Биосфера – место обитания живых существ. Зарождение жизни тесно связано с развитием оболочек земли. Она начала свое формирование около 4 миллиардов лет назад, затем появились первые признаки жизни на нашей планете.
Становление биосферы и ее поэтапное формирование обусловлено влиянием ряда факторов: действием на Землю космической энергии, развитием живых организмов и человечества.
Термин биосфера ввел австрийский ученый Зюсс еще в 19 столетии, он выделил все оболочки Земли, но подробное их описание совершил в 20 ст. отечественный ученый В.И. Вернадский (первый президент Украинской Академии Наук). Он описал границы биосферы, разработал единое учение о биосфере.
Свойства биосферы необходимые для возникновения и продолжения жизни
- Наличие CO 2 и кислорода;
- вода – источник жизни на земле, присутствие, как пресных водоемов, так и соленых;
- регуляция температуры: отсутствие резких перепадов, сверхвысоких и низких показателей;
- обеспечение всего живого продуктами питания;
До сих пор нет единого определения. Существует три версии, что такое биосфера:
- Общая масса всех живых существ, которые обитают в оболочках земли, является биосферой.
- Организмы и места их жизнедеятельности вместе составляют биосферу.
- Это следствие продолжительной жизни существ, обитавших задолго до наших дней.
Ученые-геологи считают правильной первую точку зрения, так как другие не имеют теоретического подкрепления.
Биосфера простилается по всей поверхности Земли (горы, поля, реки, моря, океаны) и создает условия для жизнедеятельности всех организмов. Человек также является составляющим звеном.
Границы
Границы биосферы в км
Чем определяются границы распространения биосферы?
Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.
Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.
Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.
Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.
Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.
Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.
Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).
Слои биосферы
Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.
Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.
Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.
В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:
- Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
- геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
- гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).
Структура биосферы и ее состав
Живое вещество Вернадский описывал как общее число всех живых организмов населяющих планету в данный период времени.
Основные свойства:
- В нем сосредоточено огромное количество энергии;
- скорость течения реакций в живом организме быстрее, чем в искусственно созданных условиях;
- составляющие живого вещества стабильны только в жизнеспособном организме;
- возможность существовать в разных условиях, заполняя все пространство. Это явление Вернадский назвал «всюдностью жизни»;
- отдельные особи всегда являются частью экосистемы;
- живое вещество эволюционирует, приобретает новые свойства, адаптируется к изменчивости внешней среды.
Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живого. В процессе жизни организмы пропускают через себя многократно все составляющие биосферы, так образуются залежи нефти, газа, угля, торфа и др.
Косное вещество – формируется без участия живой материи (небиогенные горные породы, минералы).
Биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого (вода, приземная атмосфера, почва).
Живое вещество распределено не равномерно на просторах земли, ее концентрация увеличивается возле экваториальной плоскости, на полюсах планеты жизни мало.
Скопление живых организмов находятся на границах слоев биосферы: на дне океана – проходит граница между литосферой и гидросферой, в поверхностных водах Мирового океана – рубеж между гидросферой и атмосферой, на границе литосферы и атмосферы находится почва – место обитания микроорганизмов, насекомых, других животных. В этих местах создаются благоприятные условия для существования: высокая концентрация кислорода, доступ к солнечному свету, влага, питательные вещества.
Соотношение видов живых организмов показывает преобладание растительности, она занимает 99% от всего живого, животные – 1%, люди – 0,0002%.
Функции биосферы
Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трансформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.
Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).
Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.
Круговорот вещества в биосфере
Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, перерабатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.
Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После смерти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.
Процесс преобразования энергии и вещества начинается сначала – это и есть жизненный круговорот.
Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу , верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы , то есть населяет экосферу . Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».
Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году .
Целостное учение о биосфере создал советский биогеохимик и философ В. И. Вернадский . Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля , учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Существует и другое, более широкое определение: Биосфера - область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах , помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане Европы - спутника Юпитера .
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Биосфера. Видеоурок по биологии 11 класс
✪ Лекция 6.6 | Биосфера, ее состав и взаимосвязь со всеми сферами Земли | Надежда Танцура | Лекториум
✪ Биосфера. Антропогенное воздействие на биосферу
✪ Биосфера
✪ Образование биосферы земли, часть 1
Субтитры
Местоположение биосферы
Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.
Границы биосферы
- Живое вещество - вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6⋅10 12 (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3⋅10 18 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.
- Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля , нефти , карбонатных пород и т. д.
- Косное вещество - продукты, образующиеся без участия живых организмов.
- Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва , ил , кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.
- Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.
- Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.
- Вещество космического происхождения.
Слои биосферы
Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой - пространством человеческой экспансии в околоземном пространстве - панбиосферой.
Аэросфера
Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки - атмосферная влага, источником энергии - солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство - более тонкий слой, чем тропосфера). Выше простирается слой крайне разреженной микробиоты - альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются - парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.
Геосфера
Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши - террабиосферы (с террабионтами), разделяемой на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли - литобиосферу (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы - эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов - гипотеррабиосферу, и слой, где возможно лишь обитание анаэробов - теллуробиосферу. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже - в гипобиосферу. Метабиосфера - все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.
Гидросфера
Гидробиосфера - весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами - распадается на слой континентальных вод - аквабиосферу (с аквабионтами) и область морей и океанов - маринобиосферу (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя - относительно ярко освещённую фотосферу , всегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты - афотосферу .
Между верхней границей гипобиосферы и нижней границей парабиосферы лежит собственно биосфера - эубиосфера.
История развития биосферы
Развитие наблюдается лишь в живом веществе и связанным с ним биокосном. В косном веществе нашей планеты эволюционный процесс не проявляется .
Зарождение жизни
Жизнь на Земле зародилась ещё в архее - примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере . Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд. лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты - одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.
Будущее биосферы
С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.терраформирования
По утверждению акад. H.H. Моисеева, «человечество превращается в основную геологообразующую силу» и деятельность человечества «ведет к деградации биосферы». Поскольку техносфера и биосфера находятся в постоянном взаимодействии, в сумме их можно представить как единую систему - экосферу.
Человечество переживает решающий момент своей истории. Древняя проблема взаимосвязи человека и природы сейчас приобрела грозное звучание. Технический прогресс привел к существенным изменениям природной среды, истощаются запасы горючих и минеральных ресурсов, происходит загрязнение, деградация биосферы, и все это ставит под вопрос саму возможность существования человека. Поэтому так необходимо, чтобы все люди поняли свою ответственность перед будущим, чтобы каждый житель Земли осознавал свою причастность к истории.
Если вы заканчивали биофак, то наверняка знаете, что такое биосфера. Для остальных, кто не знает, что называют биосферой, поясним, что биосфера представляет собой оболочку Земли, заселенную растениями, животными, микроорганизмами, людьми и преобразованную ими. Это область существования живых организмов Земли. Такое определение правильным, если верить аксиоме, что монополией на жизнь обладает только наша планета.
Принимая же гипотезу, что живые формы существуют за ее пределами, можно утверждать, что биосфера может располагаться не только на Земле. Учитывая, что, по мнению исследователей, область существования и жизнедеятельности живых организмов присутствует даже в скрытых полостях наподобие подледных океанов, то такое предположение не покажется фантастическим. Например, велика вероятность присутствия живых существ на Европе, спутнике Юпитера.
Быстрая навигация по статье
История возникновения термина
Впервые в биологии термин «биосфера» ввел ученый из Австрии Эдуард Зюсс в 1875 году. Теперь вы знаете, в каком году появился термин. Но задолго до того, как термин «биосфера» был введен Зюссом, его принципы впервые применил и подробно сформулировал французский исследователь Жан Батист Ламарк. Правда, название термина у Ламарка было другим.
Биосфера, что в переводе с греческого языка означает «сфера жизни», рассматривалась как система живых организмов, существующая в тесном контакте с минеральными элементами и подверженная их влиянию. И только советский академик и философ Вернадский учел факторы, оказывающие влияние на формирование всего окружающего мира.
Благодаря этому считается, что этот ученый – автор и создатель функционального учения о сущности биосферы, которое признано сегодня во всем мире. Он впервые ввел в науку многие определения, которыми пользуются ученые всего мира, в том числе и представление об иерархической структуре биосферы. Вернадский писал, что живое вещество оказывает заметное влияние на процесс преобразования планеты и ее строение. Он подробно описал состав и функции биосферы.
Где расположена биосфера
Рассмотрим, что входит в биосферу. Пределы биосферы в глубину поверхности Земли простираются на многие километры. Вся толща вод морей и океанов наполнена живыми организмами вплоть до самых глубоких впадин. Верхняя граница существования живых организмов находится примерно на высоте 45 километров от поверхности и ограничена озоновым слоем. Он играет важную роль в существовании биосферы, защищая земную поверхность от губительного космического излучения, убивающего все живое.
Наука считает, что биосфера состоит из трех оболочек:
- литосферы;
- гидросферы;
- атмосферы.
Литосфера как самая плотная составляющая оболочки биосферы начинается у поверхности Земли и простирается на несколько километров вниз. Это геологическая оболочка в составе биосферы. Зона обитания живых организмов под землей ограничена. С увеличением расстояния от поверхности температура увеличивается. На определенной глубине жизнь невозможна из-за слишком высокой температуры и давления.
Гидросфера как среда, занимающая большую часть земной поверхности, состоит из воды. Вся водная масса, входящая в биосферу, неравномерно насыщена живыми организмами. Больше всего их находится у поверхности, вблизи суши и на дне.
Когда говорят об атмосфере, в основном подразумевают слои от верхушек деревьев до нижнего края озонового слоя. Это оболочка, имеющая самую малую плотность. В состав биосферы не входят слои атмосферы, расположенные выше озонового слоя.
Биосфера и ее составляющие
Биология полагает, что биосфера включает в себя четыре вида вещества. Вот какие виды определяют состав и строение биосферы:
Эти вещества составляют биосферу. Кроме них, биосфера включает в свой состав:
- вещества космического происхождения;
- радиоактивные элементы;
- рассеянные атомы, образующиеся при расщеплении веществ под действием космического излучения.
Под биосферой понимают общность всех живых организмов планеты. Землю населяет около 3 миллионов видов разнообразных живых существ. Попробуйте, охарактеризуйте их! Можно растеряться от такого разнообразия! О существовании многих из них мы даже не представляем. Они обитают в различных условиях, что делает их непохожими друг на друга. Организмы взаимодействуют между собой в границах отдельных биогеоценозов. А схема строения биосферы представляет собой структуру, организованную в виде множества биогеоценозов. Другими словами, в состав биосферы входят биогеоценозы. Их состояние является необходимым условием существования и развития биосферы. Поэтому биогеоценозы называют кирпичиками, из которых состоит биосфера планеты. Биосфера – это совокупность всех биогеоценозов планеты. Все составляющие биосферы важны. Если один из них будет поврежден, то и все здание станет менее устойчивым. На биосферу в целом влияет состояние каждого биогеоценоза.
Происхождение и развитие жизни на Земле
Существует множества версий, откуда появилась живая оболочка Земли. Так как достоверной информации нет, называется великое множество версий. Одни полностью уверены в божественном происхождении. Другие считают, что это, в общем, было редчайшим совпадением, создавшим из набора неживых элементов живой организм. Третьи полагают, что предки всего живого на нашей планете прибыли из космоса.
Есть даже полуфантастическая версия, что исследователи из другой галактики прибыли на Землю, выбирая место для основания новой колонии. Они решили, что планета малопригодна, и, улетая, оставили мусор. Биологические остатки, присутствующие в нем, послужили основой для зарождения жизни на Земле.
Если у вас есть свой вариант, того, как протекал этот процесс, опишите и поясните его. Он имеет такое же право на существование, как и предыдущие. Это вопрос философии.
Опишем кратко, как возникла и развивалась жизнь на Земле.
Глобальные процессы, вызвавшие появление и распространение живых организмов, начались в гидросфере. Затем жизнь из этой оболочки биосферы распространилась на сушу. Дальнейшее преобразование довершили процессы, протекающие в биосфере. Появившиеся наземные растения начали активно преобразовывать состав атмосферы и ее строение, делая планету все более пригодной для жизни сложных организмов. Менялся химический состав биосферы. Путем фотосинтеза происходила выработка кислорода, необходимого для дыхания животных. В верхних слоях атмосферы часть кислорода превращалась в озон, который послужил защитой от космической радиации.
В первичной атмосфере планеты, при мощных электрических разрядах, а также под действием утра фиолетового излучения и высокой радиации могли образовываться органические соединения, которые накапливались в океане
Биосфера включает в себя и человечество – венец природы. Роль биосферы для существования людей как биологического вида важна. Люди являются достаточно разумными, чтобы целенаправленно видоизменять окружающую среду, делая ее более пригодной для своего обитания.
Созданная природой система совершенна, но стоит задуматься, вечна ли она?
Активное воздействие на элементы биосферы оказывают антропогенные факторы, далеко не всегда положительно влияющие на окружающую среду. Мы уничтожаем других представителей биосферы на Земле, загрязняем атмосферу и Мировой океан, создаем электромагнитные излучения, меняем климат. Последствия техногенные катастроф, происходящих на планете со второй половины прошлого века, приходится преодолевать десятилетиями. Нарушена экология. Созданное людьми оружие массового поражения, если будет пущено в ход, способно уничтожить жизнь на Земле.
В данный момент человеческая деятельность несет угрозу существованию не только своего вида, но и всего живого. Если не принимать меры, то будущего у человечества нет. Какой же выход есть из этой ситуации?
Выход впервые предложил все тот же В. И. Вернадский. Он предположил, что будущее биосферы определяется человеком. Он создаст новую систему, комфортную для совместного проживания, развития и размножения живых организмов. Для этой новой среды он использовал определение «ноосфера». Для формирования ноосферы необходим ряд условий:
- расселение человека разумного по всей территории планеты и его господствующее положение над другими биологическими видами;
- революция в развитии средств связи и возможность быстрой коммуникации между любыми точками планеты;
- возможность появления и активного использования атомной энергетики;
- в мировом сообществе преобладают демократические установки, дающие широким народным массам реальные рычаги управления;
- внушительная часть населения планеты вовлечена в научную деятельность.
Возможно, некоторые пункты звучат наивно, но не будем забывать, что данные постулаты были выдвинуты много десятилетий назад человеком, который исследовал глобальные процессы развития человечества и среды его обитания.
Другое направление, в котором движется человечество, это попытки самостоятельного создания биосферы. Известно, что биосфера является открытой системой в экологии, которая требует постоянного притока солнечной энергии, а сама выделяет тепло. И биосфера, что будет создана искусственно, предполагает автономное существование во враждебной для человека среде. И ее строение должно способствовать решению этой задачи.
Значение биосферы для человечества огромно. Мы не способны выжить без нее. К. Э. Циолковский ввел в научную литературу, посвященную освоению космоса, идею их создания. Такой системой является искусственная биосфера. Это понятие впервые употребил Циолковский. Если воссоздать ее на другой планете, толщина биосферы обеспечит условия, позволяющие человеку выжить. Пока получить независимую биосферу не удалось, но исследования в этом направлении продолжаются.
Искусственная биосфера
Каждый человек бережно относится к своему дому, автомобилю, заботится о детях. Биосфера, что нас окружает, – это тоже наш дом. Мы обитаем в нем и пользуемся его благами. Но если его разрушить, нам негде будет жить, из чего делаем вывод, что следует беречь этот дом, чтобы можно было передать его своим потомкам. И он будет чист и прекрасен.
БИОСФЕРА, оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15–20 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2–3 км на суше и на 1–2 км ниже дна океана. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1875, тогда как основы учения о биосфере, которые актуальны и в современной науке, были разработаны В.И.Вернадским .
Биосфера состоит из живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов. Биотический компонент – это вся совокупность живых организмов (по Вернадскому – «живое вещество»). Абиотический компонент – сочетание энергии, воды, определенных химических элементов и других неорганических условий, в которых существуют живые организмы.
Жизнь в биосфере зависит от потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются биогеохимическими циклами. Существование этих циклов обеспечивается энергией Солнца. Земля получает от Солнца ок. 1,3ґ10 24 калорий в год. Около 40% этой энергии излучается обратно в космос; 15% поглощается атмосферой, почвой и водой; остальная энергия – это видимый свет, первичный источник энергии для всей жизни на Земле.
Жизнь невозможна без воды. Вода – источник водорода , одного из важнейших элементов, входящего в состав живых организмов. Метаболические реакции в организмах происходят в жидкой фазе, и вода является той средой, с которой организмы потребляют биогенные элементы и с которой удаляются конечные продукты метаболизма (шлаки). Вода составляет от 50 до 95% веса живых организмов. В круговороте воды важную роль играет процесс испарения в растениях. Через корни растения поглощают воду и получают растворенные в ней соли. Через листья происходит испарение воды. В течение вегетационного периода зерновые культуры на площади 1 га испаряют ок. 4 000 000 л воды, но только 0,4% этого количества используется непосредственно в процессе фотосинтеза. Для получения 1 кг зерна требуется ок. 500 л воды. Очевидно, что растениям необходимо громадное количество воды, а поскольку консументы питаются растениями, их суммарные потребности в воде намного выше того количества, которое они поглощают непосредственно. Например, человеку для физиологических нужд требуется ок. 2,1 л воды в день, но для получения съедаемого им за день количества пищи нужны еще 10 000 л воды.
Поддержание динамического равновесия между биотическим и абиотическим компонентами биосферы является необходимым условием существования всех форм жизни. Воздействие человека на биосферу, сопровождающееся ухудшением качества воды, сведением лесов или выбросом в атмосферу загрязняющих веществ, может создать угрозу жизни на Земле.
Крупнейшим обобщением в комплексе наук о Земле (геология, география, геохимия, биология) стало учение о биосфере, созданное русским ученым В. И. Вернадским. Начав свою научную деятельность (как геолог) с изучения осадочных пород земной коры, В. И. Вернадский выявил огромную роль живых организмов в сложных геохимических процессах нашей планеты. В 1926 г. вышла его книга «Биосфера». В этом произведении глубоко анализируются сложные взаимоотношения живых организмов и неживой природы Земли. Его работа несколько опередила время. Лишь во второй половине ХХ в., на фоне обострения экологических проблем, его учение о биосфере получило широкое распространение.
Важным элементом учения В. И. Вернадского о биосфере является идея тесной зависимости биосферы от деятельности человека и сохранности ее в результате разумного отношения человека к природе. Ученый писал:
Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера. 1
В настоящее время учение о биосфере представляет собой важнейшую часть экологии, непосредственно связанную с проблемами регулирования взаимодействия человека и природы.
Впервые термин «биосфера» был употреблен Ж. Б. Ламарком в начале XIX в. Позднее он был упомянут в работе австрийского геолога Э. Зюсса в 1875 г. Однако это понятие не было детально разработано названными учеными, а использовано вскользь для обозначения области жизни на Земле. Лишь в работах В. И. Вернадского оно анализируется детально и тщательно и под ним понимается «оболочка жизни» на нашей планете.
Биосферой называют совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.
Границы биосферы. Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере (рис. 1). Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.
Рис. 1. Область распространения организмов в биосфере: 1 - уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение; 2 - граница снегов; 3 - почва; 4 - животные, обитающие в пещерах; 5 - бактерии в нефтяных скважинах
Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков метров (роющие животные - кроты, черви; бактерии; корни растений). Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3–4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах). Распространению жизни в глубь литосферы препятствуют различные факторы. Проникновение растений невозможно из-за отсутствия света. Для всех форм жизни существенными препонами служат и возрастающие с глубиной плотность среды и температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому нижней границей распространения жизни в литосфере считают трехкилометровую глубину, (где температура достигает около +100 °С).
Гидросфера - водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы:
1) планктон - организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;
2) нектон - активно передвигающиеся в толще воды;
3) бентос - организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.
Атмосфера - газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 - кислорода, 1 - аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны. На сотни метров поднимаются летающие животные - насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3–5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу. Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесенные бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.
Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте от 30 до 50 км над поверхностью Земли. Он защищает все живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.
Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.
Строение и функционирование биосферы. Биосфера - это глобальная экологическая система , состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно - между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.
Существование биосферы базируется на непрерывно осуществляющемся круговороте веществ, энергетической основой которого является солнечный свет (рис. 2).
Рис. 2. Схема биогеохимической цикличности в биосфере. Справа на схеме разрез дерново-подзолистой почвы под хвойным лесом
Круговорот веществ в природе между живой и неживой материей - одна из наиболее характерных особенностей биосферы. Биологический круговорот - это биогенная миграция атомов из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Биомасса выполняет и другие функции:
1) газовая - постоянный газообмен с внешней средой за счет дыхания живых организмов и фотосинтеза растений;
2) концентрационная - постоянная биогенная миграция атомов в живые организмы, а после их отмирания - в неживую природу;
3) окислительно-восстановительная - обмен веществом и энергией с внешней средой. При диссимиляции окисляются органические вещества, при ассимиляции используется энергия АТФ;
4) биохимическая - химические превращения веществ, составляющие основу жизнедеятельности организма.