В рамках биосферного подхода выявилась значимость ряда базовых процессов, определяющих состав, структуру, способы организации земной биосферы, обеспечивающих ее устойчивость и возможности релаксации под действием внешних космических сил и факторов. Среди таких процессов принято называть циркуляцию вещества, обмен энергией и информацией и осуществление обратных регулирующих связей между элементами биосферы. Отмечается также важность многообразия живых систем и организмов для построения биосферной организации и для поддержания ее устойчивости на протяжении десятков и сотен миллионов лет. В то же время в современной экологии накоплен материал, позволяющий отразить динамику биосферы, реализующуюся в ходе и под влиянием естественной эволюции Земли и под воздействием космических факторов.
Один из первоначальных этапов истории Земли, определивший собой появление жизни на нашей планете, был связан с формированием атмосферы и водных стихий (морей и океанов). Их химический состав претерпевал значительные колебания под действием геологических сил (например, извержение вулканов) и потока солнечного ветра, т. е. электронов, протонов и ионов.
Затем к химической эволюции оболочек Земли около трех с половиной миллиардов лет назад добавилась биологическая эволюция. Начало ей дало появление аминокислот и простейших одноклеточных организмов. Такие организмы обнаружили способность приспосабливаться к среде обитания и к размножению. С этого момента был запущен процесс становления биосферы, который ускорился с появлением около двух миллиардов лет назад клеточных систем, содержащих хлорофилл и другие пигменты. Данное обстоятельство преобразило первоначальную биосферу, поскольку появилась возможность процесса фотосинтеза. Он характеризуется превращением молекул двуокиси углерода и воды в органические соединения и свободный кислород. Осуществляется такой процесс под действием солнечного излучения. Со временем фотосинтез стал основой практически бесконечного наращивания биомассы на Земле.
Главный поток прироста биомассы стали обеспечивать возникшие растения, расселившиеся в водной среде и на суше. Растительная жизнь многократно усилила изменение состава атмосферы, увеличив в ней содержание кислорода и сократив долю двуокиси углерода. В результате стал формироваться в верхних слоях атмосферы защитный озоновый слой, поглощающий ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, которое губительно для сухопутных форм жизни. Новые условия привели к расширению масштабов жизни на суше. Надо отметить и то обстоятельство, что новый состав атмосферы сложился в благоприятные для дальнейшего развития жизни пропорции основных газов: азота, кислорода и углекислого газа. Наша атмосфера может отражать в космос значительную часть тепловой энергии Солнца, что обеспечивает отсутствие перегрева земной поверхности. В то же время тепло на Земле частично задерживается в силу своеобразного парникового эффекта. В итоге в нижних слоях атмосферы и на поверхности планеты поддерживается достаточно устойчивая умеренная температура, благоприятствующая развитию многих экосистем.
Уже на протяжении многих сотен миллионов лет живые организмы являются активными составляющими многочисленных биогеохимических процессов, в которые включены круговороты воды, углерода, кислорода, азота, водорода, серы, калия, кальция и других химических элементов. Они то входят в состав органических форм, то возвращаются в неорганические вещества. Взаимодействие биотических и абиотических масс обеспечивает непрерывное самоподдержание биосферы. И хотя крупные космические и геологические катастрофы могут уничтожать иногда до девяти десятых долей земной биоты, жизнь на Земле сохраняет способность к самовозрождению и новому развитию. Более того, если придерживаться концепции В. И. Вернадского, жизнь геологически вечна. Живое вещество всегда существовало в образе биосферы. Прямых доказательств тезиса Вернадского пока нет. Однако даже в масштабах астрономического времени существование жизни на Земле можно считать практически вечным.
Формы земной жизни, конечно, изменялись. И современный баланс жизненных форм - это продукт многих превращений, свершившихся в прошлом. Сегодня экологи ставят вопрос: насколько велики регулятивные ресурсы современной биосферы? То, что наша биосфера уязвима, установлено многочисленными наблюдениями и экспериментами. Поэтому нет оснований для безграничного оптимизма по поводу жизненных ресурсов нашей планеты. Сомнения усиливаются в связи с тем обстоятельством, что за последние 40 тысяч лет в составе биосферы произошли дополнительные изменения. Их источником стал человек разумный. Он своей деятельностью вносит внутренние возмущения в относительно сбалансированные экопроцессы, которые сложились до появления человека.
Подобные возмущения стали особенно заметны с возникновением индустриальной цивилизации. С этого исторического момента поведение и деятельность людей приобрели мощь геологической силы. Фактором давления на окружающую природу является также бурный рост численности человечества, о чем уже говорилось выше. Показательно, что за последнюю тысячу лет население Земли приросло более чем в 20 раз. К тому же люди благодаря определенным техническим и социальным достижениям расселились по всей земной поверхности, не взирая на ограниченную естественную приспособляемость к окружающей среде. И повсюду человечество осуществляет «покорение природы», демонстрируя наступательный характер своей миграции по планете.
Специалисты, изучающие состояние природной среды, установили, что к настоящему времени человечество использует для разных нужд около половины земной суши. Из всех известных источников чистой пресной воды люди используют больше половины. К тому же идет загрязнение и обмеление множества рек и озер, растет число инженерных водных сооружений, изменяющих экологический баланс рек и озер. Загрязняются прибрежные зоны морей и океанов. Подсчитано также, что в результате агрессивной деятельности человечества за последние 300 лет на Земле исчезли более 400 видов животных и более 600 видов растений. Только в XX столетии уничтожены почти две трети популяций морских животных. За это же время исчезла почти половина прибрежных мантровых лесов. Колоссальных масштабов достиг сегодня рост массы производственных и бытовых отходов. Технологическая неэффективность современного производства поражает воображение. Из массы всего добытого сырья люди превращают в конечный продукт потребления не более одной десятой части. Остальной «материал» идет на свалки. Подсчитано, что отходов органического происхождения человечество производит в 2000 раз больше, чем вся остальная биосфера.
Особую тревогу исследователей вызывают быстро протекающие под воздействием промышленного производства изменения воздушной среды. Они приобрели планетарный характер. Чаще всего речь идет о выбросах в атмосферу углекислого газа, метана и окиси азота. Эти газы создают около 60 процентов дополнительного к естественному парникового эффекта. С середины XVIII столетия до конца XX века объем выбросов в атмосферу этих газов суммарно вырос с 11 миллионов тонн до 24 миллиардов тонн в год. Измерения показали, что в XX столетии приземная температура повысилась на 0,6 градуса Цельсия. Это обстоятельство оказалось связано с сокращением снежного покрова и с таянием льда в Северном Ледовитом океане. В XX веке отмечен также рост числа природных катастроф, среди которых наблюдались ураганы, наводнения, засухи. Их жертвами стали около 10 миллионов человек. Этот показатель сравним с числом жертв первой мировой войны.
Критически настроенные исследователи подчеркивают, что биосфера, будучи сложной нелинейной системой, может уже в недалекое время утратить стабильность, после чего начнется ее необратимый переход в некое квазистабильное состояние. В итоге ее параметры могут оказаться неподходящими для жизни людей.
Используя различные подходы к моделированию состояний биосферы, многие исследователи пытаются прогнозировать ход ее эволюции. Выявилось, что более или менее адекватным общим понятием, отражающим сущность происходящих сегодня на Земле процессов, является «антропобиосфера». С помощью этого понятия строятся модели, которые учитывают структурные, функциональные, информационные, энергетические и других характеристик биосферы. К ним добавляются антропогенные и техногенные характеристики современного состояния общества.
