Характеристика  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[1, с. 22].

     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[1, с. 22].

     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 - сложная природная система. Она  состоит из:

     живого  вещества;

     биогенного  вещества;

     косного вещества;

       биокосного вещества;

     радиоактивных элементов;

     вещества  космического происхождения.

     Живое вещество - это бесчисленного множество  живых организмов.

     Биогенное вещество - это вещество, созданное  и переработанное жизнью (каменные угли, известняки, битумы)[5. С 255].

     Косное  вещество - это вещество в образовании  которого жизнь не участвует (горные породы, газы).

     Биокосное вещество - это вещество, которое  создаётся одновременно живыми организмами  и косными процессами (природная  вода, кора выветривания, тропосфера).

     Радиоактивные элементы имеют сложный изотопный  состав, идущий из глубины, дисперсно  рассеянный, создающий и меняющий энергетику биосферы.

     Главные свойства биосферы, на которые обращал  внимание В.И. Вернадский:

     - наличие в ней жизни; 

     - наличие энергии живого вещества.

     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. 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.

     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)[1, с 63]. 
 

Структура биосферы

 

     Биосфера  включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается  в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия  живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат  жизнедеятельности организмов и  небиологических процессов (например, почвы)[9, с. 128].

     Косное  вещество биосферы.

     Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным  существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты  и ограничена слоем озона, который  задерживает губительные для  жизни коротковолновую часть  ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы  могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В  гидросфере земной коры организмы проникают  на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается  на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено  температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии[9, с. 128].

     Атмосфера.

     Газовая оболочка состоит в основном из азота  и кислорода. В небольших количествах  в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы  оказывает большое влияние на физические, химические и биологические  процессы на поверхности Земли и  в водной среде. Для биологических  процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания  и минерализации мертвого органического  вещества, диоксид углерода, участвующий  в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового  излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза[9, с. 128].

     Гидросфера.

     Вода - важнейший компонент биосферы и  один из необходимых факторов существования  живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности  земного шара и содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое  значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых  организмов. Диоксида углерода, содержащегося  в воде, в 60 раз больше, чем в  атмосфере. Гидросфера формировалась  в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической  истории Земли выделяла большое  количество водяного пара[9, с. 129].

     Литосфера.

     Основная  масса организмов, обитающих в  пределах литосферы, находится в  почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва  включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[9, с. 129].

     Живые организмы (живое вещество).

     Хотя  границы биосферы довольно узки, живые  организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы  организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным  образом на поверхности Земли, в  почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными  и микроорганизмами. Напротив, в  океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена  главным образом на суше. Суммарная  биомасса океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих  на Земле[9, с. 130].

     В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается  важная закономерность. Из общего числа  видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых  десятая часть - млекопитающие. Масса  живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических  процессах. Вещества и энергию, необходимую  для обмена веществ, организмы черпают  из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются  и разлагаются. Ежегодно, благодаря  жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы[9, с. 130]. 

  Среды обитания в биосфере

 

Под средой обитания понимают совокупность внешних природных  условий и явлений, в которые  погружены живые организмы, и  с которыми эти организмы находятся  в постоянном взаимодействии.  
 
 
 

Глобальный  характер человеческого  влияния на природу

 

     Как и все живые существа, человек  – часть природы. Животное только пользуется внешней средой и производит в ней изменения в силу своего присутствия, человек же изменениями  заставляет ее служить своим целям, господствует над ней. В настоящее  время развитие промышленного производства потребовало организации добычи огромного количества сырья, создания мощных источников энергии, что привело  к истощению запасов целого ряда ископаемых. Кроме того, возникла проблема загрязнения окружающей среды отходами промышленности, с/х, транспорта, строительства. Интенсивному загрязнению подвергаются атмосфера, вода, почва. Изменения, происшедшие  в природе в результате деятельности человека, приобрели глобальный характер и создали серьезную угрозу нарушения  природного равновесия. Такое положение  может стать препятствием на пути дальнейшего развития человеческого  общества и ставит вообще вопрос о  его существовании. Негативные изменения  показали необходимость пересмотра отношений между человеком и  природой.