1.7. Строение и свойства биосферы

Все экосистемы Земли являются подразделениями, составными частями единой гигантской экосистемы, охватывающей всю поверхность планеты – биосферы. Т.о. биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Термин «биосфера» впервые применил Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности. Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И.Вернадскому, т.к. именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической силе, преобразующей свою среду обитания. Большое влияние на В.И. Вернадского оказали работы В.В.Докучаева о почве как о естественно-историческом теле. Основы учения о биосфере, изложены В.И. Вернадским в 1926 г. в книге «Биосфера». Биосфера имеет определенные границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы в большой степени условны. Лимитирующими факторами развития жизни служат наличие капель воды, положительных температур и жесткое космическое излучение. На высоте 22-24 км от поверхности Земли наблюдается максимальная концентрация озона – озоновый экран, который отражает губительные для живых организмов космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи. Жизнь в океанах достигает их дна. Живые организмы встречаются даже на глубине более 11 км, где температура воды около 200 °С, но из-за высокого давления вода не кипит. Проникновение жизни в глубь литосферы ограничено высокими температурами земных недр и наличием жидкой влаги. Нижняя граница жизни по литосфере фактически не опускается глубже 3-4, максимум 6-7 км на суше, и не более 1-2 км ниже дна океана. По Вернадскому биосфера – оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. В.И. Вернадский рассматривал биосферу, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделял в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов вещества.

Живое вещество – живые организмы, населяющие нашу планету.

Косное вещество – неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанное с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения).

Биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: мел, мрамор, известняк, нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.).

Биокосное вещество – тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов.

Радиоактивное вещество – атомы радиоактивных элементов.

Рассеянные атомы – отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (атомы микро- и ультрамикроэлементов).

Вещество космического происхождения – вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса.

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы. Макроэлементы – H, O, C, N – в сумме составляют 99%, их называют основные. Ca, Cl, K, S, P, Mg, Na, Fe, Si – в сумме около 1-2%. Микроэлементы – Mn, Co, Zn, Cu, B, I. Их суммарное содержание в организме составляет порядка 0,1%. Ультрамикроэлементы – Au, Hg, Se и др. Их содержание в организме очень незначительно, а физиологическая роль большинства из них не раскрыта. Химические элементы, которые входят в состав живых организмом и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными.

Масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы. Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек – атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежные зоны). Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суше биомасса и количество видов увеличивается от полюсов к экватору.

Взгляды В.И. Вернадского на современный этап в развитии биосферы. Главная заслуга В.И. Вернадского состоит в том, что он первым обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора. В XX веке роль геологического фактора приобрела и деятельность человека. Этой особенности современного этапа в развитии биосферы В.И. Вернадский уделял большое внимание. Он подчеркивал, что воздействие человека на остальную биосферу чрезвычайно усилилось после появления науки. В.И. Вернадский считал научную мысль геологической силой и писал о ее действии: «1. Ход научного творчества является той силой, которой человек меняет биосферу, в которой он живет. 2. Это проявление изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли. 3. Это изменение биосферы происходит независимо от человеческой воли, стихийно, как природный естественный процесс. 4. Так как среда жизни есть организованная оболочка планеты — биосфера, то вхождение в нее, в ходе ее геологически длительного существования, нового фактора ее изменения — научной работы человечества — есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние — в ноосферу».

В. И. Вернадский рассматривает переход от биосферы к ноосфере («сфере разума») как естественный процесс, поскольку появление человека — результат эволюции биосферы, а появление науки — результат длительной эволюции человека. В то же время он уделяет в своих работах пристальное внимание социальной жизни человечества, ее влиянию на развитие науки и производства. Еще в 20-е годы В. И. Вернадский сумел увидеть или предугадать многие тенденции, усилившиеся в наши дни. Так, он предвидел возможные последствия уничтожения видового разнообразия, увеличения масштабов земледелия. Учение Вернадского о биосфере и о месте в ней человека — пример блестящего научного обобщения.