Понятие о биосфере

фауны. Это  биогеографические  зоны, области  и  т.д.  Отдельно  выделяются

ботанико-географические    и    зоогеографические     территории,     дающие

представление о составе и характере флоры и фауны;

    3.   экологические   формы,   известные    под    названием    экосистем

(биогеоценозов), экотопов,  биотопов  и  др.  Напомним,  что  биотоп  –  это

участок  с  однородными  экологическими  условиями,  занятый   определенными

биоценозами, экотоп – это место обитания сообщества. В отличие  от  биотопа,

понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу  факторы  среды.

Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного  участка,

представляющего собой местообитание  конкретного  сообщества.  Экологические

формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах.

      Вещественный состав биосферы  также  разнообразен.  В.  И.  Вернадский

включает в него семь  глубоко  разнородных,  но  геологически  не  случайных

частей:

 . живое вещество;

 . биогенное вещество –  рождаемое  и  перерабатываемое  живыми  организмами

   (горючие ископаемые, известняки и т. д.);

 . косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое

   и газообразное);

 . биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми  организмами

   (вода, почва, кора выветривания, илы);

 . вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового,  ториевого

   и актиноуранового ряда);

 . рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

 . вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической  пыли

   и др.

        В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение  для

      развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):

      . слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

      . педосфера, или почвенный покров;

      .  ландшафтно-экологические   системы   –   функциональные   системы,

        включающие живые организмы и среду их обитания;

      . кора выветривания, т. е. зона разрушения  и  преобразования  горных

        пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной

        коры под воздействием различных факторов;

      . древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и

        других  ландшафтных  компонентов,   залегающих   ниже   современной

        биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями.  Это  горные

        породы, рудные и нерудные  минералы,  химические  элементы,  широко

        используемые в промышленности;

      . многочисленные минералы  верхней  части  земной  коры  и  биосферы:

        глины, известняки, бокситы и т. д.;

      . природные воды осадочной оболочки;

.  миллионы  органических  и  органоминеральных  соединений:   уголь,

        графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;

      . минеральные ресурсы биосферы  и  земной  коры,  распространенные  в

        форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута,  платины

        и  т.  д.  Все  они  –  главный  источник  сырья  для  металлургии,

        химической промышленности и многих других  отраслей.  Их  добыча  и

        использование в экономике растут год от года.

      Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом  сложнейшего

механизма геологического и  биологического  развития  косного  и  биогенного

вещества . С одной стороны , это среда  жизни  ,  а  с  другой  –  результат

жизнедеятельности . Главная  специфика  современной  биосферы  –  это  четко

направленные потоки энергии и биогенный ( связанный  с  деятельностью  живых

существ ) круговорот веществ .

      Разрабатывая учение о биосфере , В.И. Вернадский пришел к выводу , что

главным  трансформатором  космической  энергии  является  зеленое   вещество

растений . Только они способны  поглощать  энергию  солнечного  излучения  и

синтезировать первичные органические соединения  .  Для  объяснения  большой

суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты ,  которые  действительно

показали огромное  значение  фотосинтезирующих  растений  в  создании  общей

органической массы . Ученый подсчитал ,  что  поверхность  Земли  составляет

меньше  одной  десятитысячной   поверхности   Солнца.   Общая   же   площадь

трансформационного аппарата зеленых растений  зависимости  от  времени  года

составляет уже  от  0,86  до  4,2%  площади  поверхности  Солнца  .  Разница

колоссальная . Этот  зеленый  энергетический  потенциал  и  лежит  в  основе

сохранения и поддержания всего живого на нашей планете .

      В.И. Вернадский так же, как и Ламарк  140  лет  назад  попытался  дать

главные исчерпывающие признаки каждого  царства  живого.  И  чем  больше  он

вникал в проблему, тем более ясно становилось  ,  что  вырисовывается  новый

разрез мира . В.И. Вернадский  составил  таблицу  из  16-ти  пунктов  ,  где

рассмотрел  несходство  живого  и  неживого  в  физическом  ,  химическом  и

термодинамическом смысле .

      Анализ таблицы показывал, что  в  природе  нет  никаких  переходов  от

неживого к живому : они настолько противоречивы , что  живое  ни  при  каких

условиях не  может  происходить  от  живого  .  Организм  и  косную  материю

разделяет непроходимая стена .  Принцип  итальянского  естествоиспытателя  и

врача Франческо Реди , гласящий , что живое происходит только  от  живого  ,

между живым и неживым веществом проходит резкая граница  ,  хотя  и  имеется

постоянное взаимодействие , - получил свое подтверждение .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ

 

         АТМОСФЕРА. Это воздушная оболочка,  состоящая в основном  из  азота  и

кислорода; достигает мощности до 20 тыс. км.  В  меньших  концентрациях  она

содержит углекислый  газ  и  озон.  Состояние  атмосферы  оказывает  большое

влияние на физические,  химические  и  особенно  биологические  процессы  на

земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение  для  биологических

процессов имеют кислород атмосферы, используемый для  дыхания  организмов  и

минерализации   омертвевшего   органического   вещества,   углекислый   газ,

расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий  земную  поверхность

от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы  существование  живых

организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны,  у  которой

нет атмосферы.  Исторически  развитие  атмосферы  связано  с  геохимическими

процессами, а также жизнедеятельностью  организмов.  Так,  азот,  углекислый

газ, пары  воды  образовались  в  процессе  эволюции  планеты  благодаря  (в

значительной мере) вулканической  активности,  а  кислород  –  в  результате

фотосинтеза.

      ГИДРОСФЕРА. Вода является важной  составной  частью  всех  компонентов

биосферы и одним из необходимых  факторов  существования  живых  организмов.

Основная ее  часть  (95%)  заключена  в  Мировом  океане,  который  занимает

примерно  70%  поверхности  Земного  шара.  Общая  масса  океанических   вод

составляет свыше 1300 млн. км 3. Около  24  млн.  км  3  воды  содержится  в

ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной  покров  Антарктиды.

Столько же воды содержится под землей. Поверхностные  воды  озер  составляют

приблизительно 0,18 млн. км 3 (из них половина соленые), а рек – 0,002  млн.

км 3.

      Количество воды в телах живых  организмов  составляет  примерно  0,001

млн. км  3.  Из  газов,  растворенных  в  воде,  наибольшее  значение  имеют

кислород  и  углекислый  газ.  Количество  кислорода  в  океанических  водах

изменяется в широких пределах в зависимости  от  температуры  и  присутствия

живых организмов. Концентрация углекислого газа  также  варьирует.  А  общее

количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

      ЛИТОСФЕРА. Основная масса организмов, обитающих в пределах  литосферы,

сосредоточена  в  почвенном слое,  глубина  которого  обычно  не  превышает

нескольких   метров.    Почвы    представлены    минеральными    веществами,

образующимися при разрушении горных  пород,  и  органическими  веществами  –

продуктами жизнедеятельности организмов.

      БИОТИЧЕСКИЙ  КРУГОВОРОТ.  Главная  функция  биосферы   заключается   в

обеспечении  круговоротов  химических  элементов.   Глобальный   биотический

круговорот осуществляется при участии всех  населяющих  планету  организмов.

Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой  и

живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту  возможно  длительное

существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных  химических

элементов. Используя  неорганические  вещества,  зеленые  растения  за  счет

энергии  Солнца  создают  органическое  вещество,  которое  другими   живыми

существами – гетеротрофами  –  разрушается,  с  тем,  чтобы  продукты  этого

разрушения  могли  быть  использованы  растениями  для  новых   органических

синтезов.

      Важная роль в глобальном круговороте  веществ  принадлежит  циркуляции

воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода  испаряется

и  воздушными  течениями  переносится  на  многие  километры.   Выпадая   на

поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению  горных  пород,

делая их  доступными  для  растений  и  микроорганизмов,  размывает  верхний

почвенный  слой  и  уходит  вместе  с  растворенными   в   ней   химическими

соединениями  и  взвешенными  органическими  частицами  в  океаны  и   моря.

Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин  испаряется  около  1  млрд.  т

воды. Энергия, затрачиваемая на испарение воды,  возвращается  в  атмосферу.

Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей представляет  собой  важнейшее

звено в  поддержании  жизни  на  Земле  и  основное  условие  взаимодействия

растений и животных с неживой природой.

      В качестве примеров биотического  круговорота  рассмотрим  круговороты

углерода и азота в  биосфере.  Круговорот  углерода  начинается  с  фиксации атмосферного диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Часть  образовавшихся

при фотосинтезе углеводов используют сами растения  для  получения  энергии,

часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в  процессе  дыхания

растений и животных. Мертвые растения и  животные  разлагаются,  углерод  их

тканей  окисляется  и  возвращается   в   атмосферу.   Аналогичный   процесс

происходит и в океане.

      Круговорот азота также  охватывает  все  области  биосферы.  Хотя  его

запасы  в атмосфере  практически  неисчерпаемы,   высшие   растения   могут

использовать азот только после соединения его с  водородом  или  кислородом.

Исключительно важную роль в этом процессе играют  азотфиксирующие  бактерии.

При  распаде  белков  этих  микроорганизмов  азот   снова   возвращается   в

атмосферу.

      Показателем масштаба биотического  круговорота  служат  темпы  оборота

углекислого газа, кислорода и воды. Весь кислород атмосферы  проходит  через

организмы примерно за 2 тыс. лет, углекислый  газ  –  за  300  лет,  а  вода

полностью разлагается и восстанавливается в  биотическом  круговороте  за  2

млн. лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ

 

     Горизонтальных границ у биосферы нет и речь следует вести только о  ее

вертикальной размерности.

      Верхняя граница распространения жизни  в  атмосфере  определяется,  по

всей  видимости,  не  столько  низкими  температурами,  сколько  губительным

действием  солнечной  радиации.  Так,  пыльца   цветковых   и   голосеменных

растений,  споры  грибов,  мхов,  папоротников  и  лишайников,  бактерии   и

простейшие  животные   организмы   постоянно   или   с   сезонной   ритмикой

присутствуют в воздухе. Над сушей и акваторией в дожде, снеге, в  облаках  и

туманах кроме пыльцы и спор обнаружены микроорганизмы. Вся  воздушная  среда

представляет собой суспензию жизнеспособных пыльцы, спор и  микроорганизмов,

содержание  которых   уменьшается   с   высотой.   Интенсивность   радиации,

создаваемой космическими лучами, на высоте 9 км в десятки  раз  больше,  чем

на уровне моря, а на высотах 15-18 км возрастает уже в сотни  раз.  Высотное

распространение микроорганизмов ограничивается в  основном  потоком  жесткой

ультрафиолетовой радиации Солнца, убивающей все живое.

      Можно утверждать,  что  вся  тропосфера,  высота  которой  8-10  км  в

полярных широтах и 16-18 км  у  экватора,  в  большей  или  меньшей  степени

заселена живыми организмами, которые находятся в  ней  либо  временно,  либо

постоянно. Уже в тропопаузе  резко  изменяются  физические  и  температурные

характеристики биосферы, в частности прекращается  интенсивное  турбулентное

перемешивание воздушных  масс.  Стратосфера,  находящаяся  выше  тропопаузы,

вряд  ли  пригодна  для  существования   микроорганизмов.   Верхний   предел