Состав и границы биосферы
Биосфера сейчас рассматривается как глобальная экологическая система. Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Как и другие планеты, Земля получает энергию от Солнца, достигающую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло – одно из главных слагаемых климата Земли, основа для развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходит из глубины Земли.
По новейшим данным, масса Земли составляет 6*1021 т, объем – 1,083*1012 км3, площадь поверхности – 510,2 млн км2. Размеры, а, следовательно, и её природные ресурсы нашей планеты ограничены.
Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним - относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера, тропосфера и гидросфера – как субглобальные экосистемы и отсюда:
литосфера (греч. «Литос» - камень) – верхняя часть твердой оболочки или кора выветривания;
тропосфера – нижняя часть атмосферы;
гидросфера – водная оболочка.
Распространенность биосферы определяется по наличию живых организмов, а также по продуктам их жизнедеятельности.
Важнейшие компоненты биосферы:
живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);
биогенное вещество - органические и органоминеральные вещества, созданные на протяжении геологической истории (нефть, торф, уголь);
косное (неживое) вещество - атмосфера, горные породы неорганического происхождения;
биокосное вещество – продукт совместной деятельности живой и неживой природы (почва, и др.).
За верхнюю границу биосферы в зависимости от географической широты ориентировочно принимают высоту 10-15 км, однако в последнее время учеными обнаружена жизнь бактерий и на высоте до 80-85 км.
Нижней границей биосферы являются самые глубокие океанические впадины (более 11 км ниже уровня моря). То есть, протяженность биосферы по вертикали достигает 25-30 км. Однако, человека в практической жизни интересует пока только верхний слой океана не более 100 м и поверхность земли до границ возможного обитания человека (5 км).
Учение в.И. Вернадского о биосфере
Заслуга в разработке стройного, целостного учения о биосфере как «области жизни» принадлежит академику В. И. Вернадскому. Он назвал биосферой оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль, и выделил в ней три главных компонента:
живые организмы (вся их совокупность, так называемое живое вещество);
минеральные вещества, включенные живым веществом в биогенный круговорот;
продукты деятельности живого вещества, временно не участвующие в биогенном круговороте.
Вернадский понимал под биосферой все части, земной коры, которые подвергались в течение геологической истории влиянию организмов. Многие же исследователи, особенно за рубежом, вкладывали в это понятие несколько
иной смысл, сужая представление о биосфере и рассматривая ее лишь как ту часть поверхности Земли, которая находится под влиянием деятельности живых организмов в настоящее время. Однако это неверная точка зрения, поскольку состав, структура и энергетика современной биосферы в существенных чертах обусловлены не только настоящей, но и прошлой деятельностью живых организмов.
В основу учения Вернадского о биосфере положено представление о планетарной геохимической роли живого вещества в образовании биосферы, как продукта длительного превращения веществ и энергии в ходе геологического развития Земли. В пределах биосферы везде встречается либо само живое вещество, либо следы его деятельности: газы атмосферы; природная вода; запасы нефти, угля, известняка; глины; сланцы; граниты и др.
Современная биосфера представляет собой сложную систему, состоящую из многих компонентов, которые включают всю живую и неживую природу. Она охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.
По Вернадскому, живое вещество — это совокупность существующих (или существовавших в определенный отрезок времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором.
Вернадский указывал, что живое вещество аккумулирует энергию космоса, трансформирует ее в энергию земных процессов (химическую, механическую, тепловую, электрическую и пр.) и в непрерывном обмене веществ с косной материей планеты обеспечивает образование нового живого вещества, которое не только замещает отмирающие его массы, но и привносит новые качества, определяя процесс эволюции органического мира.
Таким образом, живое вещество биосферы химически и геологически является чрезвычайно активным. При его участии образуются органические осадочные породы - биогенные вещества биосферы, а также биокосные вещества - почти вся вода биосферы, почва, кора выветривания и т. д. Вместе с тем живое вещество контролирует все основные химические превращения в биосфере.
Различают шесть основных функций живого вещества на нашей планете.
Энергетическая функциязаключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическими факторами, преимущественно с солнечной радиацией. В основе: этой функции лежит фотосинтезирующая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция
солнечной энергии и её перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные процессы на Земле.
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, метан и др.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают легкие атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении в основном веществ, содержащих атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и др.). В результате происходит превращение большинства химических соединений. При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Деструкционная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещества биосферы.
Информационная функция заключается в накоплении, сохранении и передаче молекулярно генетической информации, накопленной в ходе эволюции и обеспечивающей их дальнейшее существование.