|
Биосфера
Биосфера (греч.
bios — жизнь, sphaira — шар, сфера) —
сложная наружная оболочка Земли, населенная
организмами, составляющими в совокупности
живое вещество планеты. Это одна
из важнейших геосфер Земли, являющаяся
основным компонентом природной среды,
окружающей человека.
Биосфера
— внешняя оболочка Земли, в которую
входят часть атмосферы до высоты
25—30 км (до озонового слоя), практически
вся гидросфера и верхняя часть
литосферы примерно до глубины 3 км.
Особенностью этих частей является то,
что они населены живыми организмами,
составляющими живое вещество планеты.
Взаимодействие абиотической части биосферы
— воздуха, воды и горных пород и органического
вещества — биоты обусловило формирование
почв и осадочных пород. Последние, по
В. И. Вернадскому, несут на себе следы
деятельности древних биосфер, существовавших
в прошлые геологические эпохи.
Впервые термин
«биосфера» был введен в науку
геологом из Австрии Э. Зюссом в 1875 г.
Он понимал под биосферой тонкую
пленку жизни на земной поверхности.Основы
учения о биосфере, которые актуальны
и в современной науке, были разработаны
В.И.Вернадским. Роль и значение биосферы
для развития жизни на нашей планете оказались
настолько велики, что уже в первой трети
XX в. возникло новое фундаментальное научное
направление в естествознании —учение
о биосфере, основоположником которого
является великий русский ученый В. И.
Вернадский.
Земля и окружающая ее среда сформировались
в результате закономерного развития
всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд
лет назад из рассеянного в протосолнечной
системе газопылеватого вещества образовалась
планета Земля. Как и другие планеты, Земля
получает энергию от Солнца, достигающую
земной поверхности в виде электромагнитного
излучения. Солнечное тепло — одно из
главных слагаемых климата Земли, основа
для развития многих геологических процессов.
Огромный тепловой поток исходит из глубин
Земли.
По новейшим данным, масса Земли составляет
6-1021 т, объем — 1,083* 1012 км3, площадь поверхности
— 510,2 млн км2. Размеры, а следовательно,
и все природные ресурсы нашей планеты
ограничены.
Наша планета имеет неоднородное строение
и состоит из концентрических оболочек
(геосфер) — внутренних и внешних. К внутренним
относятся ядро, мантия, а к внешним —
литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера
и сложная оболочка Земли — биосфера
Характеристика
и структура биосферы
В буквальном переводе термин “биосфера”
обозначает сферу жизни, и в таком
смысле он впервые был введен в
науку в 1875 г. австрийским геологом
и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 -
1914). Однако задолго до этого под другими
названиями, в частности "пространство
жизни", "картина природы", "живая
оболочка Земли" и т.п., его содержание
рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами
подразумевалась только совокупность
живых организмов, обитающих на нашей
планете, хотя иногда и указывалась их
связь с географическими, геологическими
и космическими процессами, но при этом
скорее обращалось внимание на зависимость
живой природы от сил и веществ неорганической
природы. Даже автор самого термина "биосфера"
Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли",
опубликованной спустя почти тридцать
лет после введения термина (1909 г.), не замечал
обратного воздействия биосферы и определял
ее как "совокупность организмов, ограниченную
в пространстве и во времени и обитающую
на поверхности Земли".
Первым из биологов, который ясно указал
на огромную роль живых организмов в образовании
земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он
подчеркивал, что все вещества, находящиеся
на поверхности земного шара и образующие
его кору, сформировались благодаря деятельности
живых организмов.
Факты и положения о биосфере накапливались
постепенно в связи с развитием ботаники,
почвоведения, географии растений и других
преимущественно биологических наук,
а также геологических дисциплин. Те элементы
знания, которые стали необходимыми для
понимания биосферы в целом, оказались
связанными с возникновением экологии,
науки, которая изучает взаимоотношения
организмов и окружающей среды. Биосфера
является определенной природной системой,
а ее существование в первую очередь выражается
в круговороте энергии и веществ при участии
живых организмов.
Очень важным для понимания биосферы было
установление немецким физиологом Пфефером
(1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:
· автотрофное - построение организма
за счет использования веществ неорганической
природы;
· гетеротрофное - строение организма
за счет использования низкомолекулярных
органических соединений;
· миксотрофное - смешанный тип построения
организма (автотрофно-гетеротрофный).
Биосфера (в современном понимании) - своеобразная
оболочка Земли, содержащая всю совокупность
живых организмов и ту часть вещества
планеты, которая находится в непрерывном
обмене с этими организмами.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы,
гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Атмосфера - наиболее легкая оболочка
Земли, которая граничит с космическим
пространством; через атмосферу осуществляется
обмен вещества и энергии с космосом.
Атмосфера имеет несколько слоев:
· тропосфера - нижний слой, примыкающий
к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем
сосредоточено около 80% газового состава
атмосферы и весь водяной пар;
· стратосфера;
· ноносфера - там “живое вещество” отсутствует.
Преобладающие элементы химического состава
атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие
высокой подвижности вода проникает повсеместно
в различные природные образования, даже
наиболее чистые атмосферные воды содержат
от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.
Преобладающие элементы химического состава
гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация
того или иного элемента в воде еще ничего
не говорит о том, насколько он важен для
растительных и животных организмов, обитающих
в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит
N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами.
Главной особенностью океанической воды
является то, что основные ионы характеризуются
постоянным соотношением во всем объеме
мирового океана.
Литосфера - внешняя твердая оболочка
Земли, состоящая из осадочных и магматических
пород. В настоящее время земной корой
принято считать верхний слой твердого
тела планеты, расположенный выше сейсмической
границы Мохоровичича. Поверхностный
слой литосферы, в котором осуществляется
взаимодействие живой материи с минеральной
(неорганической), представляет собой
почву. Остатки организмов после разложения
переходят в гумус (плодородную часть
почвы). Составными частями почвы служат
минералы, органические вещества, живые
организмы, вода, газы.
Преобладающие элементы химического состава
литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
Ведущую роль выполняет кислород, на долю
которого приходится половина массы земной
коры и 92% ее объема, однако кислород прочно
связан с другими элементами в главных
породообразующих минералах. Т.о. в количественном
отношении земная кора - это “царство”
кислорода, химически связанного в ходе
геологического развития земной коры.
Постепенно идея о тесной взаимосвязи
между живой и неживой природой, об обратном
воздействии живых организмов и их систем
на окружающие их физические, химические
и геологические факторы все настойчивее
проникала в сознание ученых и находила
реализацию в их конкретных исследованиях.
Этому способствовали и перемены, произошедшие
в общем подходе естествоиспытателей
к изучению природы. Они все больше убеждались
в том, что обособленное исследование
явлений и процессов природы с позиций
отдельных научных дисциплин оказывается
неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ - ХХ
вв. в науку все шире проникают идеи холистического,
или целостного, подхода к изучению природы,
которые в наше время сформировались в
системный метод ее изучения.
Результаты такого подхода незамедлительно
сказались при исследовании общих проблем
воздействия биотических, или живых, факторов
на абиотические, или физические, условия.
Так, оказалось, например, что состав морской
воды во многом определяется активностью
морских организмов. Растения, живущие
на песчаной почве, значительно изменяют
ее структуру. Живые организмы контролируют
даже состав нашей атмосферы. Число подобных
примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют
о наличии обратной связи между живой
и неживой природой, в результате которой
живое вещество в значительной мере меняет
лик нашей Земли. Таким образом, биосферу
нельзя рассматривать в отрыве от неживой
природы, от которой она, с одной стороны
зависит, а с другой - сама воздействует
на нее. Поэтому перед естествоиспытателями
возникает задача - конкретно исследовать,
каким образом и в какой мере живое вещество
влияет на физико-химические и геологические
процессы, происходящие на поверхности
Земли и в земной коре. Только подобный
подход может дать ясное и глубокое представление
о концепции биосферы. Такую задачу как
раз и поставил перед собой выдающийся
российский ученый Владимир Иванович
Вернадский (1863 - 1945).
|