3. Геологический круговорот веществ. Единство малого и большого круговоротов веществ.

Накопление энергии и передача её живым веществом при размножении создаёт её растекание. Размножение организмов производит, как говорил В.И. Вернадский, «давление жизни», или «напор жизни». От «напора жизни» возникает между организмами борьба за площадь, за питание и в особенности «борьба за газ», за нужный для дыхания свободный кислород.

При этом происходит биогенная миграция атомов. Атомы, захваченные растениями, переходят к травоядным животным, а затем к хищным животным, которые питаются травоядными. Мёртвые растения и животные служат пищей микроорганизмам, а выделяемые микроорганизмами в результате жизнедеятельности минеральные вещества снова потребляются растениями.

Основой существования биосферы является биологический круговорот веществ. В общих чертах его можно изобразить следующей схемой.

hν

ПЦ – продуценты; К – консументы; РЦ – редуценты.

Растения в процессе фотосинтеза усваивают солнечную энергию, потребляют из почвы минеральные вещества и воду, из атмосферы – углекислый газ, образуя при этом органические вещества и выделяя кислород:

6 СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

В связи с этим растения называются продуцентами. В общем случае продуценты – организмы, которые синтезируют органические вещества из минеральных, используя энергию света. Животные потребляют кислород, поедают растения и, окисляя органические вещества растений, выделяют СО₂ и Н₂О. Животные являются консументами – организмами, которые питаются органическими веществами, используя энергию их окисления для процессов жизнедеятельности. Бактерии, грибы и другие организмы перерабатывают мёртвую органику, превращая в минеральные соединения, которые усваиваются растениями. Эта группа организмов называется редуцентами.

Таким образом, биологический круговорот основан на способности одних организмов пользоваться отходами других.

Кроме биологического или малого круговорота веществ в природе существует геологический или большой круговорот веществ между атмосферой, гидросферой и литосферой.

Из биологического круговорота выпадает лишь небольшой процент атомов. Эти вышедшие из жизненного процесса биогенные атомы попадают в косную (неживую) природу, тем самым играя огромную роль в истории биосферы (каменный уголь образован древними растениями, меловые и известковые отложения образовались из раковин древних фораминифер и кораллов). Вернадский делает обобщение: «Мы имеем здесь дело с новым процессом – медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности».

Учение о биосфере создал В.И. Вернадский. Биосфера, говорит он, единственная область земной коры, занятая жизнью. Жизнь может проявляться только в определённой среде, в определённых физических и химических условиях. Этим условиям отвечает биосфера, которая составляет верхнюю оболочку, или геосферу, нашей планеты.

Условия среды, которые существуют здесь, различны, но в течение миллионов лет жизнь в виде отдельных элементов (организмов) приспособилась к ним и постепенно захватила биосферу. Существование организмов невозможно без источника, откуда они берут необходимые для дыхания и питания вещества.

По способу питания Вернадский делит живое вещество на две резко различные группы:

1. Автотрофные организмы, в своём питании независимые от других организмов и использующие неорганические вещества;

2. Гетеротрофные организмы, использующие органические вещества, созданные другими организмами.

Автотрофы можно в свою очередь разделить на две группы:

1. Зелёные автотрофные растения, существование которых определяется областью проникновения солнечных лучей. Их масса очень велика, они создают органические вещества и выделяют О₂;

2. Автотрофные бактерии, живущие за счёт окисления S, Fe, N, С. Окисляющие бактерии играют огромную роль в геохимической истории этих элементов. Вынужденные выискивать среду существования, они распространяются в почве, иле, морской воде.

Главная масса живого вещества сосредоточена в охваченной солнечным светом части планеты; при этом сгущения жизни тем больше, чем ярче это освещение. Здесь же собраны и гетеротрофные организмы, существование которых зависит от продукции зелёных растений.

Гетеротрофные организмы и зелёные бактерии проникают и в области биосферы, лишённые света, в зелёные пещеры и морские глубины.

Каждый организм имеет свои пределы жизни. Споры грибов и некоторых бактерий выдерживают температуру в 140^оС и в течение 20 часов могут выдерживать 252^оС. Споры бактерий в жидком воздухе сохраняли жизнеспособность в течение нескольких месяцев при температуре 200^оС. Грибы и бактерии выдерживают Р = 3000 атм., дрожжи 8000 атм.

Коротковолновые лучи убивают все формы жизни.

Анаэробные бактерии живут в среде, лишённой свободного О₂; автотрофные бактерии – в среде богатой минеральными солями. Есть микроорганизмы, распространённые в горячих борных источниках и выдерживающие 10% раствор HCl .

Животным и растениям для жизни необходим О₂. В биосфере можно определить верхний и нижний пределы поля жизни.

Жизнь не может зайти за пределы стратосферы, за исключением человека, вылетающего сейчас в космос. Именно озоновый экран, поглощающий космические коротковолновые излучения, является границей возможной жизни.

Фактически организмы распространяются ниже его границы. До 5 км, в редких случаях до 10 км, с потоками воздуха, с пылью могут подниматься в атмосферу мельчайшие споры и микроорганизмы. Из птиц только кондор поднимается до 7 км. В горах на высоте 8 км наблюдались тли, бабочки встречались ниже на высоте 6,5 км. Лишь тонкий слой атмосферы, исчисляемый десятками метров, переполнен жизнью.

Лекция 15. ТЕХНОСФЕРА И НООСФЕРА

План лекции

1. Понятие о техносфере и антропогенном обмене веществ.

2. Понятие «ноосфера».