Учение о биосфере В.И.Вернадского

Биосфера  охватывает нижнюю часть атмосферы  до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». На развитие жизни, а, следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе.

Ограничивают  область распространения жизни  и слишком высокие или низкие

температуры. Элементы минерального питания также  влияют на развитие жизни. К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

В планетарной  биосфере выделяют континентальную  и океаническую биосферы, которые отличаются геологическими, географическими, биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100C⁰ в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км.

Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км. Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше

наибольших  плотностей озонового экрана, что составляет 22-24 км.        Следовательно, предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким.

           На основе работ В. И. Вернадского и других исследователей, внесших большой вклад в изучение биосферы планеты, предлагается различать три основные ее формы:

·  формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды, семейства и др., принятые в ботанике и зоологии;

·  биогеографические формы – территории, характеризующие географическое распространение и распределение растений и животных, специфику флоры и фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д. Отдельно выделяются

ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие представление о составе и характере флоры и фауны;

· экологические формы, известные под названием экосистем (биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп – это участок с однородными экологическими условиями, занятый определенными биоценозами,

экотоп  – это место обитания сообщества.

 В  отличие от биотопа, понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды. Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного участка, представляющего собой местообитание конкретного сообщества. Экологические формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах.

Вещественный  состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский

включает  в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

q       живое вещество;

q             биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми

организмами (горючие ископаемые, известняки и  т. д.);

q             косное вещество, образуемое без  участия живых организмов

(твердое,  жидкое и газообразное);

q             биокосное вещество – косное  вещество, преобразованное живыми

организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);

q             вещество радиоактивного распада  (элементы и изотопы уранового,

ториевого и актиноуранового ряда);

q             рассеянные атомы земного вещества  и космических излучений;

q             вещество космического происхождения  в форме метеоритов,

космической пыли и др.

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для

развития  живого вещества имеют следующие  ее элементы (сверху вниз):

§                    слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

§                                     педосфера, или почвенный покров;

§                                     ландшафтно-экологические системы  –

функциональные  системы, включающие живые организмы  и среду их обитания;

§                                     кора выветривания, т. е. зона

разрушения  и преобразования горных пород, их минерально-геохимических

изменений в верхней части земной коры под  воздействием различных факторов;

§                                     древняя биосфера (палеобиосфера) –

комплекс  горных пород, рельефа и других ландшафтных  компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;

§                                     многочисленные минералы верхней части

земной  коры и биосферы: глины, известняки, бокситы и т. д.;

§                                     природные воды осадочной оболочки;

§                                     миллионы органических и

органоминеральных соединений: уголь, графит, гумусовые  вещества, нефть,

природные газы;

§                                     минеральные ресурсы биосферы и  земной

коры, распространенные в форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины и т. д.

 Все  они – главный источник сырья  для металлургии, химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и использование

в экономике  растут год от года.

         Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом  сложнейшего механизма геологического и биологического развития косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой – результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы – это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ.

        Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения . Для объяснения большой суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты, которые действительно показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей органической массы.

Ученый  подсчитал, что поверхность Земли  составляет меньше одной

десятитысячной  поверхности Солнца. Общая же площадь  трансформационного

аппарата  зеленых растений в зависимости  от времени года составляет уже от

0,86 до 4,2% площади поверхности Солнца. Разница  колоссальная. Этот зеленый энергетический потенциал и лежит в основе сохранения и поддержания всего живого на нашей планете.

          В.И. Вернадский так же, как и Ламарк 140 лет назад попытался дать главные исчерпывающие признаки каждого царства живого. И чем больше он вникал в проблему, тем более ясно становилось, что вырисовывается новый разрез мира.

В.И. Вернадский составил таблицу из 16-ти пунктов, где  рассмотрел несходство живого и неживого в физическом, химическом и термодинамическом смысле.

Анализ  таблицы показывал, что в природе  нет никаких переходов от неживого к живому: они настолько противоречивы, что живое ни при каких условиях не может происходить от неживого. Организм и косную материю разделяет непроходимая стена. Принцип итальянского естествоиспытателя и врача Франческо Реди, гласящий, что живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом проходит резкая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие, - получил свое подтверждение . 

                   
 
 
 
 
 

                       2.3. Структура и функции биосферы   

                 

     Атмосфера. Это воздушная оболочка,  состоящая в основном из азота

и кислорода; достигает мощности до 20000 км. В меньших  концентрациях она

содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны, у которой нет атмосферы.

Исторически развитие атмосферы связано с  геохимическими процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды

образовались  в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере)

вулканической активности, а кислород – в результате фотосинтеза. 
 

     Гидросфера. Вода является важной составной частью всех компонентов

биосферы  и одним из необходимых факторов существования живых организмов.

Основная ее часть (95%) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод составляет свыше 1300 млн. км³. Около 24 млн. км³ воды содержится в ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной покров Антарктиды.

 Столько  же воды содержится под землей. Поверхностные воды озер составляют приблизительно 0,18 млн. км³ (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн. км³.

Количество  воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км³ . Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах изменяется в широких пределах в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере. 
 

     Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах

литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами – продуктами жизнедеятельности организмов. 
 

     Биотический круговорот. Главная функция биосферы заключается в

обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический

круговорот  осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами – гетеротрофами – разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.