Поняти о биосфере

ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ

 

 Понятие биосфера вошло  в науку до некоторой степени  случайно. Около ста лет назад,  в 1875 году, австрийский геолог  Эдуард Зюсс, говоря о различных  оболочках земного шара, впервые  употребил этот термин в последней  главе своей небольшой книжке  о происхождении Альп. Однако  эта концепция не сыграла заметной  роли в развитии научной мысли  до тех пор, пока в 1926 году  не были опубликованы две лекции  русского минералога Владимира  Ивановича

 Вернадского. Концепция  биосферы, которую мы принимаем  сейчас, в основном опирается  на идеи Вернадского, развитые  им спустя 50 лет после работ  Зюсса.

 Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы  подошел французский натуралист Жан Батист Ламарк, в чьих работах можно немало геохимических идей, пусть и архаично изложенных. (6)

 

 Биосферой называется  та часть земного шара, в пределах  которой существует жизнь. Однако  такое определение порождает  ряд вопросов и требует уточнений.  Пропуская через фильтр воздух, взятый на больших высотах,  можно найти в нем споры  бактерий и грибов. Но этот  «аэропланктон», очевидно, не имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой, имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной» областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или скафандре. Такие искусственные местообитания можно рассматривать как участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос. (5)

 

 Что же характерно  для биосферы как особой оболочки  земного шара? Во- первых, это область, в которой имеется в значительных количествах жидкая вода. Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в- третьих, в биосфере имеются поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях

 

 УЧЕНИЕ В. И. ВЕРНАДСКОГО

 

 О БИОСФЕРЕ

 

 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. (8)

 

 В. И. Вернадский  доказал, что, как бы слаб  ни был каждый организм в  отдельности, все они, вместе  взятые, на протяжении длительного  отрезка времени выступают как  мощный геологический фактор, играющий  существенную роль в жизни  нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (сотен миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке теоретических основ учения о биосфере принадлежит советским ученым.

 

 По определениям ученых, возраст Земли равен приблизительно 5 млрд. лет. Наиболее древние следы  живых организмов найдены в  Южной Африке

(Восточный Трансвааль), в толще горных пород, возраст  которых равен 3,2 млрд. лет. Эти  организмы напоминали современных  нитчатых бактерий. Ученые даже  дали им название – эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать, что биосфера Земли возникла около трех миллиардов лет назад. (7)

 

 Наземные организмы  появились около 400 млн. лет  назад. Это были первые примитивные  растения. С появлением на суше  живых организмов и возникновением  растений начинается важнейший  этап в истории развития биосферы. С этого периода началось их  быстрое распространение по планете,  и в настоящее время Землю  населяет огромное количество  разнообразнейших растительных  и животных организмов (см. табл.).

 

 В 19 веке в России  постепенно складывалось представление  о единстве человека и природы,  о тех проблемах, с которыми  неизбежно столкнется человечество  при необузданном стремлении  всецело подчинить себе природу.

 Вообще идея цельного  знания, основанного на органической  полноте жизни, принадлежит русской  философии. Она легла в основу  направления общественной жизни,  получившего название «русский  космизм». Именно тогда в научной  среде засверкали имена психолога  и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И.

 Менделеева, почвоведа  В. В. Докучаева, основоположника  космонавтики К. Э.

 Циолковского. К плеяде  этих выдающихся ученых принадлежит  и В. И.

 Вернадский. (13)

 

 В 1926 году опубликовал  в Ленинграде книгу под названием  «Биосфера», которая ознаменовала  рождение новой науки о природе,  о взаимосвязи с ней человека. В этой работе биосфера впервые  показана как единая динамическая  система, населенная и управляемая  жизнью, живым веществом планеты.

 «Биосфера – организованная, определенная оболочка земной  коры, сопряженная с жизнью». В  работах по биосфере ученый  показал, что взаимодействие живого  вещества с веществом косным  есть часть большого механизма  земной коры, благодаря которому  происходят разнообразные геохимические  и биогенные процессы, миграции  атомов, осуществляется их участие  в геологических и биологических  циклах.

 

 В. И. Вернадский  впервые показал, что химическое  состояние наружной коры нашей  планеты всецело находится под  влиянием жизни и определяется  живыми организмами, с деятельностью  которых связан великий планетарный  процесс – миграция химических  элементов в биосфере. Эволюция  видов, отмечал ученый, приводящая  к созданию форм жизни, устойчива  в биосфере

 

 Таблица

 

 Число основных типов  растений и животных

 

(по П. П. Второву  и Н. Н. Дроздову, 1974)

 

|Название типа |Приблизительно|Название типа |Приблизительно|

|организмов |е число видов  |организмов |е число видов |

| | | | |

|Зеленые водоросли | 6 000 |Простейшие | 30 000 |

|Диатомовые водоросли  |10 000 |Губки |5 000 |

|Бурые водоросли |1 000 |Кишечнополостные |9 000 |

|Красные водоросли |2 500 |Плоские черви |6 000 |

|Сине-зеленые водоросли  |1 500 |Круглые черви |10 000 |

|Бактерии | | | |

|Грибы |5 000 |Кольчатые  черви |7 000 |

|Лишайники |70 000 |Мшанки |3 000 |

|Мохообразные |30 000 |Моллюски |108 000 |

| |25 000 |Членистоногие без  |70 000 |

|Плаунообразные | |насекомых | |

|Папоротники |1 000 |Насекомые  |1 000 000 |

|Голосеменные |9 000 |Иглокожие  |6 000 |

|Покрытосеменные |1 000 |Позвоночные  |35 000 |

| |25 000 | | |

|Всего растений | 412 000 |Всего животных | 1 289 000 |

| Общее количество видов  организмов |

|1 701 000 |

 

 и должна идти в  направлении увеличения биогенной  миграции атомов.

 

 Биосфера представляет  собой сложнейшую планетарную  оболочку жизни, населенную организмами,  составляющими в совокупности  живое вещество. Это самая крупная  (глобальная) экосистема Земли –  область системного взаимодействия  живого и косного вещества  на планете. Совокупная деятельность  живых организмов в биосфере  проявляется как геохимический  фактор планетарного масштаба.

 

 Биосфера по вертикали  разделяется на две четко обособленные  области: верхнюю, освещенную  светом, - фотобиосферу, в которой происходит фотосинтез, и нижнюю, «темную», - меланобиосферу, в которой фотосинтез невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли. (14)

 

 Биосфера охватывает  нижнюю часть атмосферы до  высоты озонового экрана

(20-25 км), верхнюю часть  литосферы (кора выветривания) и  всю гидросферу до глубинных  слоев океана. В. И. Вернадский  отмечал, что «пределы биосферы  обусловлены, прежде всего, полем  существования жизни». На развитие  жизни, а, следовательно, и границы  биосферы оказывают влияние многие  факторы и прежде всего наличие  кислорода, углекислого газа, воды  в ее жидкой фазе.

 Ограничивают область  распространения жизни и слишком  высокие или низкие температуры.  Элементы минерального питания  также влияют на развитие жизни.

 К ограничивающему  фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

 

 В планетарной биосфере  выделяют континентальную и океаническую  биосферы, которые отличаются геологическими, географическими, биологическими, физическими  и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100 град. C в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на

 Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км.

 Вверх, в атмосферу,  биосфера простирается не выше  наибольших плотностей озонового  экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно,  предел протяженности биосферы  на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может  быть более широким. (1)

 На основе работ  В. И. Вернадского и других  исследователей, внесших большой  вклад в изучение биосферы  планеты, предлагается различать  три основные ее формы:

3. формы биологической  систематики, включающие популяции,  виды, роды, семейства и др., принятые  в ботанике и зоологии;

2. биогеографические формы  – территории, характеризующие географическое  распространение и распределение  растений и животных, специфику флоры и фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д. Отдельно выделяются ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие представление о составе и характере флоры и фауны;

 

3. экологические формы,  известные под названием экосистем

(биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп – это участок с однородными экологическими условиями, занятый определенными биоценозами, экотоп – это место обитания сообщества. В отличие от биотопа, понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды.

 Это совокупность абиотических  условий неорганической среды  данного участка, представляющего  собой местообитание конкретного  сообщества. Экологические формы  определяют специфику изучения  биосферы в экологических аспектах. (9)

 

 Вещественный состав  биосферы также разнообразен. В.  И. Вернадский включает в него  семь глубоко разнородных, но  геологически не случайных частей:

. живое вещество;

. биогенное вещество  – рождаемое и перерабатываемое  живыми организмами

 

(горючие ископаемые, известняки  и т. д.);

. косное вещество, образуемое  без участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);

. биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами

 

(вода, почва, кора выветривания, илы);

. вещество радиоактивного  распада (элементы и изотопы  уранового, ториевого и актиноуранового  ряда);

. рассеянные атомы земного  вещества и космических излучений;

. вещество космического  происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др. (2)

 

 В строении и морфологии  биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):

 

. слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

 

. педосфера, или почвенный покров;

 

. ландшафтно-экологические  системы – функциональные системы,  включающие живые организмы и  среду их обитания;

 

. кора выветривания, т.  е. зона разрушения и преобразования  горных пород, их минерально-геохимических  изменений в верхней части  земной коры под воздействием  различных факторов;

 

. древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;

 

. многочисленные минералы  верхней части земной коры  и биосферы: глины, известняки, бокситы  и т. д.;

 

. природные воды осадочной  оболочки;

 

. миллионы органических  и органоминеральных соединений: уголь, графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;

 

. минеральные ресурсы  биосферы и земной коры, распространенные  в форме свободных элементов:  меди, серебра, золота, висмута, платины  и т. д. Все они – главный  источник сырья для металлургии,  химической промышленности и  многих других отраслей. Их добыча  и использование в экономике  растут год от года.

 

 Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом  сложнейшего механизма геологического  и биологического развития косного  и биогенного вещества . С одной стороны , это среда жизни , а с другой – результат жизнедеятельности . Главная специфика современной биосферы – это четко направленные потоки энергии и биогенный ( связанный с деятельностью живых существ ) круговорот веществ . (10)