Биосфера — оболочка Земли, населенная живыми организмами. Включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Основоположником учения о биосфере является В.И. Вернадский. Он подчеркивал, что биосфера — результат сложнейшего механизма геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. Живое вещество биосферы — совокупность всех ее живых организмов. Высшую стадию развития биосферы Вернадский назвал ноосферой, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития жизни. Основа стабильности биосферы -биологическое разнообразие всего живого на Земле — от генов до экосистем.
Понятие и определение биосферы. Структура биосферы
Сложный природный процесс, протекавший и протекающий на Земле, непосредственно связан с взаимодействием трех оболочек планеты: литосферы, гидросферы и атмосферы. Именно эти оболочки и являются той сферой, той областью, где существуют живые организмы. Область существования живых организмов на Земле называется биосферой.
Впервые вплотную к понятию «биосфера» подошел французский естествоиспытатель Ж.Б. Ламарк в XVIII в. Выводы, сделанные им, позволяют говорить о том, что они содержат в себе зачатки понятия о биосфере. Работы Ламарка положили начало представлениям о существовании на нашей планете определенного пространства, заселенного живыми существами. Причем подчеркивалось, что это пространство организовано именно жизнедеятельностью организмов.
Австрийский геолог Э.-Ф. Зюсс в 1875 г. ввел в науку понятие и определение биосферы. Он писал: «В области взаимодействия верхних сфер и литосферы и на поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу. Она простирается теперь как над сухой, так и над влажной поверхностью, но ясно, что раньше она была ограничена только гидросферой».
(от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, населенная живыми организмами, область обитания живых организмов планеты. Именно живые организмы сформировали отложения известняков, залежи угля и нефти, накопили свободный кислород в атмосфере.
Структура биосферы
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, которые в совокупности составляют живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли — область системного взаимодействия живого и косного вещества.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана (рис. 1).
Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры. Нижнюю границу биосферы на материках условно проводят по изотерме 100 °С. При более высокой температуре большинство бактерий существовать не может. В Европе эта изотерма находится на глубине 10-15 км, в молодых альпийских прогибах она поднимается до 1,5-2 км. Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км.
Предел протяженности биосферы — 39-40 км. Однако жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров. По сравнению с диаметром Земли (13 000 км) биосфера — это тонкая пленка на ее поверхности.
Что касается границы биосферы в морях и океанах, то английский натуралист Э. Форбс в 1841 г. по результатам своих наблюдений в Средиземном море категорически заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако уже спустя 20 лет с глубины 2160 м с затонувшего судна был поднят кабель: он оказался весь усеян кораллами, устрицами, двустворчатыми и брюхоногими моллюсками, яйцами кальмаров.
23 января 1960 г. исследователи-океанологи Ж. Пикар и Д. Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана. На глубине 10 525 м они разглядели рыбу и креветку. Так было доказано существование живых организмов в самых глубоких местах океана. Следует только отметить, что плотность организмов в океане крайне неравномерна. Примерно 5/6 его обитателей предпочитают верхние, освещаемые солнцем слои. По мере спуска на глубину количество видов резко уменьшается.
Относительно верхней границы существования жизни следует заметить, что ученые обычно проводят ее на высоте 20-25 км, где находится спасительный для всего живого озоновый экран. Здесь та же ситуация с расселением организмов, что и в океане, только наоборот. Уже на высоте 8-9 км низкие температуры сильно ограничивают существование животных и растений.
Рис. 1. Общая структура оболочек Земли, формирующих биосферу
Биосферу населяют около 2-2,5 млн видов живых существ. Особое место отводится растениям — производителям органического вещества. Их общий сухой вес (вес фитомассы) оценивается примерно в 2,42 х 10 12 т. Это составляет 99 % всего живого вещества на планете. Оставшийся 1 % приходится на гетеротрофные организмы.
Ноосфера
Впервые термин «ноосфера» (буквально — сфера разума) использовал в 1927 г. французский исследователь Э. Леруа. В. И. Вернадский начал разрабатывать и высказывать основные идеи учения о ноосфере в начале XX в. Уже тогда им были осмыслены возможности человеческого разума в глобальном преобразовании мира, перспективы влияния человека на природу, необходимость скорейшей гармонизации их взаимоотношений.
Вернадский представлял биосферу как геологическое тело, строение и функции которого определяются особенностями Земли (планеты Солнечной системы) и космоса. Живые организмы, популяции, виды и все живое вещество — это формы, уровни и организации биосферы. Человека он рассматривал как закономерное звено эволюции живого в направлении его «интеллектуализации» и как новую разумную силу, творящую особую ситуацию эволюции биосферы — стадию ноосферы.
Ноосфера означает новое состояние биосферы и всей планеты в целом, при котором сознательная активность человека, человеческого разума становится не только решающим фактором эволюции биосферы, но и важным условием ее сохранения.
Ноосфера — это сфера разумной активности людей по преобразованию окружающей среды. При этом общество выходит на уровень сознательного регулирования развития промышленности, адекватного вмешательства в природные процессы. В состоянии ноосферы потребности общества должны стать соизмеримы с возможностями гео- и биосферы. Расширение ноосферы будет означать наступление ноогенного периода в истории взаимодействия общества и природы.
Биосфера – сложная по составу, строению и организованности оболочка. В.И. Вернадский выделил следующие компоненты биосферы:
Живые организмы (живое вещество);
Биогенные компоненты (геологические породы, созданные деятельностью живого вещества: уголь, нефть, известняки и др.);
Костное вещество (в его образовании живое не учавствует: геологические породы вулканического и сейсмического происхождения);
Биокостное вещество (создаётся с помощью живых организмов: океанические воды, почва) вещества;
Вещества космического происхождения (метеоритное вещество).
Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер, которые существовали столько же, сколько существует Земля. Фундаментальным отличием живого вещества от косного является эволюционный процесс, непрерывно создающий новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара.
Таким образом, биосфера , по В.И.Вернадскому, - это одна из геологических оболочек земного шара, глобальная экосистема Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов - живого вещества.
Биосфера включает в себя все живые организмы, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли и обитающие в гидросфере (на глубине до 8-10 км), атмосфере (на высоте до 85 км, наибольшее скопление – до 10-15 км), и литосфере (от десятков метров до глубины, где температура не превышает 100 0 С – в молодых складчатых областях – 1,5-2 км, на кристаллических щитах – до 7-8 км, в среднем – до 3–3,5 км). Распределение организмов в биосфере приведено на рис. 3.1.
Верхняя граница биосферы, по Вернадскому, является лучистой (лимитируется прямым ультрафиолетовым излучением), а нижняя – термическая (лимитируется температурой). Таким образом, общая толщина оболочки биосферы составляет несколько десятков километров. Структура биосферы и её окружения приведена на рис. 3.2.
Приблизительная масса биосферы составляет 3*10 24 г, а объём – 10*10 24 см 3 , в том числе литосферы – 0,6*10 24 см 3 , гидросферы – 1,4*10 24 см 3 и тропосферы – 8*10 24 см 3 (приблизительная масса тропосферы – 0,004*10 24 г, гидросферы – 1,4*10 24 г, а литосферы толщиной 3 км на суше и под дном океана 0,5 км – масса 1,6*10 24 г). Приблизительная масса биосферы составляет 0,05% массы Земли, объём – 0,4 % объёма Земли. Масса живого вещества едва достигает (3…5)*10 -8 % массы Земли и близко (0,7-1,0)*10 -8 % массы биосферы.
Живое вещество, в том числе и человечество, изменяет историю всех химических элементов, выступает как глубокий и мощный геологический процесс. В течение сравнительно незначительного в историческом отношении времени через живые организмы может пройти всё вещество биосферы. Так весь кислород планеты – продукт фотосинтеза, обновляется каждые 2000 лет, а все молекулы углекислоты – через каждые 300-600 лет. В.И. Вернадский выделил 5 функций живого вещества: газовая (порождение газов), концентрационная (накопление химических элементов в своих телах), окислительно-восстановительная (регулирование кислотного режима), биохимическая (размножение и перемещение в пространстве); биогеохимическая деятельность человечества (использование человеком химических элементов для своих нужд).
Впервые понятие “биосфера ” (греч. bios – жизнь, spaira – шар) введено в биологию французским натуралистом Ж.-Б. Ламарком в нач. 19 века, а затем в геологию австрийским ученым Э. Зюсссом. Заслуга в разработке стройного целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому (1863-1945).
По В.И. Вернадскому, биосфера – это целостная оболочка Земли, заселенная жизнью и качественно преобразованная ею .
Вернадский выделил в ней три главных компонента :
1 . живое вещество – совокупность всех живых организмов;
2 . биокосное вещество – минеральные вещества, включенные живым веществом в биогенный круговорот;
3. косное вещество – продукты жизнедеятельности живого вещества, не участвующие временно в биогеном круговороте;
4 . биогенное вещество .
Состав, структура и энергетика современной биосферы существенно обусловлены не только настоящей, но и прошлой деятельностью живых организмов. Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Неорганическая среда биосферы подразделяется на атмосферу, гидросферу и литосферу. В них выделяют пределы жизни, т.е. границы биосферы : нижняя часть атмосферы (тропосфера и нижние слои стратосферы до 25 км в высоту), верхняя часть литосферы или педосфера (до 15 км в глубину) и вся толща гидросферы (до 10 км в глубину). Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры - в почве. Вернадский характеризовал почву как биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных тел .
Живое вещество, его функции.
В пределах биосферы выделяется “пленка жизни” – особая оболочка Земли, где сконцентрировано живое вещество . Она располагается на границе поверхностного слоя земной коры (почвы) и атмосферы и в верхней части гидросферы.
Масса живого вещества невелика – около 0,01 % от массы всей биосферы, однако оно является ее основой и играет важнейшую геохимическую роль в планетарном масштабе.
Живое вещество (по Вернадскому) – это совокупность существующих или существовавших живых организмов, выраженная через массу, энергию и химический состав и являющаяся мощным геологическим фактором. Т.е. современная биосфера – это результат активной химической и геологической деятельности живого вещества.
Выделяют семь основных функций живого вещества:
1) энергетическая – связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием;
2) газовая – обусловливает миграцию газов, их превращение и обеспечение газового состава атмосферы (О 2 , СО 2 , N 2 , H 2 S, CH 4 - биогенного происхождения);
3) концентрационная – способность организмов к накоплению в своем теле химических элементов, как результат – залежи полезных ископаемых;
4) окислительно-восстановительная – заключается в химическом превращении веществ, интенсификации окислительно-восстановительных реакций под влиянием живого вещества;
5) деструкционная – процессы, связанные с разложением организмов после смерти, их минерализация, т.е. превращение живого вещества в косное;
6) рассеивающая – проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов (рассеивание энергии, вещества в пространстве);
7) информационная – заключается в накоплении информации живыми организмами и их сообществами, закрепление ее в наследственных структурах и передача новым поколениям.
Основные свойства биосферы как целостной системы:
1. Биосфера – централизованная система , т.е. центральным ее звеном выступает живое вещество.
2. Биосфера – открытая система. Существование ее немыслимо без поступления энергии извне, в основном, это энергия Солнца + энергия внутреннего тепла Земли.
3. Важное свойство биосферы и необходимое условие ее существования – биогенный круговорот вещества и энергии. Именно за счет круговорота энергии и вещества обусловлено неограниченно длительное существование и постоянное развитие жизни на Земле.
4. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием . Это обуславливается за счет разных сред жизни, разнообразия природных зон, природных условий, видового многообразия. Т.е. разнообразие – основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом (закон Эшби ).
5. Биосфера – саморегулирующаяся система, обладающая гомеостазом, т.е. способностью равновесие в системе, возвращаться в исходное состояние путем включения компенсаторных механизмов.
Вывод. Стабильноть и устойчивость биосферы и экосистем возможна при выполнении условий для сохранения видового разнообразия, многообразия трофических цепей, механизмов гомеостаза, которые решаются на самых различных уровнях - от глобального до локального.
Основными компонентами биосферы являются: живое, косное, биокосное и биогенное вещества.
Живое вещество — важнейший компонент биосферы.
Живое вещество — совокупность всех живых организмов на Земле с их способностью к размножению и распространению на планете, к борьбе за пищу, воду, территорию, воздух.
На живое вещество (по массе) приходится ничтожная доля по сравнению с массой Земли. Для живого вещества характерны рост, активное перемещение, стремление заполнить все окружающее пространство. Кроме того, живому веществу присущи удивительное разнообразие форм, размеров и химического состава и, конечно же, эволюция.
Косное вещество представлено минералами (алмаз, изумруд, кварц) и горными породами (гранит, мрамор). Их образование происходило и происходит без участия живого вещества. Эти процессы связаны, например, с выветриванием горных пород, их механическим разрушением, извержениями вулканов. Между косным и живым веществами существует неразрывная взаимосвязь. Например, она осуществляется в процессе дыхания живого вещества. При этом происходит перемещение атомов из косных компонентов биосферы в живые и обратно. По массе косное вещество биосферы многократно превосходит массу живого вещества.
Биокосное вещество является особым веществом биосферы. Оно представлено почвой, всеми природными водами, корой выветривания. Данное вещество является результатом непрерывного взаимодействия живого вещества с косным.
Проявлением деятельности живого вещества по преобразованию земной коры является его участие в создании осадочных пород органического происхождения (каменный уголь, различные руды, известняки, нефть). Результат этой работы был назван В. И. Вернадским биогенным веществом биосферы. Биогенное вещество происходит от живого вещества в результате его жизнедеятельности или отмирания. Так на планете Земля создавались залежи многих полезных ископаемых: торфа, нефти, угля и др.
Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы
Биомасса представляет собой общую массу животных, растений и микроорганизмов, присутствующих в биосфере. Полная биологическая масса Земли оценивается приблизительно в 2420 млрд т. Биомассы живого вещества (зеленых растений, животных и микроорганизмов) на суше материков и в Мировом океане существенно различаются:
Как видно из таблицы, наибольшая масса живых организмов биосферы сосредоточена на материках (более 98,7 %). Вклад океанической части в общую биомассу невелик (около 0,13 %). На суше значительно преобладает живое вещество растений (более 99 %), в океане — животных (более 93 %). В то же время при сравнении их абсолютных значений: 2400 млрд т растений и 3 млрд т животных — видно, что живое вещество на планете в подавляющем большинстве представлено наземными зелеными растениями. Биомасса гетеротрофных организмов составляет всего около 1 %.
Биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору. Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентрирована в тропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы.
Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Биомасса в нем распространена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части планктоном. Биомасса наземных растений в 1000 раз превосходит общую массу океанических живых организмов. В то же время именно Мировой океан считается самой продуктивной средой по созданию биомассы. Это связано с интенсивными темпами размножения микроскопических представителей фито- и зоопланктона, их быстрым ростом и короткой продолжительностью жизни. Поэтому общий объем первичной годовой продукции, образуемой продуцентами Мирового океана, сопоставим с объемом продукции растений суши.
Почва как среда обитания характеризуется собственной биомассой, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью многих организмов. Биомасса почвы — совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе ее формирования. В почве много микроорганизмов, протистов, червей, разлагающих органическое вещество. В поверхностных слоях живут зеленые водоросли и цианобактерии, снабжающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Кроме того, в почве обитают муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и др. Все они ведут большую почвообразовательную работу, создавая плодородие почвы, а после гибели становятся источником органического вещества для бактерий. Биомасса почвы, подобно растительной биомассе, имеет тенденцию к увеличению от полюсов к экватору.
Биогеохимические функции живого вещества
Выделяют следующие важнейшие функции живого вещества на планете: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.
Энергетическая функция . Энергия является необходимым условием существования и развития биосферы. Энергетическая функция реализуется, прежде всего, зелеными растениями. Главным поставщиком энергии в биосферу является Солнце. Как вы уже знаете, растения в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в химических связях разнообразных органических соединений. После этого растительные организмы перераспределяют ее между всеми компонентами биосферы. Отметим, что из всей поступающей в биосферу солнечной энергии только около 1 % используется продуцентами для фотосинтеза и далее передается потребителям в составе органического вещества. Остальное поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в протекающих в биосфере физических и химических процессах, например: движение воздушных масс, выветривание горных пород и др.
Газовая функция заключается в постоянно протекающем газообмене кислорода и углекислого газа между живыми организмами и окружающей средой в процессе фотосинтеза и дыхания. Такие газы, как азот, сероводород, метан, также могут являться продуктами жизнедеятельности живых организмов и иметь биогенное происхождение. Благодаря живым организмам в атмосфере нашей планеты поддерживается постоянство газового состава.
Окислительно-восстановительная функция заключается в многообразии химических реакций, протекающих в организме в процессе его жизнедеятельности. Она обусловлена наличием в составе живых организмов химических элементов с переменной степенью окисления (марганец, железо, хром). Благодаря им и обеспечивается многообразие протекающих в организме окислительновосстановительных процессов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. А в процессе окисления и расщепления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции с выделением энергии. Таким образом, жизнь в биосфере представляет собой непрерывный синтез и распад органических веществ, которые объединяют все живые организмы на Земле.
Концентрационная функция — избирательное накопление живым веществом химических элементов, рассеянных в окружающей среде. Например, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных, раковины моллюсков — все это проявления концентрационной функции живого вещества. Образование биогенного вещества биосферы в виде залежей полезных ископаемых также является результатом концентрационной функции живого вещества.
Основными компонентами биосферы являются: живое, косное, биокосное и биогенное вещества. Наибольшая масса живых организмов сосредоточена на материках, причем биомасса продуцентов суши значительно преобладает. В океанической части биосферы консументы по биомассе превышают продуцентов. Живые организмы планеты в процессе жизнедеятельности выполняют энергетическую, газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную функции.
Планета Земля сочетает в себе уникальные компоненты, которые позволили когда-то зародиться и с тех пор получить широкое распространение и разнообразие жизни. В пределах нашей Солнечной системы больше ни на одной планете пока существования такого количества биомассы во всем ее сложном и многогранном проявлении не обнаружено. Это лишний раз подтверждает то, насколько необычна, прекрасна и уникальна наша Земля. Такими качествами ее наделяет оболочка - биосфера. Ее и рассмотрим более подробно в данной статье.
Понятие о биосфере
В общем понимании данным термином принято обозначать все многообразие живых существ на нашей планете и продуктов, ими производимых. Однако структура биосферы строго разграничена, она имеет свои составляющие компоненты, пределы и выполняет определенные функции.
Дословно перевести термин можно как "сфера жизни". Это точно отражает суть. Вообще биосфера, ее структура и функции являются предметом изучения уже не одного поколения ученых. Но целостную теорию, учение сумел создать только В. И. Вернадский, который и определил данное понятие как совокупность всех существующих экосистем и продуктов их переработки.
История термина
Самым первым ученым, высказавшим мысль о том, что живые существа взаимодействуют друг с другом, вырабатывают продукты и тем самым оказывают влияние на окружающую среду и планету в целом, стал Жан Батист Ламарк. Еще в XVIII веке он указал на то, что биомасса принимает активное участие в формировании земной коры.
После него многие ученые, естествоиспытатели занимались изучением этого вопроса и подтверждали данное высказывание. Так, например, понятие биосферы, ее структура были описаны Эдуардом Зюссом в XIX веке. Однако многих фактов им учтено не было, поэтому целостной картины не получилось.
А вот наш русский ученый В. И. Вернадский и француз Тейяр де Шарден сумели создать настоящее объемное учение, давшее полную характеристику данного понятия, пояснившее, что такое биосфера, ее структура и границы. Основополагающую роль сыграл все же Вернадский.
Структура биосферы
К основным элементам, составляющим суть оболочки Земли, можно отнести разные типы веществ, находящиеся в ней. Вернадским выделяется горизонтальная и вертикальная структура биосферы. Первая включает в себя охват живыми существами всех возможных оболочек Земли. Можно рассмотреть структуру горизонтальной биосферы следующим образом:
- Верхняя граница - нижний слой атмосферы (озоновый). От поверхности Земли приблизительно 10 километров. Выше ни один организм не жизнеспособен, так как действуют строгие ограничивающие пределы по концентрации кислорода и ультрафиолетового излучения. На подобной высоте способны к развитию и жизни только споры грибов и бактерий, попадающие туда из литосферы, гидросферы и так далее.
- Нижняя граница - различна для литосферы и гидросферы. Почва (литосфера) может быть заселена представителями живой природы до глубины 7,5 км. Здесь встречаются такие организмы, как бактерии, споры грибов, простейшие. Лимитирующими факторами выступают давление, отсутствие кислорода и света, ограничение содержания воды.
- Состав и структура биосферы также включает в себя гидросферу, причем до глубины 11 км. Все слои имеют важное значение, так как густо заселены живыми существами.
Типы обитателей водной оболочки
Гидросфера - это структура биосферы, которая включает в себя абсолютно все водные источники: океаны, моря, реки, озера, болота и так далее. Организмы по месту распределения в водной среде делятся на:
- планктонные - заселяют поверхностные воды, движение осуществляется без затрат энергии током воды;
- нектон - срединная часть водоемов;
- бентосная часть - ее составляют те существа, которые живут на дне и зарываются в ил.
Структура биосферы, по Вернадскому, в нижней части земной коры ограничивается следами так называемых былых биосфер. Это ископаемые остатки, накопленные в массе, и сформировавшие горные и осадочные породы.
Живое вещество
Владимир Иванович Вернадский выделял несколько типов вещества, составляющего общую массу биосферы в целом. В первую очередь это живое вещество. Оно складывается из всей биомассы. То есть к данной группе можно отнести представителя абсолютно любого царства живой природы, в том числе и вирусы.
Элементарной структурой биосферы является биоценоз, который также включается в состав живого вещества. Человек и вся его деятельность, которая направлена на взаимосвязь с животными, растениями, микроорганизмами, также является частью живого вещества.
Эволюция и структура биосферы складываются таким образом, что распределение биомассы на планете неравномерно. Главная подавляющая часть живых существ находится в верхнем слое почвы, наземной среде жизни и приповерхностном океанском слое. Глубины гидро- и литосферы остаются малозаселенными местами.
Живое вещество, количество которого отражает структура биосферы, кратко можно распределить по массе следующим образом:
- Подавляющее большинство приходится на беспозвоночных животных, простейших и микроорганизмы.
- Второе место по распространенности занимают растения.
- Высшие позвоночные животные - самая малочисленная группа.
- Человек и вся его деятельность занимает особое положение в составе живого вещества биосферы.
При таком распределении продукция биомассы тем не менее разными группами вырабатывается в неодинаковом количестве. Так, основную часть необходимых веществ дают растения (около 92%). Меньше всего полезной продукции приносят беспозвоночные, хотя по численности и стоят на первом месте.
Вернадский отмечал, что биоценозы - это важная структурная часть биосферы, а все процессы, происходящие внутри них, - определяющие в живой природе и эволюции. Глядя на количественное распределение биомассы, становится очевидным, что преобладают несовершенные виды, те, которые находятся на более низкой ступени эволюции, более просто организованные и лучше всего приспособленные.
В целом же живое вещество биосферы играет определенную роль, которую можно выразить несколькими пунктами.
Функции живого вещества
Постоянная циркуляция атомов, молекул, соединений между элементами живой и неживой природы - это одна из основополагающих характеристик биосферы в целом. Преобразование энергии, сохранение постоянства состава, геологические новшества и преобразования - все это делается биомассой и в итоге является необходимым условием существования и формирования биосферы. Конкретно биомасса выполняет также и ряд других важных функций.
- Функция газообмена. Структура биосферы затрагивает достаточно значительную часть атмосферы. А она, в свою очередь, формируется под влиянием количества углекислого газа и кислорода. Известно, что газ, поддерживающий жизнь, вырабатывают для всех живых существ, в том числе и для себя, зеленые друзья нашей планеты - растения. Остальные живые организмы являются лишь потребителями и продуцентами углекислого газа. Тем не менее совместно биомасса оказывает значительное влияние на изменение компонентного состава атмосферного воздуха, то есть осуществляет газовую функцию.
- Концентрационная роль биомассы. Заключается в накоплении тех или иных соединений, атомов и молекул и передаче их в виде продуктов жизнедеятельности или после отмирания в неживую среду.
- Биохимическая функция. Современная наука в структуре биосферы важное место уделяет роли ноосферы. И она тесно связана с биохимическими преобразованиями, происходящими внутри живых организмов. Сам Вернадский определял ее как сферу разума и человеческих возможностей при действии на живую природу, ее состав и функционирование. То, что человек имеет возможность вмешиваться практически во все биохимические преобразования в живых системах, может управлять ими, подстраивать под себя и получать от этого выгоду, есть высшее достижение разума человека. Это и включают в себя ноосфера, а также любые механические, технические, генетические и мутагенетические воздействия, которые способны оказать люди на живой мир. Особое место ученый отводил способности людей охранять и оберегать живое, находить выходы из сложных ситуаций исчезновения и загрязнения окружающей среды.
Энергетическая, или окислительно-восстановительная функция
Основные продуценты энергии - это растения. Ведь именно они в процессе фотосинтеза способны поглощать солнечную энергию и переводить ее в другую форму, удобоваримую для остальных живых организмов - химические связи в соединениях запасного питательного вещества.
Далее для преобразования энергии подключаются животные, начинают работать экологические цепи питания, пирамиды. Итогом является накопление в геологических породах таких полезных ископаемых, богатых энергией химических соединений, как нефть, газ, уголь, торф и другие. Также часть энергии рассеивается в окружающую среду, создавая определенный атмосферный фон. Определение и структура биосферы сводятся к тому, что именно эта функция является наиболее значимой и важной.
Косное вещество
Еще один элемент, которым характеризуются биосфера, ее структура и функции, - это косное вещество. К такому относятся все соединения, предметы, материалы и так далее, в создании которых не принимали участие живые организмы. Типичным примером могут служить:
- вулканические извержения (магма и ее продукты);
- движения подземных плит и образуемые в результате вещества;
- метеориты и другие космические находки на поверхности Земли.
В совокупности с живыми существами косное влияет на то, как формируется структура биосферы.
Биокосное вещество
К такому продукту следует относить совместный гармоничный результат производства живого и косного вещества. Например, почва, верхний плодородный слой земли, и более глубокие подпочвенные слои. Почва является средой жизни для огромного количества живых существ, но при этом в ее формировании принимают участие и горные породы, и тектонические движения плит, метеоритные остатки, химические соединения и другие компоненты.
Также к таким веществам можно отнести и воду, атмосферу, кору выветривания. Термин "биокосное вещество" ввел в обиход сам Вернадский в 1926 году. Сегодня создано много моделей, на которых отражена структура биосферы. Картинки на эту тему широко распространены.
Неживое биогенное вещество
По названию становится понятно, что в формировании данного материала принимали участие живые организмы, однако впоследствии он стал неживым. К таким биогенным веществам относятся:
- нефть;
- уголь;
- торф;
- сапропель;
- различные руды;
- мел и известняк и другие.
Таким образом, функциональная структура биосферы представлена не только оболочками планеты, но и основными типами веществ в пределах Земли.
Эволюция биосферы по Вернадскому
Конечно, рассмотрена нами структура биосферы кратко. Например, у Вернадского на описание основных ключевых моментов ушел не один год. Поэтому мы рассмотрели только общие черты.
Стоит еще заметить, что эволюционное развитие и формирование биосферы Вернадский описывал как процесс, длящийся с самого возникновения жизни на Земле. Поэтому и возраст ее такой же, как и геологический возраст нашей планеты.
