Биосфера

      С возникновением на Земле жизни стала  возможной непрерывная циркуляция между гидросферой, литосферой и атмосферой химических элементов (Р, N, С, 0₂, S и др.), которые в своих превращениях проходят через живое вещество: они поступают из внешней среды в организмы, а после их отмирания возвращаются обратно. Такая циркуляция получила название биогеохимического круговорота (или циклов). Если не учитывать поступающего в биосферу космического вещества в виде метеоритов, пыли, то можно считать, что количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным в течение геологических периодов.

Однако  часть вещества в результате геологических  изменений может надолго исключаться  из этого круговорота. Это биогенные  отложения: известняки, каменный уголь, нефть и др., которые многие тысячелетия  лежат в земной коре, хотя и не исключено их повторное включение в биосферный круговорот.

      Итак, между неорганической и органической материей на Земле существует неразрывная  связь, постоянный круговорот веществ  и превращение энергии из одной  формы в другую. Круговорот веществ  подчиняется закону сохранения вещества и энергии, так как каждый живой организм благодаря существующим цепям питания после окончания жизненного цикла возвращает в окружающую среду все, что взял из нее в течение жизни. Большая часть составляющих неживую природу атомов вновь возвращается в живое вещество, и лишь незначительная выбывает из жизненного цикла за пределы биосферы. Миграция атомов из организма в среду и наоборот не прекращается ни на секунду и была бы невозможна, если бы элементарный химический состав организмов не был бы близок к химическому составу земной коры. Благодаря круговороту веществ и потоку энергии обеспечивается длительное существование жизни. В противном случае запасы необходимых веществ на Земле очень быстро были бы исчерпаны. Таким образом, круговорот является необходимым условием существования экологической системы планетарных масштабов — биосферы.

      К концепции биосферы В. И. Вернадский подошел после того, как установил  роль и значение организмов в процессах  геохимической миграции атомов. Это  в свою очередь привело ученого к идее биогеохимических циклов элементов и связи планеты Земля с Космосом.

Жизнь на Земле возникла на основе круговорота  органического вещества вследствие того, что из него выделился биотический  круговорот. Живое вещество, которое  образовалось на Земле, вовлекало в грандиозный круговорот все элементы ее поверхности. Так называемая "сфера жизни" явилась гигантским аккумулятором и универсальным трансформатором солнечной энергии. Благодаря ей осуществляется активная связь Земли с Космосом. Если бы на Земле не было жизни, не было биосферы, то работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности планеты и их временному накапливанию. Солнечная энергия не совершала бы на Земле созидательной деятельности, так как она не могла бы ни удерживаться на ней, ни преобразовываться в необходимую для этого форму.

      Процесс фотосинтеза, преобразования атомов в  сложное органическое вещество, обладающее большими запасами  заключенной  в них энергии, осуществляют земные хлорофиллоносные растения. Процесс фотосинтеза, его биологическая сущность были раскрыты задолго до Вернадского, но именно он показал, что благодаря фотосинтезу меняется лик Земли. Преобразуя солнечную энергию в свободную (химическую, механическую, тепловую, электрическую и др.), живое вещество постоянно нарушает относительное химическое спокойствие, которое присуще планете самой по себе.

С момента  своего возникновения биосфера претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся  в увеличении разнообразия видов, усложнении их организации и росте биомассы. Благодаря деятельности хлорофиллоносных растений в атмосфере появился свободный кислород. При достижении им определенной концентрации (1 % от содержания в современной атмосфере) возник озоновый экран, защищающий живое вещество от жесткого ультрафиолетового излучения. При такой концентрации некоторые микроорганизмы выработали механизмы окислительного метаболизма. На этой стадии развития Земли возник окислительный обмен веществ и появились первые многоклеточные организмы.

      В геологических масштабах времени  и истории Земли происходили  значительные изменения: жаркий климат сменился холодным (период оледенения), чередовались подъемы и опускания  суши, менялись очертания и размеры  материков и океанов. Но, несмотря на это, жизнь продолжала существовать и развиваться. И именно благодаря ей изменился облик планеты Земля.