Глава 14

Человек и биосфера

14.1. Понятие и сущность биосферы Понятие биосферы

Всестороннее шучение природы показывает, что живые организмы и среда их обитания сосуществуют в постоянном взаимодейст вии. В этой совокупности взаимосвязей живая природа пред ста вляет' собой специфическую сферу действительности, целостную систему похожую на единый жилой организм, который родился вместе сз Землей и постоянно вместе с ней эволюционирует. Планетарные^ масштабы этой системы и одновременно ее схожесть с живым органичмом позволяют рассматривать ее как особый уровень организа-ф ции живой материи, получившей название биосферы.

В системе современного естествознании понятие биосферы занимает ключевое место и поэтому разработка учения о биосфере имеет длительную историю. Начало ее изучению положил Ж.Б- Ла- марк, который в своей книге «Гидрогеология* одним из первых обосновал идею о влиянии живых организмов на геологические процессы. Затем учению о живой природе был посвящен много­ томный труд А. Гумбольдта -Космос», в котором он ввел понятие .жизненной среды, понимая под ним оболочку Земли, куда входят атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органи­ ческий мир. . Сам термин «биосфера» был впервые введен в науку австрийским геолотом и палеонтологом 3. Зюссом в 1875 г. Он подразуме вал под биосферой самостоятельную сферу, пересекающуюся с другимн земными сферами, и которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограни- ченной в пространстве и времени и обитающей на понерхности Земли. Таким обраюм, первоначально понятием «биосфера» обозначилась совокупность только живых организмов. Связь живой и л.; неживой природы трактовалась односторонне: отмечалась только зависимость живых организмов от химических, физических, геоло-

372

рических и других факторов, однако обратное воздействие остава­лось вне поля зрения ученых.

8.И. Вернадский о живом веществе и биосфере

Впервые идею о геологических функциях живого вещества, предстаатепие о совокупности всего органического мира как едино­го нераздельного целого высказал русский ученый В.И- Вернад­ский. Целью, которую поставил перед собой ученый, стало шуче­ние влияния живых организмов на окружающую среду. Этим во­просом, в отличие от изучения воздействия среды на живые орга­низмы, до того не занимался никто. Разумеется, заметить такое воз-дейстние со стороны отдельного организма практически невозмож­но. Оно становится заметным только при рассмотрении большого числа живых существ.

Поэтому Вернадский ввел понятие живого вещества как сово­купности всех живых организмов планеты, включая человека.

В своих представлениях о живом веществе он исходил из того, что в процессе жизнедеятельности организмы получают из окру­жающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно и таким обраюм живое и неживое на­ходится в постоянном взаимодействии. Несмотря на то что живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть био­сферы, оно, тем не менее, является ее определяющим компонен­том. Живые организмы — та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты. В функцио­нальном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить во­прос о механизмах геологической активности живого вещества и источниках энергии для этого.

Взаимодействие живого вещества планеты с окружающей сре-Дой рождает биосферу — область распространения жизни на Земле.

Таким образом, биосфера — это живое вещество планеты и пре­образованная им окружающая среда.

Она представляет собой единую систему, в которой масса живо­го вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного со­стояния в друтое, сохраняется неизменной. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельно-

373

стью живых организмов, в том числе и человека. Своими граница^ ми она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верХ;-.3 нюю часть литосферы. Биосфера является одним из основнь»! структурных компонентов нашей планеты и околоземного космиче-1^ ского пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнер.л* гетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности!"! жизни.

Пленка .биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегод принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет месп примерно до высоты 20—22 км над земной поверхностью (до озо нового экрана), а наличие жизни в глубоких океанических впадина опускает эту границу до 8—11 км ниже уровня моря. Углублен» жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаруже­ ны при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2—3 км, В атмосфере наиболее заселен слой толщиной до 50 м. Вынос мик-$ роорганизмов на высоты более 15 км возможен конвенционными потоками воздуха. За верхнюю границу биосферы условно прини­ мается озоновый слой, выше которого мощный поток ультрафиолет тового излучения, вероятно, убивает все живое. Нижняя границам распространения живых организмов в литосфере определяется тем-а пературой. По современным представлениям, живые организмы могут существовать при температуре не более 100°С. Таким обра­ зом, по сравнению с другими геосферами биосфера представляет собой тончайшую пленку. Правда, она покрывает всю Землю, не] оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни,'. включая пустыни и ледяные просторы Арктики и Антарктики. Разумеется, количество живого вещества в разных областях бид-'} сферы различно. Самое большое его количество локализовано в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях ат­ мосферы. Глубже в земную кору, океан, выше в атмосферу количе­ ство живого вещества уменьшается. Это дало основания Вернад­ скому говорить о сгущениях и разрежениях жизни,

Особенностью биосферы является то, что между биосферой и окружающими ее земными оболочками нет резкой границы. И, прежде всего, нет той границы в атмосфере, которая сделала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энер­гии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Живое вещество поглощает и пере­рабатывает эту энергию в биогеохимическую энергию живого веще­ства биосферы. Биогеохимическая энергия может быть выражена скоростью заселения биосферы данным видом организмов

Ддя некоторых бактерий эта скорость ограничивается лишь скоростью, деления цепочки клеток и приближается к скорости звука. Это оз­начает, что при благоприятных условиях данный вид может засе-

лить Землю практически мгновенно. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты. Для бактерий — это 1,25 суток, для инфузории туфельки — 1,7.3 суток, для крысы и домашней свиньи — по 8 лет, для цветко­вых растений — 11 лет, для водорослей — 379 лет, для слона — 1000 лет.

Биогеохимическая энергия используется для осуществления ц-охимических функций живого вещества. Это энергетическая, млнцснтрационная, деструктивная, транспортная и средообразую-шая функции, основанные на том. что живые организмы своими дыханием, питанием, метаболизмом, непрерывной сменой поколе­ний порождают грандиознейшее планетное явление — миграцию химических элементов е биосфере. Биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:

1) стремится к максимальному проявлению, что приводит к воз­никновению «всюдности» жизни;

2) способствует выживанию организмов, увеличивающих био­генную миграцию атомов, что в ходе эволюции жизни приводило к появлению все более сложных и развитых организмов.

Это предопределило решающую роль живого вещества и био­сферы в становлении современного облика Земли — ее атмосферы, гидросферы и литосферы.

Структура биосферы

По своему составу, строению и организованности биосфера —| это сложная оболочка, которая включает в себя:

* живое вещество — совокупность живых организмов планеты, включая человека;

* биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, уголь, нефть, известняки и т.д.);

* косное вещество, сформированное без участия жизни, к нему , относятся атмосфера, гидросфера и литосфера;

* биокосное вещество — результат взаимодействия жизнедея­тельности организмов и небиологических процессов (напри­мер, почва, озерная вода); '• вещество космического происхождения.

Общую массу живых организмов оценивают в 2,43 • 10^!2т. Био­масса организмов, обитающих на суше, на 92,2% представлена зе­леными растениями и на 0,8% — животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю *ивотных и микроорганизмов — 93,7% всей биомассы. Жизнь со-^ередоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03 • 10¹² т;*или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

ЗГ5

В распределении живых организмов по видовому составу блюдается важная закономерность. И:( общего числа видов приходится на растения, хотя их вклад в общую биомассу составлю ет 99%. Среди животных 96% видан — беспозвоночные и только 4%^. позвоночные, из которых только десятая часть приходится на комитающих. Таким образом, в количественном отношении ладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволющь онного развития.

Масса живого вещества составляет всего 0,01—0,02% о'1 косного вещества биосферы; если его равномерно распределить по поверз^. ности Земли, оно покроет ее слоем всего в 2 см толщиной. Но прц этом именно живое вещество играет ведущую роль и биогсохимич^г ских процессах благодаря энергетической функции. Ведь живые организмы способны черпать из окружающей среды вещества ц энергию, необходимую им для обмена веществ и осуществлении^ всех других своих функций.