Структура і функції біосфери

З фізичної точки зору біосфера є трифазною (рідка, тверда, газоподібна фази). Вода - єдина речовина, присутня повсюди в біосфері в одній з трьох фаз. Біосфера забезпечує людство всіма необхідними природними ресурсами.

З геологічної точки зору, планету оточують чотири оболонки: літосфера (тверда), гідросфера (рідка), атмосфера (газоподібна) і магнітосфера (складається з магнітних часток різної енергетики). Лише гідросфера повністю заселена, інші оболонки заселені або трансформовані внаслідок діяльності живих організмів частково. Літосферу нашої планети звичайно називають земною корою. Товщина її коливається від 8 км у північній частині Тихого океану до 84 км в районі гір Тянь-Шаню

Нижню межу біосфери визначає верхній край базальтового шару літосфери, а верхню - озоновий шар (на висоті 20-25 км над поверхнею планети). Поза цими межами неможливе автономне існування живих організмів і не відбувається накопичення продуктів їх життєдіяльності.

Максимальна висота, на якій зафіксовано існування вищих рослин, - 7000 м над рівнем моря. Це один з видів зірочника. Максимальна висота, на якій зареєстровано польоти птахів - 12500 м (на цій висоті зафіксовано зіткнення хижого птаха білоголового сипа з літаком). Окремі види комах живуть на висоті близько 6000 м, а їхні польоти зареєстровані на висоті понад 11 км. Вище можуть проникати лише бактерії. Описано знаходження життєздатних бактерій на висоті 77 км. У межах літосфери в результаті діяльності наземних живих організмів виник ґрунт. Це найщільніше заселена верхня частина літосфери. Ґрунт містить мінеральні та органічні речовини, доступні для використання їх живими організмами. Ґрунт характеризується в біосфері як ланка, що поєднує між собою біологічний та геологічний кругообіги.

Шар ґрунту, товщина якого дорівнює глибині поширення коренів рослин, називається ризосферою. Ґрунт підстилають осадові породи - глини, вапняки, мертелі. Він має власну систему циркуляції води. Існують підземні потоки і водні резервуари (наприклад, гігантський підземний резервуар, заповнений водою, знаходиться під Сахарою). Нижче розміщуються шари материнських, або кристалічних, порід, підстелені базальтовим шаром. Він знаходиться в середньому на 2-3 км нижче поверхні суші і на 1-2 км нижче дна океану. Проте в місцях тектонічних розломів земної кори, де проявляється вулканічна активність, базальтовий шар виходить на поверхню суші. Можна вважати, що в кратерах вулканів товщина літосфери нульова, адже через них відбуваються викиди магми - розпеченої рідкої суміші хімічних елементів, якою заповнена мантія Землі.

Гідросфера не є суцільною оболонкою планети. Частина суші повністю позбавлена водного покриву і зволожується періодично. Найбільша товщина гідросфери - в межах Маріанської западини поблизу Філіппін (близько 11 км). У гідросфері прослідковується нерівномірний розподіл живого. Найщільніше заселені поверхневі шари і прибережна зона Світового океану в зоні тропіків, а також деякі континентальні водойми. Разом з тим гідросфера - єдина оболонка, яка повністю заселена живими організмами. Так, деякі види риб живуть на глибині більш як 7500 м, безхребетні - на глибині до 10 500 м, ще глибше проникають мікроорганізми.

Атмосфера - єдина оболонка, товщина якої над усією Землею майже однакова (біля 100 км). Життя можливе лише в її приземному шарі - тропосфері (до 15 км над поверхнею планети), вище можна зустріти лише спори, пилок вищих рослин та окремі продукти життєдіяльності живих організмів. У нижньому шарі тропосфери відбувається випаровування і конденсація води, формуються повітряні потоки, клімат і погода. Саме тут зосереджена найбільша кількість живих організмів, що пов'язано передусім з парціальним тиском кисню і вуглекислого газу. Хімічний склад чистого повітря приблизно такий: 78,08 % азоту, 20,94 % кисню, 0,93 % аргону, 0,03 % вуглекислого газу, менш як 0,00005 % озону. В незначних кількостях присутні також неон, гелій, метан, криптон і водень. Вміст біогенних газів зі збільшенням висоти над рівнем моря швидко знижується, і вже на висоті 4000-5000 м біомаса зменшується у десятки разів порівняно з її кількістю на рівні моря. Найважливішими для живих організмів компонентами атмосфери є кисень, вуглекислий газ, озон і водяна пара. Вміст останньої коливається від 0 до 4 %.

Цікаво, що походження атмосфери і гідросфери нашої планети до цих пір не з'ясоване остаточно. Існує гіпотеза, згідно з якою атмосферу складають рештки газової туманності, з котрої утворилася Сонячна система. Більшість учених вважають, що гідро- та атмосфера утворилися в результаті міграції легких речовин з надр планети на її поверхню.

Магнітосфера - зовнішня оболонка планети, що складається з протонів та інших ядерних часток, які утримуються в електромагнітному полі Землі. Як і будь-яке фізичне тіло, наша планета має надзвичайно потужне власне електромагнітне поле, силові лінії якого орієнтовані відносно магнітних полюсів. Магнітосфера складається з кількох радіаційних поясів, що відрізняються один від одного складом частинок, захоплених магнітним полем Землі. Ця оболонка планети лише недавнопочала вивчатися з точки зору її ролі в життєдіяльності організмів, адже досліджувати її можна тільки за допомогою спеціальної складної апаратури. Вперше існування радіаційних поясів нашої планети було доведено під час польоту американського супутника "Піонер-1" у 1958 р. Склад і стан магнітного поля планети впливає на перебіг біохімічних процесів живих систем, а тому останнім часом актуальним стало вивчення впливу змін у магнітному полі на здоров'я людини.