     В будущем нам рисуются как возможные  сказочные мечтания: человек стремится  выйти за пределы своей планеты… в космическое пространство… И вероятно, выйдет.

     Ноосфера  – последнее из многих состояний  из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории – состояние наших дней».

     1.3. В. И. Вернадский о переходе биосферы в ноосферу

     Как указывалось ранее, под ноосферой понимается сфера взаимодействия природы и общества, в которой человеческий разум при посредстве технически оснащённой деятельности становится определяющим фактором развития [11]. К появлению учения о ноосфере привело развитие естествознания Нового времени. В 1922-23 гг. В. И. Вернадский, читая лекции в Париже, выдвинул тезис о биогеохимических явлениях как основе биосферы. В 1927 г. французский математик и философ Е.Леруа ввёл понятие ноосферы, как современной стадии, геологически переживаемой биосферой

     Обобщив результаты исследований в отрасли  геологии, палеонтологии, биологии и  других естественных наук, В. И. Вернадский пришел к выводу, что биосфера –  это стойкая динамическая система, равновесие, которой установилось в  основных своих чертах с археозоя и неизменно действует на протяжении 1.5 – 2 миллиардов лет». Он доказал, что  устойчивость биосферы за это время  обнаруживается в постоянстве ее общей массы (около 10¹⁹ т), массы живого вещества (10¹⁸ т), энергии, связанной с живым веществом (10¹⁸ ккал), и среднего химического состава всего живого.

     Стойкость биосферы Вернадский связывал с тем  обстоятельством, что «функции жизни  в биосфере – биогеохимические функции  – неизменные на протяжении геологического времени, и ни одна из них не появилась  снова с ходом геологического времени». Все функции живых организмов в биосфере (образование газов, окислительные  и обновленные процессы, концентрация химических элементов и т. п.) не могут  выполняться организмами какого-либо одного вида, а лишь их комплексом. Отсюда вытекает чрезвычайно важное положение, разработанное Вернадским: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система, с большим  количеством видов организмов, каждый из которых выполнял свою роль в  общей системе. Без этого биосфера вообще не могла бы существовать. Отсюда следует, любая трактовка ноосферогенеза может подразумевать только качественное изменение отношений человека с биосферой, но не качественное изменение самой биосферы, ни, тем более, её «отмену».

     Вернадскому принадлежит открытие основного  закона биосферы: «Количество живого вещества является планетной константой со времен архейской эры, то есть за все геологическое время». На протяжении этого периода живой мир морфологически изменился неузнаваемо, но такие  изменения заметно не повлияли ни на количество живого вещества, ни на его  средний валовой состав. Дело здесь  в том, как считает Вернадский, что «в сложной организованности биосферы происходили в границах живого вещества лишь перегруппирования  химических элементов, а не коренные изменения их состава и количества».

     Постоянно подчеркивая, что его позиция – это позиция натуралиста, В.И.Вернадский говорил о биосфере как о «естественном теле», как о «монолите», вбирающем в себя всю совокупность живого вещества планеты. Очевидно, что и человек, как живое существо, включен в биосферу, понимаемую в качестве природно-биологического образования. В таком случае антропогенные факторы эволюции биосферы становятся в один ряд с другими природными параметрами.

     Вместе  с тем, В.И.Вернадский говорил о том, что понятие «естественного тела» изменяет свое содержание в зависимости от контекста. В этом отношении существенно, что «начало» ноосферы отсчитывается с того, условно говоря, момента, когда появился разум: «С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа, – писал Вернадский, – планета переходит в новую стадию своей истории. Биосфера переходит в ноосферу» [7]. Выработанная в социальной среде научная мысль создаёт в биосфере новую геологическую силу. Биосфера переходит тем самым в новое эволюционное состояние.

     Научная мысль как проявление живого вещества по существу не может быть обратимым  явлением, утверждает В. И. Вернадский. Рост научной мысли, тесно связанный  с ростом заселения человеком  биосферы, должен ограничиваться чуждой живому веществу средой и оказывать на неё давление, поскольку он связан с возрастающим количеством живого вещества, прямо или косвенно участвующего в научной работе. Этот рост и связанное с ним давление постоянно увеличиваются благодаря тому, что в них резко проявляется действие массы создаваемых технических средств, экспансия которых в ноосфере подчиняется тем же законам, что и размножение живого вещества, то есть, выражается в геометрических прогрессиях.

     Кроме этого формирование ноосферы, согласно В. И. Вернадскому, определяется следующими условиями и предпосылками:

1. Человечество стало единым целым. Ход мировой истории охватил весь земной шар, включив в единый процесс, различные культурные области, некогда существовавшие изолированно.
2. Преобразование средств связи и обмена сделало регулярным и систематическим обмен веществом, энергией и информацией между различными элементами ноосферы.
3. Овладение новыми источниками энергии дало человеку возможность коренного преобразования окружающей среды.
4. Растёт благосостояние народных масс, трудом и разумом которых создаётся ноосфера.
5. Осознаны равенство всех людей и важность исключения войн из жизни общества.

     Очевидно, о нашей современности следует говорить как о качественно новой ступени развития ноосферы, сохранив ту «начальную» точку отсчета ее эволюции, когда с появлением цивилизации на Земле биосфера стала природно-социальной системой. 
 
 
 

     2. Математическое моделирование в области исследования бионоосферы.

     2.1. Особенности математического моделирования бионоосферы в современных условиях.

     Для начала третьего тысячелетия характерна общая тенденция к математизации научного исследования и широкому применению методов системного анализа.

     Правда, исследование бионоосферы все еще остается той областью знания, в которой пока более целесообразно опираться на объяснение и прогноз опытного практика, чем на теоретико-математические предсказания. Это связано и с принципиальной сложностью самих экологических систем как объектов математического моделирования, и с постоянно совершенствующейся методологией и методикой математического моделирования, и с целым рядом организационных трудностей, возникающих при постановке системного исследования [12]. И все-таки, рассмотренные выше теоретические конструкции в рамках биосферной концепции вселяют определенный оптимизм в возможность их формализации, что делает синтез теоретической экологии делом вполне реальным. 

     2.2. Пример построения математической модели комплекса «бионоосфера».

     Попытаемся  провести методологический анализ комплекса «бионоосфера», опираясь на фундаментальную теорию самоорганизации материи [8].

     Бионоосферу можно рассматривать как открытую неравновесную иерархически сложную систему. В. И. Вернадский, внесший огромный вклад в наше понимание биосферы, еще задолго до современного этапа развития науки, был близок к идее самоорганизации биосферных процессов. На первых стадиях учение о биосфере создавалось на эмпирической основе. В результате этого образовался целый класс биосферных наук, благодаря которым удалось адекватно описать природные процессы.

     В настоящее время анализ проблемы биосферы значительно усложняется  в силу необходимости введения в рассмотрение антропогенного фактора.

     Специфика самой биосферы и экосистем в  ней (неравновесность, открытость) приводит к необходимости рассматривать эволюцию с синергетических (междисциплинарных) позиций.

     Впервые о необходимости синтеза наук о Земле сказал Докучаев В. В. До В. И. Вернадского, системными конструкциями занимались Д. И. Менделеев, А. Н. Бекетов, A. M. Бутлеров, А. И. Воейков.

     Как было указано ранее, В. И. Вернадский считал биосферу активной оболочкой Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба [9]. Основную проблему учения о биосфере составило исследование противоречивого соотношения живого вещества с неживым. Противоречие вытекало из следующих представлений: живое способно к редупликации, неживое способностью генерировать информацию не обладает; живые организмы самопроизвольно увеличивают степень своей упорядоченности, эволюционируют; косное развивается в сторону увеличения беспорядка (диффузия, теплопроводность и т. д.). Вернадский считал, что на живое и биокосное не распространяются законы классической термодинамики и они способны структурироваться и качественно усложняться в процессе эволюции. В этом случае можно выделить космическое значение живого вещества как преобразователя непрерывного потока всепроникающей космической энергии и, прежде всего, энергии солнечного света. Эта энергия является двигателем биогенного тока между природными телами и живым веществом. Такое понимание приводит к тому, что живое вещество можно рассматривать не только как объект классической биологии, но и как объект геологии и именно это, по-видимому, позволило Вернадскому сформулировать следующие биогеохимические принципы:

     1. Биогенная миграция атомов химических элементов всегда стремится к своему максимальному проявлению;

     2. Эволюция видов идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов в биосфере.

     Эти принципы отражают самые общие черты концепции самоорганизации.

     Рассмотрим их не с эмпирических, как у Вернадского, а с теоретических позиций, то есть с помощью языка неравновесной нелинейной динамики. В таком случае повышение сложности в биогенной миграции атомов означает рост упорядочения, понижение энтропии. Основным «каналом» взаимосвязи живого вещества с неживым, как основного способа существования биосферных систем, можно считать биогеохимический круговорот химических элементов.

     Рассмотрим  модель Костицына В. А. [10], описывающую круговорот вещества между органическим миром и атмосферой. Возьмём частную проблему круговорота углерода и кислорода. Пусть х – масса свободного атмосферного кислорода, у – общая масса углекислоты в атмосфере и в океане, ν – общая масса кислорода и углерода в растениях, u – их общая масса в животных; s – их общая масса в остатках растений и животных, расселённых в земной коре. Схема изображенная на рис. 1 показывает отношение между выше указанными переменными.

Рис. 1 

Записываем систему  дифференциальных уравнений: 

     x' = −α₁₃u −α₁₄υ +α₄₁υ,                                                  (1) 

     y = α₃₂u −α₂₄υ + α₄₂υ,                                                         (2) 

     u = α₁₃u −α₃₂u −α₃₅u + βuυ,                                         (3)