Особливістю природних екосистем є повторне використання біогенних речовин. Хоча в біогеохімічних циклах деякі з таких елементів і губляться, надходячи в депо, і робляться недоступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний.

Мал. 7. 7. Біогеохімічний цикл фосфору

3. Антропогенний вплив на природні цикли основних біогенних елементів

Антропогенне природокористування вносить у біогеохімічні цикли чимало перешкод. Так, поширеність процесів спалювання палива, в т.ч. і для потреб сільськогосподарського виробництва, призводить до надходження до атмосфери близько 20 млрд. тонн вуглекислого газу та 700 млн. тонн інших газів і твердих часток. Самі вирубки лісу призводили тільки на території СРСР до винесення з екосистем лісу до 1,2 - 5 тисяч тонн фосфору, 6-20 тисяч тонн азоту та 1,2-6 тисяч тонн кремнію. Перенесені в урбанізовані райони або в агроекосистеми, ці речовини виявляються або зовсім, або тимчасово виключеними з природного їх кругообігу. Ці процеси, по суті, ведуть до появи нового техногенного типу кругообігу хімічних елементів.

4. Стабільність біосфери. Ноосфера, управління біосферою

Біосфера володіє потужною буферною дією щодо багатьох зовнішніх впливів. Це забезпечує загальну стійкість та створює сприятливі стабільні умови існування організмів. У межах біосфери пом'якшується дія вітру, посушливість повітря та ґрунту, підтримується певне співвідношення між концентрацією кисню та вуглекислого газу в атмосфері, звужується амплітуда коливань температури. Але всі ці якості біосфери не можуть протистояти нерозумним діям людини і різко падають при антропогенних впливах. Так, посухи порівняно безпечні для природних екосистем, але вони наносять відчутні збитки агроекосистемам.

Зберегти грунтово-кліматичні умови великих регіонів планети та забезпечити їх стійкість можна тільки при наявності в цих регіонах • досить великих за площами природних біомів.

Для стійкості біогеохімічних циклів велике значення мають депо біогенних хімічних речовин в ґрунті. Ґрунт - це зовсім особливе за своїми властивостями природне тіло. У біосфері ґрунт виконує безліч специфічних функцій. Він забезпечує рослини всіма необхідними поживними речовинами, утримує в собі велику кількість вологи, перешкоджає її швидкому стоку до рік. У сільському господарстві ґрунт є компонентом виробництва.

Ґрунти в різних біомах та різних природних зонах досить сильно відрізняються між собою. У помірних широтах властивості ґрунтів такі, що гумус добре утримує катіони та аніони біогенних елементів, їх вивільнення йде поступово і це забезпечує збереження родючості ґрунту на довгий час, а також створення біологічної продукції. На противагу цьому, в тропіках, завдяки високій температурі та вологості, мінералізація йде досить швидко. Вилужування ґрунтів та вимивання з них іонів мінеральних речовин проходять досить активно. Тому агроекосистеми тропічних широт порівняно з екосистемами помірних зон більш вразливі та швидше деградують. Цей процес тут часто завершується запустелюванням та виключенням територій із сільськогосподарського використання.

Важливими учасниками біогеохімічних циклів є ґрунтові мікроорганізми. Ґрунт одночасно служить депо для багатьох речовин, за рахунок якого гасяться флуктуації, що виникають при переході речовин з однієї ланки біогеохімічного циклу до другої. Особливо важливий щодо цього гумус ґрунту. У ньому продукти розкладу органічних речовин утримуються тривалий час. Наприклад, у дерново-підзолистому грунті об'єм можливих нових включень органічної речовини складає 300 кг/га, в чорноземах -160 кг/га. Чимало речовин, що надходять до ґрунту, можуть утримуватися в ньому за рахунок адсорбції та інших фізико-хімічних процесів. Ємність ґрунтів за рахунок такого типу поглинання сягає 225 кг/га на рік.

Екологічне нормування повинне базуватися на аналізі властивостей екосистеми, найважливішою з яких є стійкість до зовнішнього впливу. Вплив великомасштабних змін навколишнього середовища на живі організми, безумовно, відбивається на стійкості екологічних систем, до яких входять ці організми.

Слід мати на увазі, що екологічні системи, так само як і окремі види організмів, були об'єктом тривалого еволюційного процесу, у ході якого менш стійкі системи зникали і зберігалися тільки ті екологічні системи, стійкість яких стосовно коливань зовнішніх чинників була досить високою.

Загалом стійкість біологічних систем можна охарактеризувати як внутрішньо притаманну біосистемі здатність підтримувати на визначеному рівні протягом тривалого часу свої основні параметри та відновлювати їх після порушень. Кількісно оцінити стійкість досить складно, але вченими були відзначені деякі закономірності в здатності екосистем підтримувати свій рівноважний стан: Стійкість угруповання тим вища, чим більший час воно може існувати, не зазнаючи значних змін. Більш стійкі угруповання повинні мати більшу різноманітність життєвих форм і екологічних ніш.

У результаті впливу екологічних чинників успіх живих організмів у боротьбі за існування визначається значною мірою їхнім пристосуванням до умов, які сприяють підтриманню стійкості екологічних систем. У зв'язку з цим природний добір має тенденцію до збереження організмів, еволюція яких підвищує стійкість екологічних систем.

Думка про роль людства, яке перетворює біосферу на базі наукових знань на благо кожної людини, не залишала В. І. Вернадського весь останній період його життя.

Ноосфера (від грецьк. пооз -розум) - це сфера взаємодії суспільства й природи, у межах якої розумна діяльність є головним, визначальним чинником розвитку.

У понятті ноосфери підкреслюється необхідність доцільної взаємодії людства та природи. На думку В. І. Вернадського, відношення суспільства до природи обумовлене не тільки науково-технічними досягненнями, а й соціальними чинниками.

Поняття «ноосфера» вперше вжив у 20-і роки XX ст. французький палеонтолог і філософ Тейяр де Шарден. У його розумінні ноосфера -ідеальна, духовна («мисляча») оболонка Землі, що виникла з появою і розвитком людської свідомості. В. І. Вернадський вважав, що головна сила перетворення біосфери в ноосферу в інтересах людства - це поєднання розуму з ідеалами демократії.

Вихід з екологічної кризи може бути тільки у використанні розуму людства (у вигляді суми знань і технологічних розробок) не лише для експлуатації природних ресурсів, а й для їхнього збереження і примноження.

На жаль, наявна екологічна ситуація не може бути змінена природними системами регуляції, що еволюційно сформувалися на різних рівнях організації живої матерії. Вирішення проблеми передбачає активне регулююче втручання людини в біосферні процеси, аж до спрямованого контролю чисельності та біологічної активності економічно значущих видів і формування штучних екосистем із заданими властивостями. В основі вирішення цього завдання повинні лежати глибокі знання природних законів формування й функціонування біологічних систем різного рангу.

Тільки на базі пізнання фундаментальних екологічних закономірносmeй, з використанням сучасних наукових і технічних досягнень вдасться сконструювати систему гармонійної взаємодії людства і живої природи. В.І.Вернадський, як вчений-матеріаліст, визначив місце людини у біосфері трьома положеннями:

1. Людина, як вона спостерігається в природі, як і всі живі організми, як і вся жива речовина, є певна функція біосфери, в певному її просторі - часі.

2. Людина у всіх її проявах становить певну закономірну частину будови біосфери.

3. "Вибух " наукової думки в XX cm. підготовлений усім минулим біосфери і має глибинні корені. Цивілізація "культурного людства ", - оскільки воно є формою організації нової геологічної сили, створеної у біосфері, - не може перериватися і знищитися, оскільки це велике природне явище, яке відповідає історично, точніше, геологічно, встановленій організованості біосфери".

Ці ідеї покладені в основу закону ноосфери В.І.Вернадського:

Біосфера неминуче перетвориться в ноосферу, тобто, сферу, де людський розум буде відігравати домінуючу роль в розвитку системи "людина-природа ".

Розглядаючи людину і біосферу як єдине органічне ціле, В.І.Вернадський пов'язував злети в історії цивілізації із народженням біосферою можливостей, здатних робити прориви в її території: через століття повторюються періоди, коли згромаджуються в одному або небагатьох поколіннях, в одній або багатьох країнах багато обдарованих особистостей, уми яких створюють силу, що змінює біосферу.

Розквіт стародавніх цивілізацій Китаю та Індії, Еллади та Риму, італійське Відродження, промислова революція середини XIX і науково-технічна революція середини XX ст. є підтвердженням думок вченого. Слід відзначити, що ноосферні ідеї стали швидко захоплювати екологічне мислення. В 1948 р. американський біогеохімік Г.Е.Хатчінсон в одній із своїх статей наголошував: еколог має довести, що догляд за біосферою і підтримка її в доброму стані є такою ж цікавою і важливою справою, як ремонт власного радіоприймача чи автомобіля.

Повне домінування людини над природою неможливе; воно не було б ні міцним, ні стабільним, оскільки людина - дуже залежний хижак, який займає надто "високе" місце у кормовому ланцюзі. Було б куди краще, якби людина зрозуміла, що існує деяка екологічна залежність, в умовах якої вона має розуміти світ із багатьма іншими організмами, замість того, щоб дивитися на кожний квадратний сантиметр як на можливе джерело їжі і благополуччя або як на місце, на якому можна спорудити щось штучне (Ю. Одум). Якщо поведінка людини насправді "розумна", то зрозуміло, що людина має: вивчити і зрозуміти форму власного популяційного росту; визначити кількісно оптимальні розміри і конфігурації населення в зв'язку із ємністю даної області, що дає змогу їй бути готовою до прийняття "культурної регуляції" там, де природна регуляція не дієва.

Діалектична взаємодія суспільства і біосфери в ході історичного прогресу людства поступово перетворюється на управління спочатку окремими елементами біосфери, потім її частинами і, нарешті, всією біосферою у планетарному масштабі. До практичного розв'язання останнього завдання людству ще далеко, але в теоретичному плані воно актуальне вже тепер.