организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);
q вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового,
ториевого и актиноуранового ряда);
q рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;
q 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 в 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 неживого. 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 .
2.3. Структура и функции биосферы
Атмосфера. Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота
и кислорода; достигает мощности до 20000 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. км3. Около 24 млн. км3 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. км3 (из них половина соленые), а
рек – 0,002 млн. км3.
Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км3
. 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.
2.4. 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 биосферы, или поля
существования жизни, довольно ясно просматривается в тропопаузе. Однако
верхний предел занесения спор и микроорганизмов, определяющий “поле
устойчивости жизни” (живые организмы существуют, но не размножаются),
возможен до верхней границы стратосферы.
Таким образом, область распространения живых организмов ограничена в основном
тропосферой. Например, верхняя граница полета орлов находится на высоте 7 км;
растения в горных системах и насекомые в воздушной среде не распространены
выше 6 км; верхняя граница постоянного обитания человека – 5 км,
обрабатываемых земель – 4,5 км, леса в горных системах тропиков не растут
выше 4 км.
Тропосфера представляет собой воздушную среду, в которой осуществляется
только передвижение организмов, нередко при помощи своеобразно
приспособленных для этого органов. Настоящего аэропланктона, постоянно
обитающего и размножающего в воздушной среде, видимо, нет. В противном случае
тропосфера представляла бы собой “кисель”, максимально насыщенный
микроорганизмами. Весь цикл своего развития, включая размножение, организмы
осуществляют только в литосфере и гидросфере, а также на границе воздушной
среды с этими оболочками.
Верхние слои тропосферы и стратосферы, в которые возможно занесение
микроорганизмов, а также наиболее холодные и жаркие районы земного шара, где
организмы могут существовать лишь в покоящемся состоянии, называются
парабиосферой.
В состав биосферы полностью включается гидросфера – озера, реки, моря и
океаны. В морях и океанах наибольшая концентрация жизни приурочена к
эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет. Обычно ее глубина не
превышает 200 м в морях и континентальных пресноводных бассейнах. Именно в
Страницы: 1, 2, 3, 4
|