Глава 16. Биосфера и человек

Появление и эволюция жизни на нашей планете привели к формированию биосферы – части геологических оболочек Земли, населенных живыми организмами. Биосфера представляет единство живых организмов и неорганических составных частей, которое проявляется в биогенной миграции атомов осуществляется за счет энергии солнечного излучения. Термин «биосфера» был предложен австралийским ученым Э. Зюссом (1873). Несколько десятилетий спустя В.И. Вернадский создал учение о биосфере, показав, что живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мощной биогеохимической силой, влияющей на геологические процессы.

Биосфера объединяет все современные экосистемы Земли и представляет собой глобальную экологическую систему – экосферу. Биогеоценозы являются элементарными структурами биосферы. Биомасса и абиотические компоненты связаны сложными биогеохимическими процессами перераспределения энергии и вещества. В связи с этим границы биосферы и ее насыщенность организмами обусловливаются целым комплексом факторов. К общим условиям существования живых организмов относятся наличие жидкой воды, ряда химических биогенных элементов и поступление солнечной энергии в диапазоне температур от – 50 до +50 °С. Таким образом, границами биосферы являются пределы распространения живого на планете.

Среды обитания живого сосредоточены в литосфере (верхняя часть поверхности земной коры), в гидросфере (океаны, моря, реки, озера) и в нижних слоях атмосферы (тропосфере). Верхний предел жизни биосферы ограничен озоновым экраном на высоте 20 – 25 км, выше которого ультрафиолетовая часть солнечного спектра исключает существование жизни. Нижняя граница биосферы опускается до 3 км ниже поверхности суши и на 1 – 2 км ниже дна океана.

Человечество и его производство также являются частью биосферы. Влияние человека (антропогенный фактор), особенно в последнее время, – самое масштабное по сравнению со всеми известными природными факторами. Состояние биосферы, когда человечество своей деятельностью создает новую искусственную среду Земли, В.И. Вернадский назвал ноосферой.

16.2. Биомасса

Биомасса Земли составляет 0,1% массы земной коры и оценивается примерно в 2,4∙10¹² т: биомасса суши – 99,87%, Мирового океана – 0,13%. Это связано с меньшей эффективностью фотосинтеза (использование лучистой энергии Солнца на площади океана равно 0,04%, на суше – 0,1%).

Зеленые растения биомассы суши составляют 99%, животные и микроорганизмы – 1%. Биомасса на суше распределена неравномерно и увеличивается от полюсов к экватору, также в растает видовое разнообразие. Продуктивность различных экологических систем различна и зависит от ряда климатических факторов, в первую очередь от обеспеченности теплом и влагой. Наиболее продуктивны экосистемы тропических лесов, затем следуют обрабатываемые земли, степи и луга, пустыни, полярные зоны, а

Биомасса Мирового океана в 1000 раз меньше, чем на суше, хотя поверхность океана занимает 72,2% всей поверхности Земли. В океане, по-видимому, не существует безжизненных зон, однако берега материков и островов воды заселены значительно гуще и разнообразнее. Крупное промысловое рыболовство почти полностью сосредоточено на континентальном шельфе или вблизи него, особенно в районах поднятия глубинных холодных вод, богатых накопленными биогенными элементами.

Организмы, составляющие биомассу, благодаря громадной способности воспроизводства и распространения по планете осуществляют важнейшие биогеохимические функции:

- газовую (в процессе фотосинтеза выделяется О₂, при дыхании выделяется СО₂, бактерии восстанавливают N₂ и др.);

- концентрационную (накопление живыми существами химических элементов, рассеянных во внешней среде);

- окислительно-восстановительную (например, в процессе фотосинтеза происходит восстановление СО₂ до углеводов, а затем окисление их до СО₂ в процессе энергетического обмена),

- биохимическую (лежит в основе всех процессов, протекающих в организмах).

Обмен веществ, рост и размножение организмов обеспечивают биогенную миграцию атомов, обусловившую в процессе эволюции создание современной природной системы. За миллиарды лет растения поглотили громадное количество диоксида углерода и обогатили атмосферу кислородом, из которого образовался озоновый экран. Наличие защиты от ультрафиолетовых лучей позволило живому выйти из воды и распространиться на суше. Живые организмы оказывают исключительно глубокое воздействие на природные свойства биосферы и всей Земли. Известковые скелеты беспозвоночных образовали такие осадочные породы, как мел и известняк; каменный уголь и нефть возникли из растительных остатков. В значительной мере биогенный характер имеет почва. Она представляет продукт жизнедеятельности микроорганизмов, растений и животных в их взаимодействии с неорганической природой. Появление в процессе эволюции более сложно устроенных организмов, менее зависимых от изменений среды, а также на развитие относительно устойчивых экосистем привело к возрастанию скорости миграции энергии и веществ в сформировавшихся биогеоценозах.