Формирование представлений о биосфере как единстве природы. Биосферный класс наук. Представления Ж.-Б. Ламарка(1744-1829) о целостности природы, «биосфера» в трудах Эд. Зюсса (1831-1914). Значение трудов А. И. Воейкова (1842-1916), заложившего основы климатологии, Б.Б. Полынова (1877-1952) - о геохимии ландшафтов, В.В. Докучаева (1846-1903) о формировании русского чернозема, А. Л. Чижевского (1897-1964) - о постоянно действующих связях биосферы с космическими факторами, Н.В. Тимофеева-Ресовского (1900-1981) — основоположника радиационной биогеоценологии, а также в области радиационной генетики и молекулярной биологии; учение о лесе Г. Ф. Морозова (1867-1920).
Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере и его значение: определение биосферы, типы вещества биосферы, значение живых организмов в создании атмосферы, почвы и гумуса, наличие биогенной миграции в биосфере, закономерность появления ноосферы.
Живое вещество, его химический состав и диссимметричность: определение живого вещества, его компоненты и функциональные группы, преобладание химических элементов, коэффициент биологического поглощения элемента, две группы химических элементов по коэффициенту биологического поглощения, диссимметричность живого вещества, ее проявления.
Количество и геологическая активность живого вещества. Отличия живого вещества от неживого: скорость размножения организмов в идеальных условиях, темп размножения, их ограничения; кинетическая биохимическая энергия. Отличия живых и костных тел.
Определение биосферы, ее границы. Распределение живого вещества: распределение живого вещества в биосфере, две формы концентрации живого вещества, биомы, наземные (открытые и закрытые) - тропические леса, тропические редколесья, тропические саванны и лугопастбищные земли, чапараль или зона растительности средиземноморского типа, леса умеренного пояса, районы лугопастбищной растительности умеренного пояса, пустыни, бореальные леса или тайга, тундра; морские биомы - пелагиаль и бенталь; пресноводные биомы - стоячие воды, проточные воды и эстуарии.
Геохимическая работа живого вещества: биомасса, биологическая продуктивность, первичная продуктивность (полная, чистая); вторичная продуктивность; отличия биомассы океанов и суши; специфические показатели геохимической деятельности растений суши (биомасса (фитомасса), годовой прирост, опад, мертвое органическое вещество), интенсивность процесса микробиологического разрушения органического вещества, распределение фитомассы и годичного прироста по различным биомам.
Биогеохимические функции живого вещества: газовые, концентрационные (группы организмов по элементу; богатые элементом, обычные по элементу), окислительно-восстановительные, биохимические (первая и вторая), биохимическая деятельность человека..
Биогеохимические функции человечества: газовые, водные, пылевые, нефтяные, тяжелометаллические, хлоруглеводородные; нецикличность антропогенных веществ, их взрывчатость, неразлагаемость, синергизм, ядовитость. Изменение организованности биосферы: усиление биогенной миграции атомов 3-го рода, нарастание дезорганизованности биосферы.
Миграции химических элементов в биосфере: физико-химические и биогенные миграции, скорость биогенной миграции, биогенная миграция 1-го рода, биогенная миграция атомов 2-го рода, биогенная миграция 3-го рода, биогенная миграция химически близких элементов (Na и К, Са и Mg).
Биогеохимические круговороты вещества: большой (геологический) и малый (биотический) круговороты, функциональные группы организмов в биотическом круговороте, емкость и скорость биологического круговорота для элементов. Круговороты азота, кислорода, углерода, фосфора, серы.
Современное состояние глобальной проблемы изменения климата: понятие глобального потепления, малые примеси в атмосфере и оценка их влияния на изменение климата. Влияние изменений климата на природную зональность и экосистемы России, на гидрологический режим суши. Мировая продовольственная проблема в свете проблемы глобального потепления.
Основы системного описания биосферы: понятия сложной открытой неравновесной системы, самоорганизующейся системы, ее описание в синергетике. Основные характеристики процесса самоорганизации - гомеостаз, обратная связь (отрицательные обратные связи и положительные обратные связи), информация, основные свойства процесса самоорганизации.
Пространственно-временные, физические, химические и структурно-функциональные аспекты организованности биосферы: особенности пространства биосферы, особенности биологического времени, пространственно-временное деление биосферы; термодинамическая и агрегатная организованность биосферы, структурно-функциональная организованность - пищевые цепи и сети, трофические уровни, цепи выедания, детритные цепи, характеристика энергетики цепей выедания, трата на дыхание, взаимосвязь пастбищных и детритных цепей в экосистемах. Парагенетическая организованность биосферы – представленность ее в виде живого, биогенного, биокосного и др. типов вещества.
Концепция ноосферы: особенности концепций Э. Леруа, П.Т. де Шардена (цель, механизмы, время появления, признаки), ноосфера В.И. Вернадского, автотрофность человечества, условия перехода биосферы в ноосферу.
Энергетическая организованность биосферы: пути преобразования солнечной энергии в биосфере, подходы к изучению энергетического уровня организованности биосферы, потоки эндогенной и эндогенной энергии, их взаимодействие; запасы некоторых видов свободной энергии биосферы. Радиоактивность биосферы. Сущность энергетической проблемы современной цивилизации. Изменение энергетики биосферы на современном этапе.
Основные факторы деградации биосферы: стиль жизни и уровень экологического сознания увеличивающегося населения Земли, развитие промышленности.
Современное состояние биосферы: Состояние и особенности эволюции живого вещества в современной биосфере. Техногенная трансформация экосистем. Техногенез и геосферы планеты. Экосистемы и война
Основные свойства биосферы: централизованная, открытая, саморегулирующаяся система, характеризующаяся большим разнообразием. Глобальные ресурсы биоразнообразия: оценка биоразнообразия согласно современным данным, факторы и причины потери биоразнообразия, международные конвенции, принятые для охраны видов, находящихся под угрозой исчезновения, роль деградации местообитаний в снижении биоразнообразия.
Закономерности организации биосферы и экосферы Земли: принцип направленности эволюции, теорема сохранения упорядоченности, правило системно-динамической комплементарности (закона баланса консервативности и изменчивости), закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского, закон преломления космических воздействий, правило незамкнутости биотических (биогеохимических) круговоротов, закон константности количества живого вещества В. И. Вернадского, закон сохранения структуры биосферы, или первый закон экодинамики Ю. Голдсмита, закон стремления к климаксу, или второй закон экодинамики Ю. Голдсмита, правило (принцип) гетерогенезиса живого вещества, закон (принцип) экологического порядка, или экологического мутуализма (третий закон экодинамики Ю. Голдсмита), закон упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности, принцип системной дополнительности, закон самоконтроля и саморегуляции живого, или четвертый закон экодинамики Ю. Голдсмита, правило автоматического поддержания глобальной среды обитания
Внутренние закономерности функционирования систем: первое и второе начало (законы) термодинамики, закон вектора развития, закон неограниченного прогресса, системогенетический закон, закон необратимости эволюции, правило разновременности развития (изменения) подсистем в больших системах (закон аллометрии) / Д.С.Хаксли, закон усложнения системной организации (К.Ф. Рулье), закон последовательности прохождении фаз развития системы, закон максимизации энергии и информации, закон минимума диссипации (рассеивания) энергии, или принцип экономии энергии (Л Онсагер), принцип Ле Шателье-Брауна
Биогеохимические особенности экосистем Севера (арктические экосистемы, тундры, бореальные леса): емкости круговоротов, особенности циклов зольных элементов, особенности миграции рассеянных элементов, соотношение биомасса/прирост для разных экосистем.
Глобальные экологические проблемы: оценка эффективности предпринятых в последние 10 лет усилий по преодолению глобального экологического кризиса: демографический взрыв, решение продовольственной проблемы, борьба с бедностью, финансовая помощь бедным странам, здоровье населения, военные конфликты и расходы, сохранение биологического разнообразия.
Закономерности эволюции биосферы: подходы и трудности при изучении эволюции биосферы, тенденции и закономерности эволюции биосферы: принцип Реди, геоисторический (экоисторический) принцип, закон глобального замыкания биогеохимического круговорота, закон исторического развития биологических систем, принцип (правило) катастрофического толчка, принцип прерывности и непрерывности развития биосферы, первая и вторая «точки Л. Пастера», правило 1% и 10%, правило константности числа видов в ходе стационарной эволюции биосферы, правило усиления интеграции биологических систем И.И. Шмальгаузена, правило множественности экосистем.
Принципы глобального моделирования: мир как динамическая система: социум, экономика, производство продовольствия, научно-технический прогресс, природные ресурсы, среда обитания. Государства и блоки мировой системы. Общесистемный кризис в моделях системной динамики. Биосфера и антропогенная активность: два сценария. Доклады Римскому Клубу (Мир-2, Мир-3).