• Современная концепция биосферы.

В современной науке можно выделить ряд концепций биосферы.

• термодинамическую - биосфера является термоди­намической системой.

• биохимическую - связывают со сложными преобразованиями веществ в живых организмах за счет хи­мической энергии, запасенной в ходе фотосинтеза; практически вся земная кора вовлекается в круговорот веществ в природе.

• биогеоценотическую - связывают с тем, что элементарной структурой биосферы является биогеоценоз, состоящий из организмов с различным типом обмена веществ.

• кибернетическую - состоящую в изучении принци­пов организации и регулирования, осуществляющихся в живой природе в связи с трансформацией вещества, энергии и информации.

• социально-экономическую - связывают с тем, что из биосферы человек извлекает средства существования, одновременно своей деятельностью ее преобразует, создавая ноосферу.

Элементы биосферы по в. И. Вернадскому.

• живое вещество - вся совокупность организмов на планете; основные характеристики: суммарная мас­са, химический состав и энергия;

• косное вещество - это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют;

• биогенное вещество - создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов; это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, нефть); после обра­зования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны;

• биокосное вещество - создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других; организмы в биокосном веществе играют ведущую роль; биокосное вещество планеты - это почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности живого вещества.

• Свойства и функции живого вещества биосферы.

По Вернадскому, живое вещество это совокупность существующих живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором. С точки зрения современной науки, живое вещество обладает некоторыми специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные функции.

Специфические свойства и особенности живого вещества:

• живое вещество биосферы характеризуется большим запасом энергии;

• резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций (в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее);

• отличительной особенностью живого вещества яв­ляется то, что слагающие его индивидуальные химические соединения - белки, углеводы и др. устойчивы только в живых организмах;

• произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого вещества в биосфере;

• живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое;

• живое вещество представлено в биосфере в виде ин­дивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах (от мелких вирусов до китов).

Основные биогеохимические функции живого вещества:

• энергетическая функция - в ее основе лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, которые аккумулируют солнечную энергию; за счет солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле;

• газовая функция - обусловливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав биосферы; 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 косного вещества планеты. В нем преобладают легкие атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, хлора, калия, кальция; концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде, что объяс­няет неоднородность химического состава биосферы;

• окислительно-восстановительная - 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, то есть превращение живого вещества в косное; в результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы;

• средообразующая функция - заключается в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности;

• транспортная функция - это осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

• Биомасса биосферы.

Совокупность всех живых организмов составляет живое вещество или биомассу планеты.

В среднем биомасса на Земле, по современным данным, составляет примерно 2,423 х 10¹² т, что составляет незначительную часть массы земной коры.

99,2% биомассы суши составляют зеленые растения и только 0,8% приходится на гетеротрофные организмы. В океанах наблюдается обратная картина. Зеленые растения составляют всего 6,3%,остальные 93,7% приходятся на животных.

• Биогеохимический круговорот веществ в биосфере.

Положение о круговороте атомов следует считать одним из основных законов геохимии биосферы. Закон сводится к следующему: «В биосфере атомы участвуют в биологических круговоротах, в ходе которых они поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю среду».

Рассмотрим основные черты круговорота наиболее типичных биофильных химических элементов в биосфере. Начнем с круговорота углерода.

Углерод в биосфере Земли представлен чаще наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями:

Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горючих сланцев, рассеянной органики осадочных горных пород.

По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где углекислый газ переходит в угольную кислоту, анионы НС0₃~ и С0₃²~. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов (СаС0₃) биогенным и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков. Отношение захороненного углерода в продуктах фотосинтеза к углероду в карбонатах составляет примерно 1:4.

Наряду с большим круговоротом углерода существует еще ряд малых круговоротов этого элемента на поверхности суши и в океане.

• В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду.

• Углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием углекислого газа.

• Углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза и при сжигании органических веществ выделяется в атмосферу (парниковый эффект).