5 Учение в.И. Вернадского о биосфере

сложная тонкая внешняя оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Она включает нижнюю часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (до глубины около 3 км).

На высшей ступени иерархии биосистем находится глобальная экосистема – биосфера – совокупность всех живых организмов и их экологической среды в пределах планеты.

Термин «биосфера» впервые применил австрийский геолог Э. Зюсс (1873), определяя им пространство органической жизни на Земле.

Выдающаяся роль в развитии учения о биосфере принадлежит русскому ученому В.И. Вернадскому. В своем классическом труде «Биосфера» (1926 г.) он по существу переоткрыл это понятие, придав ему смысл и статус глобальной системы, в которой все живые организмы так взаимодействуют между собой и с окружающей средой, что оказывают определяющее влияние на планетарные геохимические и энергетические превращения.

Биосфера – это часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Она представляет собой оболочку Земли, состоящую из атмосферы, гидросферы и верхней части литосферы, которые взаимно связаны сложными биохимическими циклами миграции вещества и энергии.

Выдающийся русский учёный В.И. Вернадский (1868-1945), один из создателей современного взгляда на биосферу, определил её как наружную оболочку Земли, область распространения жизни, основа которой - взаимодействие живого и косного вещества.

Согласно современным представлениям, биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. В очень сложной по составу, строению и организованности биосфере можно выделить сравнительно небольшое число основных компонентов:

живое вещество – это совокупность тел живых организмов, населяющих Землю вне зависимости от их систематической принадлежности. Общий вес живого вещества оценивается в 2400 млрд. т (в сухом виде). По определению В.И Вернадского, живое вещество является одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты;

биогенное вещество – это химические соединения, возникшие в результате жизнедеятельности организмов. При этом образующиеся химические соединения могут и не входить в состав тел организмов (каменный уголь, торф, гумус, мел, известняк, нефть и т. д.);

косное вещество – это вещество, которое образуется без участия живого вещества (горные породы земной коры неорганического происхождения, вода, компоненты воздуха);

биокосное вещество – это продукты переработки горных и осадочных пород организмами;

вещество космического происхождения.

Биосфера в главных своих чертах может быть охарактеризована по отдельным оболочкам, которые она охватывает: нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы.

Принято считать границами биосферы такие максимальные высоты или глубины, где жизнь существует как система, то есть условия, в которых живые организмы осуществляют все процессы жизнедеятельности. Следовательно, ни траектории полетов искусственных спутников с человеком на борту, ни максимальные высоты, на которых находятся споры бактерий, не могут служить границами биосферы (ведь без специальных средств защиты жизнедеятельность человека там невозможна).

Считается, что верхней границей биосферы в атмосфере является высота максимальных залетов птиц и горных вершин, на которую проникают животные и растения, а это — в пределах 10 км. В литосфере жизнедеятельные колонии бактерий пока были найдены на глубинах 8—10 км (при бурении сверхглубоких скважин в Тюменской области и на Кольском полуострове). Вполне возможно, что колонии бактерий будут обнаружены и на больших глубинах. Ограничивающим фактором для проникновения живых орг¬низмовв глубь литосферы является не кислород (есть организмы-анаэробы), и не температура (в кратерах подводных вулканов найдены организмы, обитающие при температуре до -t-300°C), а соленость раствора, которая с глубиной достигает 350 промилле (350 г соли на литр воды). Известно, что соленость морской воды составляет всего 35 промилле, а в окраинных морях и того меньше. В растворах с такой концентрацией соли в клетках живых организмов наступает плазмолиз.

В гидросфере жизнь проникает на всю ее глубину. Даже на дне Марианской впадины в Тихом океане (глубина 11 024 м) существуют живые организмы.

Несмотря на эволюцию в течение миллионов лет, возможность обитания организмов ограничена довольно узким диапазоном температурных колебаний, солевого режима, газового состава. Это и обусловило довольно ограниченные параметры биосферы, что должен учитывать человек, если он хочет сохранить целостность биосферы как системы. Имея в своих руках сильнейшие средства изменения условий жизни (лазеры, атомные и водородные бомбы и другие средства массового уничтожения жизни, мощную технику), очень легко разрушить такую сложную, но чрезвычайно чувствительную систему, как биосфера, в которой обитает и сам человек.

Энергетическая функция живого вещества заключается в трансформации более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, от Солнца. Преимущественно эта энергия идет на химические и физические процессы в гидросфере, литосфере и атмосфере. На Земле существует только один процесс, когда энергия Солнца связывается и запасается (иногда на довольно продолжительное время) в виде энергии органических соединений. Это фотосинтез. Сжигая уголь, мы используем солнечную энергию, которую запасли растения сотни миллионов лет назад. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, которые образовались в палеозое, мезозое и кайнозое.

Редуцентная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности огромного количества гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит работа по разложению органических остатков. Органические соединения разлагаются до углекислого газа, аммиака, воды, а в анаэробных условиях — еще и к водорода и углеводов. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Так осуществляется круговорот веществ в природе. Кроме того, в почве часть веществ ароматической природы, которые высвобождаются, под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, опять сконденсируется с образованием сложного комплекса соединений — почвенного гумуса. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой плодородия почвы.

Газовая функция живого вещества связана с тем, что многие газов планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами жизнедеятельности живых существ. Так, кислород в атмосфере, на долю которого приходится 21%, выделяется в результате фотосинтеза зелеными растениями. Накопление кислорода в атмосфере началось еще с докембрия. До наступления палеозоя содержание его, по некоторым данным, не превышает 10% современного. Весь имеющийся свободный кислород в атмосфере оценивается в 1,6 • 1016 г, зеленые растения могут воспроизвести его за 10 000 лет (Н. М. Чернова, А. М. Билова, 1986). В верхних слоях тропосферы под действием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также является следствием деятельности живого вещества, которое, по выражению В. И. Вернадского, «словно сама создает себе сферу жизни».

Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности микроорганизмов в биосфере осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). К таким микроорганизмов относятся денитрифицирующие и сульфатредукуючи бактерии, которые восстанавливают из окисленных форм азот до металлов и серу из сероводорода. Микроорганизмы-окислители могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, которые окисляют сероводород и серу, нитро — и нитрофикуючи микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующих эти металлы в своих клетках.

Концентрационная функция заключается в том, что многочисленные организмы наделены способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на кое слишком ничтожен содержание их в окружающей среде. Организмы могут концентрировать в себе кальций, кремний, натрий, аммоний, йод и т.д. Отмирая, они образуют сочетание этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы, фосфориты, осадочная железная руда и др. Многие из них человек использует как полезные ископаемые