2. Биосфера и человек

Биосфера (bios – жизнь, sphaira – сфера, шар, гр.) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших сфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Понятие биосферы имеет два аспекта: с одной стороны, как специфическая оболочка земного пространства, с другой – как глобальная экосистема. С точки зрения составляющих компонентов биосфера – это нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы, населенные живыми организмами, или, по выражению В.И. Вернадского, "область распространения живого вещества".

Все экологические ниши, пригодные для жизни, заняты биосферой, возникшей одновременно с появлением жизни на Земле (ок. 4 млрд лет назад) в виде примитивных протобиоценозов в первичном Мировом океане. Ок. 450 млн лет назад живые организмы стали заселять сушу, где их эволюция (возможно, в силу более жестких, чем в океане, экологических условий) ускорилась, и в результате соотношение числа видов животных и растений в Мировом океане и на суше составляет примерно 1:5. Основными факторами эволюции биосферы являются: абиотические (геологические, космические), биотические (изменчивость, т.е. мутации, наследственность, борьба за существование, естественный отбор), а также антропогенные, благодаря которым биосфера постепенно обретает черты ноосферы.

Таким образом, формирование и развитие биосферы неразрывно связано с эволюцией каждой из географических оболочек Земли.

Атмосфера ("атмос" – пар, гр.) – газовая оболочка нашей планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли, граничащая с космическим пространством. Общая масса атмосферы – 5,15 • 10¹⁵т. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается радиацией Солнца, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. На высоте от 10 до 50 км расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения. Обширная область разряженной верхней атмосферы состоит преимущественно из ионов. Эта область обозначается как ионосфера. Большая часть массы атмосферы имеет относительно однородный азотно-кислородный состав (азот – 75,5%, кислород – 23,14% от массы всей атмосферы). В тропосфере во взвешенном состоянии присутствуют также твердые и жидкие частицы, которые обычно называют аэрозолями. Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу и гидросферу, регулируя распределение тепла, влаги и различных веществ.

Гидросфера ("гидора" – вода, гр.) – водная оболочка Земли. По отношению к объему земного шара объем гидросферы не превышает 0,13%. На долю Мирового океана приходится 96,53% от общих мировых запасов воды; ледники ­– 1,74; подземные воды – 1,69; подземные льды в зоне вечной мерзлоты – 0,023, озера – 0,014, почвенная влага – 0,01, пары атмосферы – 0,01, болота – 0,0007, реки – 0,0002%.

Гидросфера находится в тесной взаимосвязи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента. Вода способна растворять в себе многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов различной степени концентрации. Даже наиболее чистые атмосферные воды содержат 10 – 50 мг/л растворенных веществ.

Мировой океан представляет собой уникальную природную систему. В ней происходит грандиозный процесс обмена и трансформации энергии и вещества нашей планеты. При этом различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана – древнейшую область биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его природы под воздействием различных природных процессов: солнечного излучения, геологических и геохимических факторов и, что особенно важно, под влиянием биологических процессов.

В настоящее время можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ представлена немногими химическими элементами: O, H, Na, Mg, Ca, Cl, S. Некоторые из элементов, несмотря на относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических процессах моря и в морских организмах. В этом отношении ведущая роль принадлежит азоту, фосфору и кремнию, которые усваиваются живыми организмами, и их концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских животных и растений.

Необходимо отметить одну особенность океанической воды – основные ионы, составляющие живое вещество, характеризуются постоянным соотношением во всем объеме Мирового океана. Это указывает на устойчивость динамического равновесия между количеством растворенных веществ, поступающих с поверхности континентов в океан, и их осаждением.

Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая в нижележащую астеносферу, прочность которой относительно мала. Она включает земную кору и верхнюю мантию до глубин примерно 100–200 км. Выделяются два основных типа земной коры – континентальный и океанический. Между ними находится промежуточный тип, который называют субконтинентальным. Земная кора сложена породами различного типа и различного происхождения. Из них на осадочные породы приходится 9,2 %, на метаморфические – 20 % и на магматические – 70,8 %.

Общий химический состав земной коры определяют немногие элементы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, которые слагают основную ее массу. При этом наиболее распространенным элементом является кислород, составляющий едва ли не половину массы земной коры (>47,3 %). Он прочно связан химически с другими элементами в главных породообразующих минералах.