Еще более заметно воздействие живого вещества на состояние атмосферы. Современный состав атмосферы создан и поддерживается в основном жизнедеятельностью организмов, а от состава атмосферы зависит взаимодействие земной поверхности с космическими факторами. Несчетное количество организмов населяет водную сферу и почву (педосферу) планеты, насыщая их продуктами своей жизнедеятельности, концентрируя в составе своих тел вещества, рассеянные в среде, и качественно меняя таким образом состав и свойства этих оболочек. Причем свойства компонентов неживой природы меняются столь существенно, что в отношении к живому выступают зачастую как противоположные тем, какие были раньше. Так, химически чистая вода убивает все живое, а вода, обогащенная веществами биогенного происхождения, служит важнейшим условием жизни. То же самое можно сказать о различии между космической радиацией и приземной, которая является результатом взаимодействия космических излучений с верхними слоями атмосферы, особенно с озоновым экраном, порожденным в конечном счете фотохимической деятельностью зеленых растений, воспроизводящих в процессе своего питания свободный кислород в атмосфере. Губительный для живого короткий спектр космических лучей отбрасывается озоновым экраном, постоянно воспроизводящимся из атомов кислорода атмосферы. Благодаря этому стала возможна жизнь на суше планеты. Однако жизнь на суше не могла бы прогрессивно развиваться, занимая все новые ареалы, если бы в процессе взаимодействия с организмами выветривающаяся горная порода не превращалась в плодородную почву.
Таким образом, качественное преобразование абиотической среды под воздействием на нее живых организмов происходит в направлении, благоприятном для дальнейшего развития жизни. Можно говорить о существовании положительных обратных связей в системе взаимодействия между живой и неживой природой. Причем чем выше уровень организации живых тел, тем интенсивнее и глубже характер их воздействия на среду обитания. По мнению В.И.Вернадского, хотя масса живого вещества в конкретных условиях существования всегда сбалансирована с абиотической средой, в целом организмы продолжают наступать на неживую природу, отвоевывая новые места обитания и расширяя тем самым границы биосферы. Прогрессивно накапливается также масса органического вещества не только живущих организмов, но и их захороненных, постепенно минерализующихся остатков. Подсчитано, например, что даже в середине палеозоя масса органического вещества составляла 0,00001—0,000001 современной. Процессы накопления и преобразования органического вещества составляют важнейшую черту биосферы, учет которой исключительно важен для понимания существа происходящих в ней изменении.
В свете учения о биосфере становится возможным не только понять динамику вещественно-энергетических процессов на земной поверхности, но и правильно выделить во всей сложной совокупности ее явлений и факторов наиболее важный, определяющий. Им, как полагал В. И. Вернадский, является живое вещество планеты, т.е. вся совокупность организмов, населяющих Землю, взятая в их единстве. Такой подход был новым и в корне противоречил общепринятым взглядам в науках о Земле.
Согласно традиционному взгляду, решающая роль в происходящих на планете изменениях отводилась факторам неживой природы: тектоническим, гидроклиматическим, зональным, космическим и т.д. Жизнь рассматривалась как эфемерное поверхностное явление, которое можно не принимать во внимание при сравнении с эффективностью воздействия на лик Земли абиотических факторов.
Однако при всей незначительности массы организмам присущи качественно новые пространственно-временные характеристики бытия, в силу чего они развивают исключительную интенсивность метаболических процессов при строгой их направленности, благодаря механизмам целесообразной регуляции, составляющим отличительную черту живого. Кроме того, поскольку жизнь — это непрерывно самоподдерживающийся и самовозобновляющийся процесс, то в ходе жизнедеятельности создается внушительный кумулятивный эффект изменений как самих организмов, так и окружающей среды.
Если исходить из учета не только количественной, но и качественной стороны явлений, то можно более верно разобраться в пестрой картине природных процессов и выделить главное противоречие в развитии биосферы. Таким является противоречие между живой и неживой природой. Разрешение этого противоречия в ходе обменных процессов между организмами и окружающей средой обеспечивает процесс саморазвития биосферы как целостной материальной системы. Нет на земной поверхности более существенного и важного процесса, чем постоянно идущий процесс синтеза и разрушения органического вещества. Все остальные процессы биосферы так или иначе связаны с этим основным и им определяются.
Главное противоречие биосферы представляет пример взаимодействия диалектических противоположностей. Процессы синтеза и разрушения органического вещества исключают и полагают друг друга в одно и то же время в одном и том же наиболее существенном отношении, а именно в отношении взаимосвязи одних и тех же исходных элементов.
Создание органического вещества — это связывание автотрофами в определенном порядке исходных минеральных соединений с помощью главным образом солнечной энергии. Образуются сложные, богатые энергией вещества.
Противоположный процесс представляет собой разложение гетеротрофами сложных органических веществ на исходные минеральные соединения (С02, Н20 и т.д.) и высвобождение энергии связи этих соединений. Высвобождающиеся минеральные соединения и энергия частью используются гетеротрофами и сапрофагами на свое построение, а частью переходят обратно в неживую природу, биогенно преобразовывая ее. Весь процесс получает возможность идти снова и снова до бесконечности именно потому, что он уравновешивается противоположно направленными потоками вещества и энергии. Если бы возобладал сколько-нибудь существенно один из противоположных потоков, система довольно быстро исчерпала бы возможности саморазвития.
Как видим, неразрывность противоположностей живой и неживой природы и в данном конкретном случае основана на их диалектическом взаимоотрицании друг друга в одном и том же жизненно важном для системы аспекте — движении вещества в качественно различные состояния.
Обменные процессы, идущие в биосфере между живой и неживой природой, отличаются исключительной интенсивностью, масштабностью и носят глобальный характер. По сути дела все вещество неживой природы в пределах биосферы принимает в них участие, так или иначе проходя через тела организмов, населяющих ее. Поэтому роль организмов в перемещении и перераспределении вещества по земной поверхности очень велика. Она вполне сопоставима с геологическими факторами, а по некоторым параметрам даже превосходит их. Некоторое представление о геологической роли живого вещества дают, например, такие факты. В живом веществе в непрерывном круговороте находится не менее 1012—1013 т кальция, что составляет заметную часть всего кальция земной коры около 7*1017 т, а что касается азота, то "главная масса азотных соединений на Земле находится в виде тел живого вещества". Живое вещество в течение года перемещает массу газов, которая в несколько раз превосходит вес всей атмосферы. Такого важного для построения живого тела элемента, как углерод, через организмы перемещается в течение 13 лет в 10 раз больше, чем его содержится во всей земной коре.
В свете данных о геологической роли организмов на планете живое вещество предстает не как случайное явление, а как важная часть целостной системы, функционально подчиненная ей и обеспечивающая ее целостность в качественно новом состоянии.
Таким образом, идея о биосфере возникла на основе осознания глобальной функции организмов на нашей планете. Новое понятие потребовалось для того, чтобы отразить в теории качественно новое состояние земной поверхности, обусловленное деятельностью живого вещества.
Как организм не может быть понят вне единства с неживой природой, так и неживая природа в пределах биосферы не может быть понята достаточно полно без учета воздействия на нее со стороны организмов. По сути дела это общее методологическое требование системного подхода: часть не может быть понята в ее структурном и функциональном аспектах без соотнесения с другими частями целостной системы. Если живая и неживая природа представляют собой части целостной системы, то они могут быть поняты только путем соотнесения друг с другом и с целым, частями которого они являются.
Системный подход к изучению биосферы позволяет глубже понять многие процессы на земной поверхности, не поддававшиеся раньше научному объяснению. Особенно это касается проблем распределения вещества по поверхности Земли и проблем источников энергии, необходимой для движения вещества. Удалось, например, понять причины возникновения месторождений многих видов полезных ископаемых и разработать важные методы их поиска по биологическим признакам (работы А.Е.Ферсмана, В.В.Ковальского). Академик А.П.Виноградов положил начало теории биогеохимических провинций, которая оказалась очень важной не только для совершенствования этих методов, но и для понимания причин эндемий, т.е. заболеваний, возникающих из-за недостатка или избытка некоторых микроэлементов в окружающей среде.
Системный подход позволил верно оценить исключительную роль живого вещества как источника энергии процессов не только в живой, но и в значительной части неживой природы. Особенно велика в этом отношении роль зеленых растений — единственных автотрофов на нашей планете. Они перехватывают энергию солнечного луча и трансформируют ее в энергию связи органических соединений. В этой форме энергия Солнца становится доступной всем остальным организмам, передаваясь по цепям питания и размножения. Ежегодно деятельностью всех фотосинтетиков нашей планеты связывается энергия в количестве 1018 Дж. — величина, вполне сопоставимая с кинетической энергией геологических процессов на поверхности Земли, которая равна 1024 Дж. Но энергетическая функция живого вещества не сводится только к количественному аспекту. Главное в том, что деятельностью растений в процессе питания высвобождается кислород, за счет которого идут все реакции окисления. По мнению В.И.Вернадского, химизм нашей планеты обусловлен в основном организмами. С появлением жизни реакции окисления на Земле пошли во много крат быстрее, чем в абиотических условиях, и в этом состоит особое значение энергетической функции живого вещества. В.И.Вернадский связал учение о биосфере с концепцией подвижности земных слоев, продолжив тем самым в геологической науке идею развития. Он предположил, что в геологически длительное время верхние слои биосферы, обогащенные энергией живого вещества, постепенно опускаются в магматическую область и там расплавляются под воздействием высокой температуры и давления, отдавая избыточную энергию земным недрам. Впоследствии эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение в трудах В.И.Лебедева и Н.В.Белова.