БИОСФЕРА ЗЕМЛИ - Биосфера - Организмы и окружающая среда

Каждое живое существо построено из живых частей и само входит в состав высшего целого, более сложной живой системы. Наиболее сложной из всех систем является живой покров Земли, включающий все живые существа нашей планеты. Чем больше мы всматриваемся, тем больше находим связей между живыми существами и, наконец, понимаем, что ни одно из них не может жить без других, как не может жить отрезанный палец. Ни один организм не обладает действительной автархией. Условия, необходимые для жизни каждого организма, создаются деятельностью других организмов... В каждый данный момент времени, от докембрия до наших дней, живой покров Земли всегда представлял организованное целое, существующее благодаря достаточно слаженному функционированию своих частей.

В.Н. Беклемишев

§1. БИОСФЕРА ЗЕМЛИ.

Жизнь создаёт е окружающей её среде условия, благоприятные для своего существования.

В.И. Вернадский

В эру научно-технического прогресса 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 Владимиром Ивановичем Вернадским. В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

Биосфера — не сбалансированная по веществу открытая боикосная система, — область существования живого вещества Вселенной. Включает в себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (например, кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т.п. — необратимо захороненный восстановленный углерод, железо, серу и пр.).

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 (ок. 20 км) — жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). На границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор, семян, пыльцы, цист, и пр., - так называемый атмосферный “планктон”); наибольшая концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек.

Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4-10 тонн (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.

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).

Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 10²⁴Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр, 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 10 Дж в год, поглощают 1,7-10 т СО2, выделяют около 11,5 10 т кислорода и испаряют 1,6-10 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.

В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, рос-

том и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт.