3. Геосфера

Геосфера или географическая оболочка-это глобальный природный комплекс Земли, представляющий тонкий слой (50-60 км) на границе литосферы, гидросферы и атмосферы и включающий биосферу. Это область наиболее интенсивного взаимодействия всех сфер Земли. В геосфере существует и развивается человечество. Благодаря живому веществу и производственной деятельности человека в ней более интенсивно, чем в других оболочках, идут процессы обмена веществом, энергией и информацией. Хрупкое подвижное равновесие геосферы поддерживают естественные круговороты. Но в последние два столетия в них активно встраиваются техногенные циклы, что в значительной мере смещает природное равновесие в сторону неустойчивости.

Геосфера представляет совокупность иерархически связанных подсистем — ландшафтной оболочки, физико-географических стран, зональных областей, местностей и т. д. Взаимодействие абиотических (рельеф, распределение температур, освещенность, влажность, космические излучения) и биотических (растительный и животный мир) факторов определяет разнообразие свойств геосферы. Ее целостность обусловлена слаженным взаимодействием всех подсистем.

Важнейшей подсистемой геосферы и зоной наиболее активной деятельности живого вещества является ландшафтная оболочка. Ее толщина не превышает нескольких сотен метров. Характер солнечно-земных связей, расположение относительно экватора и рельеф поверхности определяют зональность распределения животного и растительного мира, пригодность отдельных ее областей к проживанию и производственной деятельности человека.

При изучении Земли геологи и палеонтологи разделили ее историю на отдельные эры, периоды и эпохи. Это разделение не случайно. Переход от одной эры к другой знаменовался кардинальными изменениями в облике Земли. Эти изменения наблюдаемы, их следы видны в отложениях разного типа. Определяя возраст отложений, и осуществили эту периодизацию.

4. Биосфера

Понятие биосферы было введено австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914) для обозначения всей совокупности живых организмов Земли. Большой вклад в учение о биосфере внес выдающийся русский ученый В. И. Вернадский. Биосфера является частью геосферы. Это сфера распространения живого вещества, которая включает все экосистемы Земли. Она является сложноорганизованной иерархической системой, между подсистемами которой (организмы, популяции, сообщества, экосистемы) осуществляются взаимодействия благодаря обмену веществом, энергией и информацией. По оценкам ученых время существования биосферы оценивается в ~3,5 млрд. лет. С появлением живого вещества биологические процессы и биотические факторы стали определяющими в становлении состава современных атмосферы, гидросферы и почвенного покрова литосферы. На смену периоду геолого-химической эволюции планеты пришел период геолого-биологический.

Границы биосферы определяются наличием пригодных абиотических условий (определенный состав воздуха, достаточное количество воды, благоприятные температуры, наличие минеральных веществ, определенная соленость и кислотность среды, определенное давление). Живое вещество занимает очень узкий пространственный интервал на границе микро — и макромира. Верхняя граница биосферы определяется высотой полета птиц (около 10 км), хотя микроорганизмы обнаруживаются и на значительно больших высотах. Нижняя граница биосферы простирается до 3 км вглубь литосферы и до 10 км вглубь гидросферы. Распределение живого вещества внутри биосферы неравномерно. Основная его масса сосредоточена в тонком приземном слое — биостроме (до нескольких сотен метров).

Биосфера условно может быть представлена в виде взаимосвязанной совокупности, состоящей из экотопа и биоценоза (Рис. 15).

Э К О Т О П

гидросфера

атмосфера литосфера

Продуценты к онсументы

редуценты

Б И О Ц Е Н О З

Рис. 15 Функционирование связей в глобальной экосистеме (по аналогии со схемой В. Н. Сукачева)

Экотоп (или биотоп) представляет совокупность взаимосвязанных участков литосферы, гидросферы и атмосферы, с которыми взаимодействуют организмы и которые являются средой их обитания и источником ресурсов. Структура и функционирование биоценоза (совокупности живых организмов, проживающих на данной территории) определяется множественностью взаимосвязей между организмами и элементами экотопа.

Средний элементный состав живого вещества состоит из наиболее распространенных во Вселенной элементов. От состава экотопа он существенно отличается высоким содержанием биогенных элементов — углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы.

В настоящее время на Земле известно около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных. Соотношение между разными типами организмов можно представить в виде «волчка жизни» (по Н. Ф. Реймерсу). Устойчивое равновесное движение волчка обуславливается пропорциональностью его частей и количеством поступающей от Солнца энергии (рис. 16). Изменение солнечной активности может привести к существенному изменению соотношения видов, что неоднократно наблюдалось в истории развития биосферы.

Рис. 16 Волчок жизни

Каждый организм представляет собой самоорганизующуюся систему, состоящую из множества функционально согласованных органных систем (нервная, пищеварительная, гормональная, кровеносная, выделительная), основу которых составляют отдельные, согласованно функционирующие органы, состоящие из специализированных клеток. Все организмы и их сообщества находятся в тесном взаимодействии между собой. Их биомасса оценивается в 1, 8*10⁵ кг сухого вещества, при этом биомасса организмов океана составляет всего 0,13% от всей биомассы планеты.

Биосфера является открытой самоорганизующейся системой. Ее эволюция осуществляется благодаря энергоинформационному обмену с окружающим пространством. Временной ход развития биосферы носит направленный характер и выражается в повышении уровня организации, нарастании усложнения и упорядоченности живого вещества: последовательное появление прокариотов (клеток без ядра) — эукариотов (клеток с ядром) — многоклеточных организмов — организмов с твердыми скелетами — организмов с высокоразвитой нервной системой и мозгом — возникновение разумного человека и общества. Этот процесс можно представить как чередование этапов медленных постепенных изменений, прерываемых скачкообразными переходами к новым качественным состояниям.

Процессы самоорганизации биосферы во многом определяются солнечно-земными связями, и прежде всего, потоками солнечной энергии, их качеством и периодичностью поступления. Достаточно давно человеком было замечено, что на Земле с определенной повторяемостью изменяется численность отдельных популяций животных и урожайность культур. Обобщил имеющиеся эмпирические данные и дал им теоретическое обоснование А. Л. Чижевский (1897-1964), представив их как «земное эхо солнечных бурь».

Изменение абиотических условий неоднократно приводило биосферу в неустойчивое состояние и ставило живое на грань вымирания. В точках бифуркации неизменно происходила смена форм живого вещества на более приспособленные к новым условиям, которая была связана с изменением строения и функций существующих структурных элементов организма, появлением и развитием новых органных систем. Но и из старых форм сохранялись отдельные виды, сумевшие выжить. И сегодня мы наблюдаем следы былых биосфер Земли. Благодаря им существует то великое многообразие живых организмов, которое в конечном итоге определяет устойчивость развития. Однако в последнее столетие оно оказалось нарушенным вследствие интенсивной производственной деятельности человека. Это чревато катастрофическими последствиями не только для живого вещества, но и всей планеты в целом.

Новые понятия и термины: прецессия, космохронология, протоземля, астеносфера, конвекция, стратификация, фотохимические реакции, биостром, экотоп, волчок жизни.

Ведущие идеи:

— Земля как самоорганизующаяся система;

— влияние солнечно-земных связей на процесс ее самоорганизации;

— особенности эволюции Земли как геологического тела;

— взаимодействие и взаимное влияние отдельных сфер Земли.