Под биосферой принято понимать область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты.
Впервые термин введен Ламарком и распространялся лишь на взаимодействие живых организмов между собой. Непосредственно термин биосфера был введен Зюссом в 19 веке. Вернадский разработал концепцию биосферы в 20 веке.
Структурно биосфера включает в себя:
– Аэробиосферу – нижнюю часть атмосферы;
– Гидробиосфера – всю гидросферу;
– Литобиосфера – верхние горизонты литосферы.
Условно можно считать границу аэробиосферы высоту 20 км, то есть нижнюю границу озонового слоя. В настоящее время считается, что гижробиосфера полностью заселена, распространяется на глубину до 1122 м. По некоторым данным жизнь в литобиосфере может существовать до 3-4 км, но наиболее заселена верхняя часть.
В настоящее время выделяют необиосферу, в которой происходит взаимодействие живых и неживых объектов в настоящее время.
Палеосфера – часть биосферы, жизнь на которой происходила ранее.
Каустобиолиты – полезные ископаемые, возникновение которых обусловлено жизнедеятельностью организмов.
При рассмотрении функции биосферы следует отметить, что любая из систем не может существовать без подхода и превращения энергии. В любой экосистеме существует поток энергии и круговорот веществ.
Солнечная энергия является энергетическим источником для всех живых организмов на планете Земля за небольшим исключением. На поверхность Земли ежеминутно поступает 1,35 кВт/м2∙мин при этом треть энергии рассеивается от атмосферы, а две третьих поступают на поверхность океана.
Альбедо – отражающая способность Земли. Каждый материал имеет свою отражающую способность.
Поступая на поверхность Земли часть энергии Солнца отражается, вторая составляющая превращается в инфракрасное излучение путем переотражения. Лишь небольшая часть энергии (40%) используется, при этом коэффициент полезного действия при фотосинтезе 1-3%, в редких случаях он достигает 15%.
Процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей называется фотосинтез. Но в экосистемах и биосфере выделяют следующие группы организмов по цепи питания:
– Продуценты – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии.
˗ автортрофные (хемотрофы и фототрофы 97-99%);
˗ гетеротрофные.
– Консументы – организмы, не способные строить свои организамы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище.
– Редуценты – организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации.
Трофический уровень – это совокупность организмов со сходным типом питания.
Основные биохимические циклы. Планета Земля является конечным физическим телом с определённым набором химических элементов. Если бы в природе отсутствовал круговорот веществ, то все элементы, находящиеся на Земле, были бы использованы за несколько тысячелетий. Это не происходит благодаря круговороту веществ.
Выделяют два типа круговорота:
1) Геологический круговорот – это такое цикличное движение элементов, действующими силами в котором являются геологические процессы эндогенного и экзогенного происхождения. Геологический круговорот включает в себя:
· образование осадочных пород;
· трансформация под действием гравитационных сил;
· подъем поверхности за счет эндогенных процессов в земле;
· разрушение горных пород
Геологический круговорот не включает в себя деятельность живых организмов
2) Биогеохимический круговорот – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В биогеохимическом круговороте веществ выделяют две части:
· резервный фонд – часть веществ, которая не связана с живыми организмами;
· обменный фонд – часть веществ, которая непосредственно участвует в круговороте и представлена в виде органических соединений.
Выделяют два типа биогеохимических круговоротов:
· круговорот газового типа – это такой вид круговорота, резервный фонд которого находится в газовом либо жидком агрегатном состоянии;
· круговорот осадочного типа – это такой вид круговорота, при котором резервный фонд находится в виде донных отложений.
Практически для всех элементов присутствующих в биосфере существует биогеохимический круговорот веществ:
1) Круговорот воды. Депонирующая среда – мировой океан. Из животных в круговороте участвует около 500 тысяч кубических километров воды.
2) Круговорот углерода. Депонирующая среда – атмосфера. Время круговорота ориентировочно составляет 300 лет.
3) Круговорот азота. Депонирующая среда – атмосфера. Круговорот составляет порядка 2-3 млн. лет.
4) Круговорот фосфора. Отличительной особенностью является то, что этот круговорот отнесен к круговороту осадочного типа. Время круговорота установить сложно, так как круговорот фосфора по длительности сопоставим с геологическим круговоротом.
