Глава 7. Биосфера

7.1. Понятие о биосфере

Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с организмами.

Начало учения о биосфере связывают с именем французского учёного Ж.-Б. Ламарка (1744–1825), который ещё в 1802 г., не употребляя термина «биосфера», отметил планетарную роль жизни в формировании земной коры, предвосхитив современный взгляд на это понятие. Определение биосферы как особой оболочки Земли и термин «биосфера» были предложены в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом.

На рубеже XIX–XX вв. идея о глобальном влиянии жизни на природные явления была обоснована в трудах крупнейшего учёного-почвоведа В.В. Докучаева.

Развёрнутое учение о биосфере создано академиком В.И. Вернадским, опубликовавшим в 1926 г. труд «Биосфера». Он рассматривал биосферу, с одной стороны, как оболочку Земли, в которой существует жизнь. В этом плане В.И. Вернадский различал газовую, водную и каменную оболочки как составляющие биосферы, области распространения жизни. С другой стороны, В.И. Вернадский подчёркивал, что биосфера – не просто пространство, в котором обитают живые организмы; её состав определяется деятельностью живых организмов и представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и в прошлом.

Раньше большинство процессов, происходивших на планете, рассматривали как чисто физические и химические (размыв, растворение, осаждение и т.д.). В.И. Вернадский впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что их деятельность является главным фактором преобразования земной коры. Биосферой В.И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

Всю совокупность живых организмов на планете он назвал живым веществом. Кроме живого вещества в состав биосферы входят биогенное вещество – продукты жизнедеятельности организмов (каменный уголь, нефть, битумы); биокосное вещество – продукты переработки живыми организмами горных и осадочных пород (почвы, кора выветривания, природные воды) и косное вещество, в образовании которого живые организмы не участвуют (горные породы неорганического происхождения, метеориты, космическая пыль и др.).

Следовательно, биосфера – это та область Земли, которая охвачена влиянием живых организмов. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ.

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке (гидросфере).

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает температура горных пород и подземных вод, которая на глубине 1,5–15 км превышает 100ºС. Наибольшая глубина, на которой в породах были обнаружены живые бактерии, – 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2–2,5 км бактерии присутствуют в больших количествах.

В океане жизнь распространена по всей его толще, встречаясь даже в глубоководных океанических впадинах – на глубине 10–11 км. Здесь в условиях полной темноты и высокого давления (>100 атм.) обнаружены достаточно богатые видами сообщества, содержащие бактерий, одноклеточных и многоклеточных животных.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется уровнем ультрафиолетовой радиации, большую часть которой поглощает озоновый экран, который располагается на высоте 15–140 км.

Временное пребывание организмов в толще атмосферы регулярно отмечается на высоте 10–11 км. Бактерии, споры, простейшие регистрировались на высоте 10–15 км и даже выше. Описано нахождение бактерий на высоте 77 км в жизнеспособном состоянии. Если исключить единичные случаи «рекордных подъёмов», верхней границей жизни в атмосфере, по-видимому, следует считать 8–10 км. Основная масса организмов сосредоточена до высоты 1–1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни – около 6 км над уровнем моря.

Составные части биосферы – гидросфера, атмосфера и литосфера – тесно связаны друг с другом, составляя вместе единую функциональную систему. Так, почву с гидросферой связывает постоянный вынос почвенных вод в водоёмы разных типов. Переносимые с водой соединения почвы участвуют в формировании биопродуктивности водоёмов. Поглощая и отражая солнечную радиацию, почва выступает как мощный фактор энергетического баланса биосферы, участвует в регулировании влагооборота атмосферы и её газового режима. Функциональная взаимосвязь составных частей биосферы включает и взаимодействие процессов, происходящих в атмосфере и гидросфере: круговорот воды, энергетические связи как через тепловое излучение, так и через процессы фотосинтеза, химические связи: растворение в водах кислорода и углекислого газа, благодаря чему обеспечивается жизнь водных организмов. В целом функциональные связи составных частей биосферы превращают её в саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую глобальный круговорот веществ.