Основные свойства биосферы


Область распространения живых организмов включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть твердой оболочки (литосферы).

Биосфера, являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотиче­ской части.

Абиотическая часть представлена: почвой и подстилаю­щими ее породами до глубины, где в них еще есть живые орга­низмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физи­ческой средой порового пространства; атмосферным возду­хом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь – биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов бла­годаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечи­вая обмен веществом между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат три биогеохимических принципа, сформулированных В.И. Вернадским:

· Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению, к «всюдности» жизни.

· Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.

· Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца.

Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремле­нии живых организмов «захватить» все мало-мальски приспо­собленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы. Имеет свои гра­ницы в планетарном масштабе и биосфера.

В.И. Вернадский четко обозначает верхний и нижний пределы рас­пространения жизни. Верхний - обусловливается лучистой энер­гией, приходящей из космоса, губительной для живых существ. Речь идет о жестком ультрафиолетовом излучении; оно задержи­вается озоновым экраном, граница которого проходит на высоте около 15-25 км. Это верхняя граница биосферы.

Лишь тонкий слой тропосферы (менее 100 м над поверхностью Земли) наиболее наполнен жизнью. Основная часть аэропланктона сосредоточена на высоте 1,0-1,5 км. До высоты 3 км атмосфера освоена как растительными, так и животными организмами, здесь произрастают вероника, рододендрон, кедровый стланик, змееголовник, мхи, лишайники. Жилье человека можно встретить на высоте 5 км. Наиболее высоко поднимаются кондоры – 7 км. Споры бактерий и грибов обнаруживают на высоте 20-22 км.

Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах. В литосфере выделяют 3 геотермические провинции: изотерма 100 °С проходит на глубине 10-15 км, 3,5-5,5 и 1,5-2,5 км. Нижняя граница жизни в литосфере принята за 4,5 км, где еще могут встречаться бактерии. На глубине 2,2 км в песчанике, пропитанном нефтью, насчитывается до 10 млн./г серобактерий.

Наибольшую мощность биосфера имеет в океане: от по­верхности до максимальных глубин в нем обитают живые су­щества.

На рис. 1 наглядно показаны границы биосферы - от вы­сот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тыс. атм. Это стало возмож­ным потому, что пределы толерантности температур у различ­ных организмов - от абсолютного нуля до +180 °С, некото­рые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов - от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации. Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, т.е. у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможно­сти к распространению.

IMG

Рис. 1. Границы биосферы

1 – озоновый слой, 2 – граница снегов, 3 – почва, 4 – животные,

обитающие в пещерах, 5 – бактерии

В таблице 1 представлены некоторые количественные характеристики биосферы и других геосфер Земли.

Таблица 1 – Сравнение биосферы с геосферами

Сфера

Масса, т

Время оборота, лет

Литосфера

5,1х1019

5х107

Атмосфера

5,15х1015

2х104

Гидросфера

1,5х1018

3х104

Биота биосферы

2,42х1012

8-10

Наглядным является сравне­ние В.М. Гольдшмидтом литосферы с каменной чашей массой около 6 кг. В этом случае масса гидросферы будет соответствовать массе воды в такой чаше (около 0,4 кг), масса атмосферы станет сравнимой с массой медной монеты, брошенный в чашу, а живого вещества - с массой почтовой мар­ки.

Масса живого вещества ничтожна. Видно, что биосфера, составляя менее 10-6 массы литосферы и гидросферы, будучи более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы, 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. 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, большую часть массы почвы, огромную массу минеральных веществ. И не только пропустили, но и в соответствии со своими потребностями видоизменили всю земную среду.

Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя особенностя­ми: во-первых, в ней в значительном количестве содержится жидкая вода; во-вторых, на нее падает мощный поток солнеч­ной энергии; в-третьих, в биосфере проходят поверхности раз­дела между веществами, находящимися в трех фазах - твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для ак­тивного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы.