3. Учение о биосфере. Круговорот веществ

«Ни один организм не может существовать в среде, созданной из его отходов»

В.И. Вернадский

Перечень необходимых для усвоения знаний:

- Биосфера и её структура;

- Роль В.И. Вернадского в развитии учения о биосфере;

- Функции «живого вещества»;

- Понятие о круговоротах веществ.

Биосфера (bios – жизнь, sphaira – шар) – оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы и гидросферу. Термин введён Э. Зюссом в 1875 году. Биосфера является самой крупной экосистемой Земли. Понятие в науке появилось во второй половине 19 века и в буквальном смысле означало учение о существовании живых организмов на Земле. Становление учения о биосфере связано с именами таких выдающихся учёных, как Ж.Б. Ламарк, А. Гумбольдт, В.В. Докучаев, К.А. Тимирязев, Н.И. Вавилов, В.Н. Сукачев, А.П. Виноградов и др.

Основоположником современных представлений о биосфере является советский академик В.И. Вернадский (1863 - 1945).

Границы биосферы полностью охватывают гидросферу, нижний слой атмосферы высотой до 15 км (т.е. до озонового экрана, защищающего живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения) и литосферу, как считается, до глубины 5 км. В эоловой зоне (выше 5 – 6 км над уровнем моря) обитают пауки и некоторые клещи, питающиеся зернами пыльцы, спорами, микроорганизмами и другими органическими частицами. Выше эоловой зоны существует жизнь только в виде спор и случайно попавших организмов. Таким образом, максимальная мощность биосферы составляет 33 – 35 км. (Будыко М.И., 1984).

По В.И. Вернадскому биосферу отличает:

1. Присутствие живого вещества;

2. Наличие жидкой воды;

3. Восприятие мощного потока солнечной энергии;

4. Присутствие поверхностей раздела между веществами, находящимися в трёх фазах;

5. Централизованность;

6. Саморегулируемость и организованность;

7. Разнообразие;

8. Круговороты биогенных элементов и воды.

Биосфера включает следующие виды вещества:

1. «Живое вещество» - совокупность всех живых организмов, выступающих как геологический фактор. Оно состоит в основном из главных биогенных элементов: углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, калия, кальция, магния, натрия, хлора и микроэлементов;

2. Биогенное – создаётся и перерабатывается совокупностями живых организмов (нефть, известняки и др.);

3. Косное - совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют (магматические горные породы);

4. Биокосное – создаётся одновременно живыми организмами и косным веществом (почва, кора выветривания, все природные воды).

5. Радиоактивное;

6. Космическое (метеориты и др.);

7. Рассеянные атомы.

Функции живого вещества (по А.В. Лаппо, 1987):

- газовая (формирование газового состава атмосферы);

- энергетическая (осуществление энергетического потока в биосфере);

- окислительно-восстановительная (процессы окисления и восстановления веществ);

- концентрационная (участие в накоплении некоторых веществ и элементов);

- деструктивная (разрушение веществ);

- транспортная (участие в транспорте вещества);

- средообразующая (живые организмы являются средообразователями);

- рассеивающая (функция, противоположная концентрационной).

Основные аспекты учения В.И. Вернадского:

- «живое вещество» способно использовать солнечную энергию и участвует в изменении облика планеты;

- организованность биосферы проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого;

- биосфера возникла и развивалась в результате длительной эволюции под действием биотических и абиотических факторов.

Принципы эволюции биосферы по В.И. Вернадскому:

- первой сформировалась литосфера, а после появления жизни началось формирование биосферы.

- на протяжении всей геологической истории Земли отсутствуют геологические эпохи, лишенные жизни, поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом предыдущих геологических эпох;

- живые организмы осуществляют миграцию химических элементов из литосферы в гидросферу и почву, обмен элементами между гидросферой, почвой и атмосферой, между сушей и морем, круговорот воды, углерода и других элементов, входящих в состав живого вещества;

- геологический эффект деятельности живых организмов обусловлен огромным их количеством и длительностью воздействия;

- основным фактором развития биосферы является биохимическая энергия живого вещества.

В.И. Вернадский ввёл представление о ноосфере (сфере разумной жизни) как о новой оболочке Земли, так как именно с появлением человека биосфера приобрела новое качество. Деятельность человека является мощным фактором, сравнимым с геологическим.

Закон целостности биосферы – биогенный поток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечёт за собой сопряжённое изменение всех остальных.