Строение биосферы.

(В порядке обсуждения по Н.Ф. Реймерсу, 1994).

«Общеизвестно, что жизнь сосредоточена в трех традиционно выделяемых геосферах: в атмосфере, в гидросфере, а также на и в литосфере (ее верхних слоях). Соответственно подразделение биосферы – аэробиосфера (населенная аэробионтами), гидробиосфера (с гидробионтами) и геобиосфера (ее населяют геобионты). Обращает на себя внимание тот факт, что жизнь не только сосредоточена на земной поверхности, но имеется и внутри земной тверди, хотя бы в подземных водах.

Аэробиосфера

Аэробиосфера – приземный слой атмосферы, в котором постоянно присутствуют живые организмы, и где они при наличии подходящих субстратов способны нормально жить и размножаться. Функциональное сложение аэробиосферы недостаточно ясно. Нет уверенности в том, что в ней формируются экосистемы, в собственном смысле слова, обладающие самостоятельным круговоротом вещества.

Продвигаясь вверх от поверхности Земли, обнаруживаем весьма разреженную жизнь аэробиосферы, где в нижнем слое тропобиосферы (первые километры от уровня океана) она представлена не только микроорганизмами и вирусами, главным образом живущими в капельках атмосферной влаги, но и довольно многочисленными представителями животного и растительного миров …

Над тропобиосферой вне слоя положительных температур лежит относительно тонкий слой альтобиосферы (от лат. altus – высокий). Здесь жизнь возможна лишь благодаря прямой солнечной инсоляции, тогда как температура среды не поднимается выше 0⁰ С.

Над альтобиосферой (выше слоя наибольшей плотности озона) расположен слой случайного заноса организмов и их спор, не способных к активному метаболизму. Дж. Хатчисон назвал этот слой парабиосферой.

Гидробиосфера

Гидробиосфера – часть биосферы в пределах гидросферы. Гидробиосфера намного лучше изучена и явно распадается на два системных образования – океаническое и континентальных водоемов – океанобиосферу и аквабиосферу. Оба эти образования имеют сложную структуру .... логично выделить освещённую часть – фотосферу, слой слабого освещения – дисфотосферу и лишенную света афотосферу.

Фотосфера – экологическая зона гидросферы, область с достаточным для фотосинтеза солнечным освещением, глубиной до 200 метров.

Геобиосфера

Геобиосфера – наземная (в пределах суши) часть биосферы. То же, что и террабиосфера плюс литобиосфера (рис. 1.1).

Террабиосфера. Биогеоценотический покров

Фитосфера (фитогеосфера) – поверхностный слой над сушей Земли (до 140 м), а также почва (с педобионтами) и подпочва, где условия среды в значительной мере определяются зелёной растительностью.

Наиболее продуктивный слой на суше (фитосфера) вместе с освещёнными слоями гидросферы (её фотосферой) соответствуют предложенному В.И. Вернадским понятию «область сгущения жизни» или «активная плёнка жизни».

Фитосфера не исчерпывает той биосферной структуры, которая системно образовалась на поверхности суши – террабиосферы (с террабионтами). В последнюю входит и «чисто» гетеротрофная эоловая зона высокогорий, существующая за счёт привноса органики извне, с меньших высот. Фитосфера и эоловая зона составляют биогеоценотический покров, по В.Н. Сукачеву.

Литобиосфера

Жизнь не ограничена поверхностью суши. Она проявляется, хотя и не столь явно, как на поверхности, в глубинах литосферы и особенно в подземных водах. Существует немало видов, особенно животных, обитающих только в подземных водах – стигобионтов или троглобионтов. Они населяют пещерные водоемы и пластовые воды. Часть этих организмов проникли в пещеры и там приспособились к новым условиям существования или живут как под землей, так и в поверхностных водах.

Рис. 1.1. Иерархия экосистем геобиосферы (по Н.Ф. Реймерсу, 1994, фрагмент).

Другая часть, как считается, представляет собой осколки древних биот, сохранившихся только в подземных водах и исчезнувших на поверхности планеты. Биоценозы их очень разрежены, но хемосинтезирующие бактерии достаточно обычны. В жизни подземных существ нет никаких ритмов. Они растут, размножаются, бывают активны круглогодично. Литобиосфера (с литобионтами) действительно особый мир жизни.

Слой разреженной жизни под педосферой … можно назвать гипотеррабиосферой (от греч. hypo – внизу, под).

Жизнь в глубинных слоях литосферы (глубже ~ 1 – 2 км, ниже кислородной границы) можно обозначить термином теллуробиосфера (от лат. telluris – земля). … Раздел между гипотеррабиосферой и теллуробиосферой лежит на кислородной границе, ниже которой подземные воды не содержат свободного кислорода, поэтому не населены организмами-аэробами.

Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубины 10,5 км, так что теоретически там могут существовать и организмы. Глубже 25 км, по оценкам, должна существовать критическая температура в 460 ⁰С, при которой при любом давлении вода превращается в пар и жизнь невозможна – это область абиосферы» [11].

Предложенная Н.Ф. Реймерсом схема строения биосферы и многие термины не являются «общепринятыми и обязательными». Это хороший повод для дискуссии. Как Вы считаете, какие принципы и критерии использовал Н.Ф. Реймерс при выделении структурных подразделений биосферы? С чем Вы согласны, а с чем – нет? Предложите свою схему (и свои принципы и критерии) структурно-функциональной организации биосферы и экосферы.

ЗАДАНИЕ 1.2

1. Завершите схему строения биосферы (рис. 1.2) по Н.Ф. Реймерсу.

2. Приведите названия известных Вам сфер, подсфер и слоев. Укажите (пунктирной линией) их границы и характерную высоту (глубину).

3. Приведите названия типичных бионтов для различных подсфер.

4. Укажите границообразующие и лимитирующие абиотические факторы (t, ⁰С; содержание О₂; О₃; СО₂; плотность вещества; давление), приведите их характерные значения в соответствии с вертикальной шкалой высот (глубин) для атмо- гидро- и литобиосферы, используя дополнительные данные. Добавьте другие необходимые элементы.

Дополнительные данные для выполнения задания 1.2 (по Ф.Н. Милькову, 1990)

По характеру изменения термического режима с глубиной в земной коре принято выделять следующие слои:

1. Гелиотермический слой – поверхностный слой земной коры различной мощности (до 30,0 метров), температура которого определяется поступлением энергии солнечного излучения. В этом слое наблюдаются сезонные колебания температуры.

2. Слой постоянной температуры – маломощный переходный горизонт, температура которого соответствует среднегодовой температуре места наблюдений. Если среднегодовая температура воздуха отрицательна, то в горизонте постоянной температуры образуется многолетняя мерзлота, мощность которой в высоких широтах может превышать 1000 метров. Площадь многолетней мерзлоты огромна – около 35 млн. км². Максимальная продолжительность непрерывного мерзлого состояния горных пород – более 1 млн. лет.

3. Геотермический слой – вся остальная толща земной коры, температура которой определяется внутренним теплом Земли и увеличивается с глубиной. На Кольской сверхглубокой скважине температура на глубине 12 км превышала 200 ⁰С, а в США в осадочных породах на глубине 9,5 км температура достигала 243 ⁰С.

Геотермический градиент (отношение t,⁰С/h,м) характеризует увеличение температуры горных пород в геотермическом слое с глубиной. Величина геотермического градиента по существующим оценкам может изменяться от 0,1 до 0,01 ⁰С/м, в зависимости от состава горных пород, характера их залегания, глубины и других факторов. Вероятно, в океанической коре температура с глубиной нарастает быстрее, чем в континентальной.

По распределению температуры в атмосфере выделяют:

1) тропосферу (до высоты 9 – 17 км), в которой температура воздуха понижается с высотой (в среднем на 0,65 ⁰С на каждые 100 м увеличения высоты). У верхней границы тропосферы средняя температура воздуха над экватором составляет около минус 70 ⁰С, над Северным полюсом – около минус 65 ⁰С зимой и минус 45 ⁰С летом;

2) стратосферу (до высоты 50 – 55 км) с изотермическим слоем у нижней границы и повышением температуры с высотой до (+1,0) – (+5,0 ⁰С) у верхней границы стратосферы.

В гидросфере (океаносфере) изменение температуры воды в пространстве (табл. 1.3) выражено значительно слабее, чем в атмосфере и литосфере.

Таблица 1.3.

Средние величины температуры воды Океана, ⁰С (по В.Н. Степанову, 1983, цит. по [8]).

Основные типы стратификации	Глубина, м
	0	200	500	2000	4000	5000
Экватор.-тропический Тропический (основной) Восточно-тропический Субтропический Субполярный Полярный	26,65 26,06 20,15 20,32 8,22 1,69	12,99 18,06 12,01 14,87 4,83 1,29	8,14 8,82 7,67 9,99 3,56 1,83	2,69 2,48 2,70 2,58 2,00 0,85	1,70 1,56 1,84 1,55 1,00 0,26	1,56 1,51 2,09 1,55 0,86 0,57

Рис. 1.2. Схема строения биосферы (не в масштабе!).