Российский Государственный Гидрометеорологический университет

Биосфера

•Особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа.

•В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера

(греч. bios «жизнь»). Этот термин первым ввёл в 1875 году

•Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году В.И. Вернадским.

•В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной

геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

•Биосфера, по Вернадскому – земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения).

Границы биосферы

•В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии.

•Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр,

•верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор);

•наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек.

•Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.

•Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 ∙ 1012 т (около 0,01 % массы всей биосферы). 97 % из этого количества занимают растения, 3 % – животные.

•В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.

БСФ

•В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:

•энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);

•биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);

•информационный (принципы организации и управления в живой природе);

•пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);

•ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).

Развитие биосферы - последовательная смена трех этапов

•Первый этап - восстановительный - завершился появлением гетеротрофной биосферы более 4 млрд лет назад: появление малых сферических анаэробов. Присутствуют только следы свободного кислорода. Ранний способ фотосинтеза был анаэробным. Развилась фиксация азота, чему способствовало то, что часть ультрафиолетовой радиации проникала через атмосферу и быстро разлагала присутствующий аммиак.

•Самые древние горные породы, преимущественно метаморфические, залегают в докембрийских щитах почти на всех материках земного шара. Возраст их древнейших участков определяется радиологическими методами в 3,8 - 3,5 млрд лет. В той или иной степени они ассоциированы со следами древней жизни. Биохимические следы существования древних организмов представлены в виде наиболее устойчивых химических соединений в осадочных горных породах. В целом органическое вещество биологического происхождения широко распространено.

•Второй этап - слабоокислительный - появление фотосинтеза 3,8 млрд лет назад. Аэробный фотосинтез начался у предков цианобактерий, древнейших фотосинтезирующих прокариот. Кислород производили морские водоросли и цианобактерий, строящие строматолиты - известняковые тонкослоистые образования. Но лишь малое количество его накапливалось в атмосфере, так как он реагировал с железом, растворенным в воде. При этом оксиды железа осаждались, образуя полосчатые железистые формации докембрия. Только когда океан освободился от железа и других поливалентных металлов, концентрация кислорода начала возрастать.

Развитие биосферы

•Третий этап характеризуется формированием окислительной фотоавтотрофной среды. Он начался с завершения отложений полосчатых железистых кварцитов примерно 1800 млн лет назад. Для этого этапа характерно наличие такого количества свободного кислорода, которого достаточно для появления и развития животных, потребляющих его при дыхании. Возникает кислородное дыхание, озоновый слой, что ведет к расширению осваиваемых жизнью условий.

•Последние два этапа в развитии биосферы фиксированы в каменной летописи геологической истории.

•В породах, возраст которых порядка 3 млрд лет, обнаружен пигмент фикобилин, используемый при фотосинтезе современными цианобактериями.

•Некоторые организмы раннего докембрия, относящиеся к сине- зеленым водорослям, или цианобактериям, мало изменились в ходе геологической истории; очень близкие им формы и сейчас обитают на Земле.

•Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию от органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше.

•Начало жизни отодвигается еще дальше, за пределы каменной летописи земной коры, т.е. более чем на 4 млрд лет назад.

• …жизнь на Земле существует столько же времени, сколько сама планета. в

отложениях возраста 4,5 - 4 млрд лет находят следы присутствия фотосинтезирующих организмов, использовавших энергию излучения Солнца для усвоения СО2 и Н2О. Но автотрофы имели предшественников.

•…советский биолог А. А. Заварзин отмечал, что окислительные процессы (дыхание) имеют вторичное происхождение. Освобождение энергии в первоначальном живом веществе было связано с молекулярными перестройками, аналогичными процессам брожения.

•Отсюда следует, что вначале должны были возникнуть организмы

гетеротрофные с интрамолекулярным дыханием, не требовавшим свободного кислорода.

•…первичная биосфера нашей планеты ограничивалась водной средой, и была насыщена гетеротрофными организмами, которые питались растворенными в воде органическими веществами, ранее возникшими в космохимических условиях.

•Длительность существования подобной биосферы занимала небольшой отрезок геологического времени.

•Устойчивое содержание свободного кислорода в биосфере привело к полной перестройке биоты, в первую очередь за счет появления эукариот примерно 2 млрд лет назад. Первые эукариоты возникли в планктонных ассоциациях открытых вод.

•Конец исключительного господства прокариот наступил приблизительно 1,4 млрд лет назад, хотя первые эукариоты появились значительно раньше.

•…по последним данным, облик ископаемых органических остатков из черных сланцев и углистых образований района Верхнего Озера свидетельствует о появлении эукариотных микроорганизмов 1,9 млрд лет назад.