Биосфера
– это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов
и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими
организмами. Термин ввел в научный оборот австрийский ученый Э. Зюсс
(1875), а современное материалистическое учение о биосфере разработал академик
В.И. Вернадский (1926). Последний понимал под биосферой «область существования живого вещества»,
которая включает нижнюю часть атмосферы (до озонового пояса – на высоте 20–25
км), всю гидросферу – до максимальных глубин, и верхнюю часть литосферы (до
глубины 2–3 км).
Биосфера
по Вернадскому включает в себя семь разнообразных, но геологически
взаимосвязанных частей:
‐
живое
вещество, то есть совокупность всех живых организмов (растения, животные,
микроорганизмы);
‐
косное
вещество (вещество, образованное без участия организмов, например, продукты
вулканизма);
‐
биогенное вещество, то есть органоминеральные
или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь,
битумы, нефть, известняки и др.);
‐
биокосное
вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой
(водой, атмосферой, горными породами), – почвенный покров, современный состав
атмосферы и гидросферы;
‐
радиоактивное
вещество;
‐
рассеянные
атомы;
Все
компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную,
сложноорганизованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под
действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения,
гравитационных и магнитных полей Солнца, Луны и других небесных тел).
По современным представлениям, развитие безжизненной
геосферы, то есть оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних
стадиях существования нашей планеты миллиарды лет назад. Изменения облика Земли
были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на
поверхности и в глубинных слоях планеты, и находили проявление в извержениях
вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы
происходят и сейчас на безжизненных планетах Солнечной системы и их спутниках –
Марсе, Венере, Луне.
С
возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых органических форм) сначала
медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние
живой материи на геологические процессы Земли.
Деятельность
живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению
нового образования – биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы
геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и
вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли
планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли. Таким
образом, несмотря на то, что масса живого вещества в масштабе планеты невелика
– около 1/6·10-6 массы Земли – по своей деятельности и ее
последствиям она является, по Вернадскому, одной из самых могущественных
геохимических сил планеты.
Так,
например, в результате процесса фотосинтеза, деятельности зеленых растений,
образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В
свою очередь, на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация
углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла. Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной
(неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, рельефу,
деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.
ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО – это совокупность живых
организмов в биосфере. Вернадский писал: «На земной поверхности нет химической
силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим
конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Он впервые
подсчитал общую массу живого вещества биосферы. Однако эта величина оказалась
несколько завышенной, ее уточнили исследования Н.И. Базилевич,
Л.Е. Родина, Н.Н. Розова (1971). Как видно из табл. 1, основную часть
биомассы суши составляют зеленые растения (99,2%), а в океане – животные
(93,7%).
Таблица 1
Биомасса
организмов Земли
|
Среда
|
Группа организмов
|
Масса живого
вещества (·1012 т)
|
Соотношение фито- и зоо- массы (%)
|
Соотношение биомассы суши и океана (%)
|
|
КОНТИНЕНТЫ
|
Зеленые растения
|
2.40
|
99,2
|
|
|
|
Животные и микроорганизмы
|
0,02
|
0,8
|
|
|
|
ИТОГО
|
2,42
|
100,0
|
99,87
|
|
ОКЕАНЫ
|
Зеленые растения
|
0,0002
|
6,3
|
|
|
|
Животные и микроорганизмы
|
0,0030
|
93,7
|
|
|
|
ИТОГО
|
0,0032
|
100,0
|
0,13
|
|
|
Биомасса организмов
Земли
|
2,4232
|
|
100
|
Вернадский считал, что
организмы связаны «с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием и
размножением». Самой существенной особенностью биосферы является биогенная
миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся
в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.
По Вернадскому живое вещество биосферы выполняет
ряд важнейших взаимосвязанных функций (осуществляемых указанными организмами):
‐
газовая (все
организмы Земли);
‐
кальциевая
(водоросли, бактерии);
‐
восстановительная
(бактерии);
‐
концентрационная
(все живые организмы);
‐
деструкционная
– разрушение органических соединений (грибы, бактерии);
‐
восстановительное
разложение (бактерии);
В результате происходит образование различных
соединений (карбонатов, сульфидов, фосфатов, соединений азота, железа, марганца
и т.д.), их восстановление до других химических форм, концентрация и накопление
в почве и осадочных породах, синтез и разрушение органического вещества, т.е.
то, что мы включаем в понятие круговорота веществ в природе.
Биосфера, возникнув 1–2 млрд лет назад (к этому
времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в
постоянном динамическом равновесии и
развитии. Динамическое равновесие – очень важное понятие в экологии. Для случая
сложной иерархической системы, каковой является биосфера это означает, что каждый
компонент и ли параметр системы может изменяться, но в таких пределах, которые
обеспечивают устойчивость всей системы в целом. Так установившиеся
за многие миллионы лет круговороты энергии и веществ в биосфере самоподдерживаются
в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и особенностей
отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть
значительными.
Если экосистему вывести из состояния
динамического равновесия, то она стремится вернуться к нему, используя при этом
часть своей внутренней энергии и упорядоченности (т.наз. структурной
негэнтропии). Если резерва внутренней энергии и негэнтропии хватает, то система
возвращается в состояние близкое к исходному, если нет, то она либо разрушается,
либо переходит в новое состояние динамического равновесия, но на значительно
более низком энергетическом и негэнтропийном уровне. При этом говорят, что
экосистема деградировала. Примером такой деградации является, например,
распашка и уничтожение естественной растительности на значительных
пространствах в зоне сухой степи. Это воздействие резко снижает запасы влаги в
почве, способствует ветровой эрозии плодородного слоя и экосистема переходит в
новое состояние с очень низкой биологической продуктивностью. Степные
экосистемы сменяются при этом экосистемами пустынь. Некоторые ученые экологи
считают, что именно так на месте саванны в Северной Африке примерно 10 тыс. лет
назад образовалась пустыня Сахара.
Еще на ранних этапах эволюции живое вещество
распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все
потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места
обитания. И уже в древние времена различные жизненные формы и виды растений,
животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое
вещество можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в
вечных снегах Приполярья, и в горячих водных источниках вулканических районов.
На рис. 2 показана общая структура биосферы.
Такую способность к распространению живого
вещества Вернадский назвал «всюдностью жизни». Эволюция биосферы шла по пути
усложнения структур биологических сообществ, умножения числа видов и
совершенствования их приспособленности. Эволюционный процесс сопровождался увеличением
эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами:
организмами, популяциями,
сообществами.
Вершиной эволюции живого на Земле явился человек,
который как биологический вид на основе многочисленных эволюционных изменений
приобрел не только сознание (совершенную форму отражения окружающего мира), но
и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.
Посредством орудий человечество стало создавать
фактически искусственную среду своего обитания (поселения, пищу, одежду,
продукты питания, машины и многое другое).
С этих пор эволюция биосферы вступила в новую эру, где человеческий фактор
стал мощной природной движущей силой. Вернадский впервые выдвинул идею о том,
что человеческий фактор в развитии биосферы становится главенствующим. Он
писал: «Лик планеты – биосфера – химически резко меняется человеком сознательно
и главным образом бессознательно. Меняется человеком физически и химически
воздушная оболочка суши, все ее природные воды». С этими воззрениями связано
появление нового понятия – ноосферы и дополнение учения о биосфере учением о
ноосфере (см. пп. 3.10.6).
[1] В настоящее время три
последние категории вещество биосферы нередко объединяют с косным веществом,
оставляя, таким образом, лишь четыре
основные категории вещества биосферы.
[2] Она, конечно, является частным случаем
газовой функции, но в силу особой важности – выделена.
[3] Это понятие будет рассмотрено ниже.
[4] Многие современные авторы
сводят эти функции к четырем: газовая, энергетическая,
окислительно-восстановительная и деструкционная.
Комментариев нет:
Отправить комментарий