Биосфера-глобальная экосистема Земли

1.  
   Живое.
2.  
   Биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке).
3.  
   Косное (абиотическое, образованное вне жизни).
4.  
   Биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва).
5.  
   Вещество в стадии радиоактивного распада.
6.  
   Рассеянные атомы.
7.  
   Вещество космического происхождения.

 
Вернадский был сторонником гипотезы панспермии (занесения жизни на Землю из космоса). Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Он считал, что живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени. 
Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы¹.  

4.  
   Биосфера как глобальная экосистема
1.  
   Понятие «экосистема»

 
Экосистема – система, состоящая  из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними . 
 
Отличительной чертой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы , поэтому не каждая система взаимоотношений, естественная или искуственная, может называться экосистемой. 

2.  
   Классификация экосистем 
   Так как экосистемы являются сложными системами, то их классифицируют по нескольким признакам. 
    
   По размеру выделяют:

•  
  Микроэкосистемы. Экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: небольшой водоем, гниющий ствол упавшего дерева и т.п.

•  
  Мезоэкосистемы. Примерами могут служить лес, река и т.п.
•  
  Макроэкосистемы. Имеют очень большое распространение (в пределах морей, океанов, материков), например, горы Анды, материк Австралия.
•  
   Глобальную экосистему, которая является аналогом биосферы. 
  Стабильность экосистем увеличивается вместе с широтой охвата территории. 
   
  По степени антропогенного воздействия экосистемы подразделяют на три вида:
•  
  Природные (или естественные) – экосистемы не нарушенные влиянием человека. Например, отдаленные от человеческих поселений джунгли в Амазонии, заповедники, океанические впадины.
•  
  Социоприродные – естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище)
•  
  Антропогенные – системы, созданные человеком для извлечения выгоды. Делятся на техногенные и агроэкосистемы.

 
Также экосистемы можно классифицировать по многим другим признакам: структуре (наземные, пресноводные, морские, прибрежные и т.д.); источникам энергии (основной источник – Солнце, но присутствуют также другие субсидирующие источники) . 
 
Так как биомы (макроэкосистемы) распределены согласно консорциям² , экосистемы принято классифицировать по типу преобладающего фитоценоза: 
 
 Наземные биомы  
 
Вечнозеленый тропический дождевой лес.  
Полувечнозеленый тропический лес.  
Пустыня: травянистая и кустарниковая. 
Чапараль — районы с дождливой зимой и засушливым летом. 
Тропические степи и саванна.  
Степь умеренной зоны.  
Листопадный лес умеренной зоны.  
Бореальные хвойные леса. 
Тундра: арктическая и альпийская. 
 
Водные экосистемы классифицируются по отличительным признакам: солености воды, особенностям водоема. 
 
 Типы пресноводных экосистем 
 Стоячие воды: озера, пруды и т.д.  
Текучие воды: реки, ручьи и т.д. 
 Заболоченные угодья: болота и болотистые леса. 
 
 Типы морских экосистем 
Открытый океан. 
Воды континентального шельфа (прибрежные воды). 
Районы апвеллинга (районы подъема глубинных вод к поверхности; плодородные районы с продуктивным рыболовством). 
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.). 
 
Следует учитывать то, что приведенная классификация охватывает только крупные экосистемы – биомы.

3.  
   Компоненты экосистемы

 
В экосистеме можно выделить два  компонента – биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества – консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы. 
 
Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца. Солнечная энергия поглощается в биосфере неравномерно, что можно видеть на  
 
 
. Поступление и распределение солнечной энергии 
 
Энергия солнца поглощается лишь частично, и на каждый новый трофический уровень переходит лишь около 10% (Правило Линдемана) , что обуславливает ограниченную длину цепей питания (обычно 5-6 уровней), соответственно можно сказать что на долю консументов приходится значительно меньше энергии, чем на долю плотоядных, плотоядных – меньше чем фитофагов и т.д.  
 
 
С точки зрения структуры в экосистеме выделяют: 

1.  
   Климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды.
2.  
   Неорганические вещества, включающиеся в круговорот.
3.  
   Органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии.
4.  
   Продуценты – автотрофные организмы, создающие первичную продукцию.
5.  
   Консументы – гетеротрофы, поедающие другие организмы (хищные) или крупные частицы органического вещества.
6.  
   Редуценты – гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

 
Последние три компонента формируют  биомассу экосистемы. 
 
С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов): 

1.  
   Биофаги – организмы, поедающие других живых организмов.
2.  
   Сапрофаги – организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

 
Данное разделение по типу питания  обеспечивает круговорот биовещества  в экосистеме. Между отмиранием органического  вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет. 
 
Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему. 
 
Среди составляющих также выделяют экотоп, климатоп, эдафотоп, биотоп и биоценоз. 
 
Экотоп – территория (или акватория) местообитания организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и т.д., при этом не измененная деятельностью организмов (новообразованные формы рельефа). 
 
Климатоп – воздушная (или водная) часть экосистемы, отличающаяся от окружающей своим составом, воздушным (водным) режимом, влажностью (соленостью) и/или другими параметрами. 
 
Эдафотоп – почва, как часть среды преобразуемой организмами. 
 
Биотоп – преобразованный биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза . 
Биоценоз – исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Биоценозы ограничиваются распределением детерминантов (определителей) зооценозов (консорций – популяций растений вместе с сопровождающими их организмами), в которых доминирующие виды растений создают условия для жизни других организмов. 

4.  
   Круговорот вещества в биосфере

 
Земля отличается от других планет тем, что её биосфера содержит вещество, чувствительное к потоку солнечного излучения – хлорофилл. Именно хлорофилл обеспечивает преобразование электромагнитной энергии солнечного излучения в химическую энергию, с помощью которой идет процесс восстановления окислов углерода и азота в реакциях биосинтеза. 
 
В зеленом растении происходит фотосинтез – процесс образования углеводов из воды и двуокиси кислорода (которая находится в воздухе или воде). При этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Зеленые растения относят к автотрофам – организмам, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма.  
 
Гетеротрофы – это организмы, которые нуждаются для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы постепенно преобразуют органическое вещество, образованное автотрофами, доводя его до первоначального- минерального- состояния. 
 
Деструктивная (разрушающая) функция совершается представителями каждого из царств живого вещества. Распад, разложение – неотъемлемое свойство обмена веществ каждого живого организма. Растения образуют органические вещества и являются крупнейшими производителями углеводов на Земле, но они же выделяют и необходимый для жизни кислород как побочный продукт фотосинтеза. 
 
В процессе дыхания в телах всех видов живого образуется углекислый газ, который растения вновь используют для фотосинтеза. Существуют и такие виды живого, для которых разрушение отмершего органического вещества являются способом питания. Существуют организмы со смешанным типом питания, их называют миксотрофами . 
 
В биосфере происходят процессы преобразования неорганического, косного вещества в органическое и обратной перестройки органических веществ в минеральные. Движение и преобразование веществ в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества, все виды которого специализировались на различных способах питания. 
 
Конечное количество вещества, которое есть в биосфере, приобрело свойство бесконечности через круговорот веществ. Все компоненты биосферы взаимодействуют друг с другом , обеспечивая устойчивость системы.

В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов  проходили бесчисленное количество раз через живое существо. Например, весь кислород атмосферы «оборачивается»  через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 200-300 лет, а вся вода биосферы – за 2 млн. лет. 
 
Живое вещество является совершенным приемником солнечной энергии. Энергия, поглощенная и использованная в реакции фотосинтеза, а затем запасенная в виде химической энергии углеводов, очень велика, есть сведения что она сопоставима с энергией, которую потребляют 100 тысяч больших городов в течение 100 лет. Гетеротрофы используют органическое вещество растений, как пищу: органика окисляется кислородом, который доставляют в организм органы дыхания, с образованием углекислого газа- реакция идет в обратном направлении. Таким образом, «вечной» делает жизнь одновременное существование автотрофов и гетеротрофов. 
 
Факты и рассуждения о «колесе жизни» в биосфере дают право говорить о законе биогенной миграции атомов, который сформулировал В.И. Вернадский: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое сейчас населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории. 
 
Живое вещество разных царств и разного рода обеспечивает непрерывный круговорот веществ и преобразование энергии. Тем самым обнаруживается закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского [10]: в биосфере миграция химических элементов происходит при обязательном непосредственном участии живых организмов. Биогенная миграция атомов обеспечивает непрерывность жизни в биосфере при конечном количестве вещества и постоянном притоке энергии. 

5.  
   Биосфера – глобальная экосистема.

 
Экосистемой, как уже было рассмотрено  выше, является система взаимодействия живых организмов и среды их обитания. Экосистемы бывают различных уровней сложности и размеров. Меньшие экосистемы входят в состав более крупных, те – в свою очередь в еще более крупные. Макроэкосистемы (материки, океаны и т.д.) формируют глобальную экосистему – Биосферу. 
 
Для биосферы характерен круговорот энергии, обусловленный разными трофическими ролями продуцентов, консументов и редуцентов. Это один из ключевых признаков экосистемы, который обеспечивает стабильность экосистемы.  
 
Для биосферы характерны все свойства экосистем: