Биосфера. Структура и функции биосферы

Между сообществами нашей планеты существуют тесные взаимосвязи, они постоянно обмениваются друг с другом веществами и живыми организмами. В разных экосистемах встречаются одни и те же виды живых существ, а некоторые животные совершают миграции между ними (перелётные птицы). Процессы, которые происходят в одной экосистеме, неизбежно затрагивают процессы, протекающие в других. Следовательно, все экосистемы взаимозависимы. Постоянный обмен веществами и энергией между ними позволяет говорить о единой глобальной экосистеме — биосфере.

Впервые термин «биосфера» был предложен в 1875 г. австрийским учёным Эдуардом Зюссом, который подразумевал под ним тонкую плёнку жизни, влияющую на облик планеты.

Около 90 лет назад выдающийся русский учёный Владимир Иванович Вернадский (1863—1945) (рис. 201) разработал учение о биосфере — оболочке Земли, населённой живыми организмами. Он распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду их обитания. Определил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты.

Состав биосферы. В составе биосферы различают несколько взаимосвязанных типов вещества:

— живое вещество представляет собой совокупность живых обитателей планеты (растения, животные, грибы и бактерии);

— биогенное вещество создаётся в процессе жизнедеятельности организмов. Это газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и др.;

— косное вещество образуется без участия живых организмов. К нему относятся основные горные породы, лава вулканов, метеориты;

— биокосное вещество представляет собой совместный результат деятельности живых организмов и протекающих в природе абиогенных процессов. К нему относится верхний плодородный слой суши — почва.

Границы биосферы (рис. 202) определяются факторами среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит на высоте примерно 20 км от поверхности планеты и отграничена слоем озона, который задерживает губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Так высоко достигают споры грибов и бактерий. Таким образом, живые организмы заселяют только нижний слой атмосферы — тропосферу.

Газовая оболочка планеты — атмосфера состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,03%) и озон. Её состояние оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности суши и в водной среде. Для живых организмов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мёртвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жёсткого ультрафиолетового излучения.

Водная оболочка — гидросфера — важнейшая оболочка Земли. Вода — необходимое условие существования живых организмов. Основная её часть (95%) находится в Мировом океане. Он занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн км³ воды. Поверхностные воды (озёра, реки) включают всего 0,182 млн км³, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн км³. Значительные запасы воды (24 млн км³) содержат ледники. Большое значение для организмов имеют газы, растворённые в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

В гидросфере организмы проникают на всю глубину Мирового океана, до 10—11 км. На дне скапливаются органические остатки и обитают животные, приспособившиеся к большому давлению и отсутствию света на больших глубинах.

Литосфера — твёрдая оболочка планеты. Для живых организмов наиболее значимым является верхний плодородный слой суши — почва, толщина которой не превышает нескольких метров и которая является биокосным веществом биосферы.

В литосфере жизнь встречается до глубины 3,5—7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии. Однако основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров.

Живое вещество биосферы. Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Это связано с наиболее благоприятными условиями, которые сформировались на границах геосфер планеты. Здесь достаточное количество воды, света, минеральных веществ, кислорода, благоприятный температурный режим и т. д.

Общую массу живых организмов планеты оценивают в 2,43 • 10¹² т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелёными растениями и на 0,8% — животными и микроорганизмами. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов на растения приходится только 21%, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов беспозвоночные и только 4% позвоночные, из которых только десятая часть — млекопитающие. Можно сделать вывод, что в количественном отношении на планете преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в её недрах химических преобразований, биологической эволюции живых организмов и развитием человеческого общества.