Биосфера

Биосфера

Биосфера - оболочка Земли,

населенная живыми организмами. В

процессе эволюции на Земле

образовалась особая оболочка (или

сфера) населенная живыми

организмами. Впервые это название

было использовано еще Ж. Б.

Ламарком. Термин “биосфера” (греч.

“биос” - жизнь, “сфера” - шар) ввел в

1875 г. геолог Э.Зюсс, но

распространение этого термина

произошло благодаря развитию учения

о биосфере академиком

В.И.Вернадским (в конце 20-х гг. XX

столетия). В. И. Вернадский (1863-1945

гг.), являясь основоположником новой

науки - биогеохимии, первым обратил

внимание на роль живых организмов

как мощного геологического фактора,

установив роль живого вещества в

преобразовании земной поверхности.

На Земле различают несколько

геосфер: литосферу (греч. “литос” -

камень) - внешнюю твердую оболочку

земного шара, состоящую из двух

слоев: верхнего слоя осадочных пород

с гранитом и нижнего базальтового;

гидросферу (океаны, моря, озера,

реки), занимающую 70,8% земной

поверхности; атмосферу,

простирающуюся вверх до 100 км: в

ней различают тропосферу (греч

“тропа” - перемена) высотой 15 км, а

над ней - стратосферу (лат. “стратум” -

слой), высотой до 100 км (у границы

стратосферы возникают северные

сияния. На высоте 45 км вместо

кислорода находится озон,

образующийся из свободного

кислорода под влиянием солнечных

лучей (О2 ® О3), который образует

экран и отражает губительные для

живых организмов космические

излучения и частично

ультрафиолетовые лучи Солнца);

ионосферу, располагающуюся выше

стратосферы и имеющую слой

разреженного газа из ионизированных

атомов.

Биосфера охватывает поверхность

Земли, верхнюю часть литосферы, всю

гидросферу, тропосферу и нижнюю

часть стратосферы. Границы биосферы

определяются наличием условий,

необходимых для жизни различных

организмов. Верхняя граница

биосферы ограничена интенсивной

концентрацией ультрафиолетовых

лучей; нижняя - высокой температурой

земных недр (свыше 100 oС). Крайних

пределов границ биосферы достигают

только бактерии (споры бактерии

попадают на высоту 20 км, а

анаэробные бактерии обнаруживаются

на глубине свыше 3 км в водах

месторождений нефти). Наибольшая

концентрация жизни сосредоточена у

поверхности суши и океана, у границ

соприкосновения литосферы и

атмосферы, гидросферы и атмосферы,

гидросферы и литосферы, т.е. на

границе фаз. Живые организмы в сумме

составляют живое вещество. В составе

биосферы есть и неживое (косное)

вещество, а также сложные по своей

природе биокосные тела (в их состав

входят как живые организмы, так и

видоизмененное неживое вещество).

В.И.Вернадский к биокосным телам

относил почвы, илы, природные воды.

Таким образом, живые организмы могут

существовать в тропосфере и нижних

слоях стратосферы, а в гидросфере

проникают на всю глубину Мирового

океана - до 10-11 км, в литосфере -

иногда до глубины 7,5 км. Величина

биомассы для всей планеты составляет

3•1012 т, при этом более 95% этой

величины приходится на долю

растительных организмов и только 5% -

на долю животных. В целом биомасса

составляет лишь около 0,01% массы

всей биосферы, но ее роль на планете

грандиозна. Основную часть биомассы

растений составляют деревья, поэтому

основное накопление биомассы на

планете определяется

распространением лесов на

континентах. Наибольшее сгущение и

разнообразие растений имеет место во

влажных тропических лесах.

Разнообразие и количество видов

животных зависят от растительной

массы и тоже увеличиваются к

экватору. В биосфере условно

выделяют элементарные целостные

единицы - биогеоценозы -

совокупность популяций разных видов,

обитающих в определенной местности.

Биоценоз объединяет сообщества

растительных и животных организмов,

населяющих участок биосферы с

однородными условиями

существования. Взаимные связи внутри

биогеоценоза поддерживаются в

процессе круговорота веществ.

Основное условие поддержания жизни

в биосфере определяют живые

организмы, осуществляя круговорот

неорганических и органических

веществ.

Биогеохимические циклы - это

циркуляция химических элементов

абиотического происхождения,

которые попадают из окружающей

среды в организмы и из организмов в

окружающую среду. В биосфере все

время совершаются круговороты воды и

всех элементов, входящих в состав

живых организмов. Процесс этот длится

десятки миллионов лет. “На земной

поверхности нет химической силы,

более постоянно действующей, а

поэтому и более могущественной по

своим конечным последствиям, чем

живые организмы, взятые в целом” -

утверждал В. И. Вернадский.

Неорганические элементы вносятся в

ткани растений и животных в процессе

их роста и развития и входят в состав

органических веществ. После смерти

организма эти элементы подвергаются

сложным превращениям, после чего

снова попадают в новые организмы. К

главным циклам относятся

биохимические циклы углерода, азота,

воды, фосфора и серы.

Кругооборот углерода и кислорода

осуществляется в близко идущих

процессах. При дыхании

высвобождается углерод в виде СО2, а

в процессе фотосинтеза СО2 снова

превращается в органические

соединения. Всего за 7-8 лет живые

организмы пропускают через свои тела

весь углерод, содержащийся в

атмосфере. В океане (в основном в

составе фитопланктона) 40•1012 кг

углерода в год фиксируется в процессе

фотосинтеза в виде СО2. Большая его

часть потом высвобождается при

дыхании. На суше фиксируется в год

35•1012 кг углерода при фотосинтезе в

виде СО2; 10•1012 кг углерода

выделяется при дыхании растений и

животных; 25•1012 кг углерода

выделяется при дыхании редуцентов;

5•1012 кг углерода в год

высвобождается при сжигании

ископаемого топлива. Этого количества

вполне достаточно для постепенного

увеличения концентрации двуокиси

углерода в атмосфере и в океанах.

Большая доля углерода содержится в

осадочных породах. В последние годы

поступление углерода в атмосферу

вследствие деятельности человека

резко возросло, что может привести к

серьезным последствиям для биосферы.

Кругооборот азота имеет свое

своеобразие. Известно, что в

атмосфере содержится 79% азота, но

сам азот как элемент очень инертен и

поэтому редко встречается в связанном

состоянии. Он входит в состав

аминокислот и белков. В биологический

круговорот азот атмосферы

вовлекается в основном благодаря

биологической фиксации

микроорганизмами (азотфиксация). В

атмосферу азот возвращается в

результате денитрификации, которая

осуществляется как при участии

бактерий, так и в ходе химических

реакций без участия организмов.

Важно, что никакой другой элемент

так не ограничивает ресурсы

питательных веществ в экосистемах,

как азот. Круговорот азота в

большинстве сообществ замкнутый,

лишь небольшие количества этого

элемента выносятся из наземных

сообществ со стоком (в масштабах

биосферы реки выносят в океан около

30 млн т азота в год).

Земная кора содержит много серы,

растения ее получают в основном в

виде сульфатов. Сера является

необходимым компонентом почти