Термин биосфера (от греч. «биос» – жизнь и «сфера» – шар) ввел в науку геолог, профессор Венского университета Эдвард Зюсс в 1875 г. для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью. В своем главном труде «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» (1965) В.И. Вернадский высказал идею о том, что жизнь – важный фактор развития нашей планеты. В создании земной коры активно участвовали живые организмы; они и сейчас определяют специфику Земли.
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».
Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя
изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик В. И. Вернадский.
Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией,
которое легло в основу современного учения о биосфере.
До появления работ В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле
представлялась ученым очень скромной. Действительно, казалось бы, какое
может быть сравнение последствий их жизнедеятельности с мощью внутренних
сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские пучины,
перемещающих целые континенты
Вернадский обосновал важнейшие представления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов (т.е. миграции химических элементов при участии живого вещества), о движущих факторах эволюции.
Главнейшие аспекты учения Вернадского:
1. Представление о планетарной геохимической роли живого вещества. Живое вещество преобразует облик планеты. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.
2. Представление об организованности биосферы, являющейся продуктом сложного превращения вещественно-энергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли. Организованность проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды.
41.
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.
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.
Эволюция биосферы
Эволюция биосферы осуществлялась на протяжении её большей части истории под влиянием двух главных факторов: 1) естественных геологических и климатических изменений на планете; 2) изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции. В третичном периоде кайнозойской эры добавился третий (современный) фактор - человеческое общество.Соответственно, этап биогенеза в эволюции биосферы сменился этапом ноогенеза.
В эволюции биосферы можно выделить следующие основные тенденции:
1) постепенное увеличение общей её массы и продуктивности;
2) прогрессивное накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли;
3) увеличение информационной ёмкости биосферы, проявляющейся в нарастающей диверсификации (росте разнообразия) органических форм, увеличении числа геохимических барьеров и возрастании дифференцированности физико-географической структуры биосферы;
4) усиление некоторых биогеохимических функций живого вещества и появление новых функций;
5) усиление преобразующего воздействия жизни на атмосферу, гидросферу и литосферу, увеличение роли живого вещества и продуктов его жизнедеятельности в геологических, геохимических и физико-географических процессах;
6) расширение сферы действия биотического круговорота и усложнение его структуры;
7) всё возрастающее трансформирующее воздействие человеческой деятельности. Если в эволюции живого вещества имеется непрерывный поток генетической информации и в геноме человека есть гены от всего ряда его предков, то в составе биосферы имеются виды различного геологического возраста - «экогеноэлементы», или «биоэлементы» экосистем. Происходит эволюционная замена этих биоэлементов, в региональных рамках иногда полная замена, включающая исчезновение предшественников.
Массовое истребление видов человеком не могло не изменить естественных процессов. Например, плиоценовое исчезновение крупных животных, видимо, происходило не только в результате прямого преследования, но и из-за нарушения цепей питания, что вело к преобразованию экосистем в целом. Современное уничтожение видов, идущее намного быстрее, чем во времена плиоценового перепромысла, ведет к процессам, в результате которых снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы, меняется характер аккумуляции солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли и т.д.
