Біосфера, її структура і кордони

Найбільшим узагальненням в комплексі наук про Землю (геологія, географія, геохімія, біологія) стало вчення про біосферу, створене російським ученим В. І. Вернадським. Почавши свою наукову діяльність (як геолог) з вивчення осадових порід земної кори, В. І. Вернадський виявив величезну роль живих організмів в складних геохімічних процесах нашої планети. У 1926 р вийшла його книга «Біосфера». У цьому творі глибоко аналізуються складні взаємини живих організмів і неживої природи Землі. Його робота дещо випередила час. Лише у другій половині ХХ ст., На тлі загострення екологічних проблем, його вчення про біосферу набуло широкого поширення.

Важливим елементом навчання В. І. Вернадського про біосферу є ідея тісній залежності біосфери від діяльності людини і збереження її в результаті розумного ставлення людини до природи. Вчений писав:

Людство, взяте в цілому, стає потужною геологічною силою. Перед ним, перед його думкою і працею стає питання про перебудову біосфери в інтересах вільно мислячого людства як єдиного цілого. Це новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємося, і є ноосфера. 1

В даний час вчення про біосферу являє собою найважливішу частину екології, безпосередньо пов'язану з проблемами регулювання взаємодії людини і природи.

Вперше термін «біосфера» був ужитий Ж. Б. Ламарком на початку XIX ст. Пізніше він був згаданий в роботі австрійського геолога Е. Зюсс в 1875 р Однак це поняття не було детально розроблено названими вченими, а використано побіжно для позначення області життя на Землі. Лише в роботах В. І. Вернадського воно аналізується детально і ретельно і під ним розуміється «оболонка життя» на нашій планеті.

біосфероюназивають сукупність всіх живих організмів нашої планети і ті галузі геологічних оболонок Землі, які заселені живими істотами і піддавалися протягом геологічної історії їх впливу.

Межі біосфери.Живі організми нерівномірно поширені в геологічних оболонках Землі: літосфері, гідросфері і атмосфері(Рис. 1). Тому біосфера зараз включає верхню частину літосфери, всю гідросферу і нижню частину атмосфери.

Мал. 1.Область поширення організмів в біосфері:1 - рівень озонового шару, який затримує жорстке ультрафіолетове випромінювання; 2 - межа снігів; 3 - грунт; 4 - тварини, що мешкають в печерах; 5 - бактерії в нафтових свердловинах

Літосфера це верхня тверда оболонка Землі. Її товщина коливається в межах 50-200 км. Поширення життя в ній обмежено і різко зменшується з глибиною. Переважна кількість видів зосереджено в верхньому шарі, що має товщину в кілька десятків сантиметрів. Деякі види проникають в глибину на кілька метрів або десятків метрів (тварини, що риють - кроти, черви; бактерії; коріння рослин). Найбільша глибина, на якій були виявлені деякі види бактерій, становить 3-4 км (в підземних водах і нафтоносних горизонтах). Поширенню життя в глиб літосфери перешкоджають різні фактори. Проникнення рослин неможливо через відсутність світла. Для всіх форм життя істотними перепонами служать і зростаючі з глибиною щільність середовища і температура. В середньому температурний приріст становить близько 3 ° С на кожні 100 м. Саме тому нижньою межею поширення життя в літосфері вважають трикілометрову глибину, (де температура досягає близько + 100 ° С).

гідросфера- водна оболонка Землі, являє собою сукупність океанів, морів, озер і річок. На відміну від літосфери і атмосфери вона повністю освоєна живими організмами. Навіть на дні Світового океану, на глибинах близько 12 км, були виявлені різноманітні види живих істот (тварини, бактерії). Однак основна маса видів живе в гідросфері в межах 150-200 м від поверхні. Це пов'язано з тим, що до такої глибини проникає світло. А отже, в більш низьких горизонтах неможливе існування рослин і багатьох видів, що залежать в харчуванні від рослин. Поширення організмів на великих глибинах забезпечується за рахунок постійного «дощу» екскрементів, залишків мертвих організмів, що падають з верхніх шарів, а також хижацтва. Гідробіонти мешкають як в прісній, так і в солоній воді і за місцем проживання діляться на 3 групи:

1) планктон - організми, що живуть на поверхні водойм і пасивно пересуваються за рахунок руху води;

2) нектон - активно пересуваються в товщі води;

3) бентос - організми, що живуть на дні водойм або зариваються в мул.

атмосфера- газова оболонка Землі, що має певний хімічний склад: близько 78% азоту, 21 - кисню, 1 - аргону і 0,03% вуглекислого газу. У біосферу входять лише самі нижні шари атмосфери. Життя в них не може існувати без безпосереднього зв'язку з літосферою і гідросферою. Великі деревні рослини досягають декількох десятків метрів у висоту, маючи в своєму розпорядженні вгору свої крони. На сотні метрів піднімаються літаючі тварини - комахи, птахи, кажани. Деякі види хижих птахів піднімаються на 3-5 км над поверхнею Землі, виглядаючи свою здобич. Нарешті, висхідними повітряними потоками пасивно заносяться на десятки кілометрів вгору бактерії, спори рослин, грибів, насіння. Однак всі перераховані літаючі організми або занесені бактерії лише тимчасово знаходяться в атмосфері. Немає організмів, які постійно живуть в повітрі.

Верхньою межею біосфери прийнято вважати озоновий шар, що розташовується на висоті від 30 до 50 км над поверхнею Землі. Він захищає все живе на нашій планеті від потужного ультрафіолетового сонячного випромінювання, значною мірою поглинаючи ці промені. Вище озонового шару існування життя неможливо.

Таким чином, основна частина видів живих організмів зосереджена на кордонах атмосфери і літосфери, атмосфери і гідросфери, утворюючи відносно «тонку плівку життя» на поверхні нашої планети.

Будова і функціонування біосфери.біосфера - це глобальна екологічна система, Що складається з безлічі екосистем нижчого рангу, біогеоценозів, взаємодією яких один з одним і обумовлена ​​її цілісність. Дійсно, біогеоценози існують не ізольовано - між ними існують безпосередні зв'язки і відносини. Наприклад, в водні біогеоценози вітром, дощами, талими водами виносяться з наземних екосистем мінеральні та органічні речовини. Може відбуватися переміщення організмів з одного біогеоценозу в інший (наприклад, сезонні міграції тварин). І нарешті, всіх об'єднує атмосфера Землі, що служить загальним резервуаром для живих істот. У неї надходять кисень (виділяється рослинами в процесі фотосинтезу) і вуглекислий газ (утворений в процесі дихання аеробних організмів). З атмосфери ж рослини всіх екосистем черпають вуглекислий газ, необхідний їм в процесі фотосинтезу, а все дихаючі організми отримують кисень.

Існування біосфери базується на безперервно здійснюються круговороті речовин, енергетичною основою якого є сонячне світло (рис. 2).

Мал. 2.Схема біогеохімічної циклічності в біосфері. справана схемі розріз дерново-підзолисті ґрунти під хвойним лісом

Кругообіг речовин в природі між живою та неживою матерією - одна з найбільш характерних особливостей біосфери. Біологічний круговорот - це біогенна міграція атомів з навколишнього середовища в організми і з організмів у навколишнє середовище. Біомаса виконує і інші функції:

1) газова - постійний газообмін із зовнішнім середовищем за рахунок дихання живих організмів і фотосинтезу рослин;

2) концентраційна - постійна біогенна міграція атомів в живі організми, а після їх відмирання - в неживу природу;

3) окисно-відновна - обмін речовиною і енергією з зовнішнім середовищем. При дисиміляції окислюються органічні речовини, при асиміляції використовується енергія АТФ;

4) біохімічна - хімічні перетворення речовин, що становлять основу життєдіяльності організму.