3.4. Биосфера

Пространство, занимаемое современной биосферой, охватывает приземный слой атмосферы, поверхностные горизонты земной коры континентов и гидросферу Земли. Верхняя граница основного слоя биосферы расположена на высоте нескольких десятков метров над поверхностью растительного покрова на суше или над океаном; нижняя — по горизонту грунтовых вод или максимального проникно­вения корней растений и роющих животных. В океане она ограничена слоем проникновения солнечных лучей, достаточным для осуществления фотосинтеза (не более 100 м) или глубиной сохране­ния биологической активности в донных осадках. За этими пределами остается ничтожная часть живых организмов, но находят­ся огромные массы продуктов их жизнедеятельности — ив атмо­сфере (газы, пары воды), и в гидросфере (растворенная и взвешенная органика).

В таблице 3.2 сопоставлены некоторые количественные характери­стики биосферы и других геосфер Земли. Масса живого вещества биосферы сравнительно мала. Если ее распределить по всей поверхно­сти планеты, то получится слой всего в 1,5 см. Эта «пленка жизни» (выражение В.И.Вернадского), составляя менее 10~⁶ массы других обо­лочек Земли, обладает несравненно большим разнообразием и обновляет свой состав в миллион раз быстрее.

Биота биосферы обусловливает преобладающую часть химических превращений на' планете. Отсюда суждение В.И.Вернадского об огром­ной преобразующей геологической роли живого вещества. На протя­жении органической эволюции живые организмы тысячекратно (для разных круговоротов от 10³ до 10⁵) пропустили через себя, через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объем Мирового оке­ана, ббльшую часть массы почв, огромную массу минеральных веществ. И не только «пропустили», но и в соответствии со своими по­требностями видоизменили всю земную среду.

Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы.

Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов, сум­марная биомасса биосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 2 трлн т, ежегодная продукция биомассы в 10 раз меньше. Жи­вое вещество биосферы на 99,5% представлено биомассой наземных растений. Суммарная продуктивность биоты биосферы охарактеризо­вана в табл. 3.3. Общее количество энергии, преобразуемое биотой биосферы за год, превышает 10²² Дж. Благодаря способности транс­формировать солнечную энергию в энергию химических связей растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биоге­охимических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Живые существа постоянно обмениваются кис­лородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Растения сыграли решающую роль в смене восстановительной среды на окислительную в геохимической эво­люции планеты и в формировании газового состава современной атмо­сферы. Они строго контролируют концентрации О, и СО₂, оптимальные для всей современной биоты.

Концентрационная функция. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют

Таблица 3.3

Количественная характеристика биомассы ипродуктивности современной биосферы

Показатель биомассы и продукции | млрд т

Биомасса живого вещества биосферы 6065

Сухое вещество биомассы биосферы 2135

Органическое вещество биомассы биосферы 2064

Годовая продукция живого вещества (брутто) 590

Сухое вещество продукции 219

Органическое вещество продукции 212

Годовое потребление и выделение СО₂ 360

Годовой обмен метаболической воды 105

Годовое потребление и выделение кислорода 255

Годовой приток нетто-энергии фотосинтеза (Дж ■ 10") 11800

биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. Это относится не только к биосинтезу органики, но и к таким явлениям, как строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков, месторождений серы, некоторых ме­таллических руд, скоплений железо-марганцевых конкреций на дне океана и т.п. Ранние этапы биологической эволюции проходили в водной среде. Орга­низмы научились извлекать из разбавленного водного раствора необходимые для них вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях, например, молекулярный азот — один из важнейших биогенных элементов. Но живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами — ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллио­ны раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появи­лась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением струк­туры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, игра­ющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перераба­тывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором. Суммарный запас генетической информации биоты био­сферы оценивается в 10¹⁵ бит. А общая мощность потока молекулярной информации, связанной с обменом веществ и энергии во всех клетках глобальной биоты, достигает 10³⁶ бит/с (Горшков и др., 1996).

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены в ос­новном к внешним факторам существования. Все вместе они составляют мощную средообразующую функцию. Работа растений обусловила со­временный состав атмосферы. От состава атмосферы зависит радиа­ционный и тепловой режим на планете, спектральный состав достигающе­го поверхности Земли солнечного света. Растительный покров сущест­венно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит соле­вой состав природных вод и распределение химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам со­здается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота — главное богатство планеты и окружающей человека среды — одарила человека пи­щей, одеждой, множеством других вещей. Следует четко представлять, что окружающая нас среда — это не фиксированная физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение воссоздавае­мое работой множества живых существ.

Средообразующая функция биосферы связана со средорегулирующей функцией — биотической регуляцией окружающей среды. Ниже, при рассмотрении параметров биотического круговорота будет показано, что биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и долгое вре­мя поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на исключительную сложность и динамичность регулиру­емой системы. Таким образом, биота биосферы формирует и контроли­рует состояние окружающей среды.