Биосфера. 
Экология

В результате изучения главы студент должен:

знать

• • особенности функционирования природных экосистем различных биомов;
• • глобальные последствия деятельности человека в биосфере;

уметь

• • анализировать конкретные производственные, служебные, бытовые ситуации в целях поддержания экологической обстановки на требуемом уровне;
• • оценивать перспективы использования новых достижений экологической науки при организации современных технологий и направлений бизнеса;

владеть

• навыками оценки экологического состояния данной природной территории и региона.

Строение и компоненты биосферы

Термин «биосфера» был впервые введен в лексику французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком (1744—1783). Позднее французский геолог Эдуард Зюсс в 1875 г. вновь обратил внимание научного мира на биосферу.

Развернутое учение о биосфере было создано великим русским естествоиспытателем академиком В. И. Вернадским (1926). Он определил биосферу как поверхностную оболочку Земли, созданную и преобразуемую деятельностью живых организмов.

Биосфера являет собой оболочку планеты Земля, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.

Биосфера распространяется в атмосфере до высоты в среднем 25 км, что определяется высотой локализации озонового слоя Земли, выше которого невозможно существование живых организмов из-за присутствия жесткого ультрафиолетового излучения. Биосфера занимает всю толщу гидросферы, включая максимальные глубины впадин Мирового океана (Марианская впадина — 11 022 м). В литосфере любые формы жизни не могут существовать глубже 5 км вследствие высокой температуры глубинных слоев земной коры. Здесь напомним, что литосфера — верхняя «твердая» оболочка Земли, достигает толщины 75 км на континентах и 10 км под дном океана.

Таким образом, толщина биосферы равна в среднем 36 км, что составляет приблизительно 0,5% величины земного радиуса.

Все три компоненты биосферы — атмосфера, гидросфера и литосфера — имеют свои специфические свойства, определяющие не только набор форм живых организмов, обитающих в данной части биосферы, но и их основные морфофизиологические особенности, формируя своим влиянием принципиальные пути эволюции и становление фундаментальных черт жизненных форм наземных, водных и почвенных организмов. Таким образом, воздушная, водная и почвенная оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства (рис. 4.1).

Таким образом, биосфера представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную экосистему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов — живого вещества.

На границах трех сред — атмосферы, гидросферы и литосферы — происходит интенсивный обмен веществ, причем здесь часто обитает больше видов, чем в близлежащих участках отдельных сред.

Рис. 4.1. Расположение биосферы в атмосфере, гидросфере и в литосфере.

Для биосферы характерно наличие:

• • вещества в трех агрегатных состояниях — жидком, твердом и газообразном;
• • большого количества воды в свободной форме;
• • большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения.

Образование биосферы на нашей планете явилось результатом удачного сочетания различных факторов, среди которых наибольшую роль сыграли космические предпосылки:

• • оптимальное расстояние от Земли до Солнца — 149,36 • 10⁶ км;
• • оптимальная скорость вращения Земли вокруг Солнца — 107 • 10³ км/ч;
• • вращение Земли вокруг своей оси;
• • угол наклона земной оси по отношению к плоскости орбиты — 23,5°.

Среди основных компонентов биосферы следует назвать следующие:

• • живое вещество планеты — вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период. По различным оценкам, биомасса живого вещества биосферы Земли составляет приблизительно 2324,2 • 10⁹ т;
• • биогенное вещество — органическое или органоминеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное к настоящему моменту в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти. Эти вещества возникли благодаря тому, что в геологическом прошлом большие массы живых организмов были похоронены под слоями неорганических отложений, таких как вулканический пепел, и претерпели метаморфозы в условиях дефицита кислорода;
• • биокосное вещество — неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов. Примерами биокосного вещества являются вода, воздух, железная и марганцевая руды. Эти составляющие биосферы приняли свой современный состав и форму во многом благодаря деятельности живых организмов. Например, повышение содержания кислорода в атмосфере произошло благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов.

Живое вещество составляет по массе исчезающее малую долю от массы нашей планеты, но при этом оказывает огромное влияние на атмосферу, гидросферу и поверхность литосферы. Живое вещество распределено по поверхности планеты крайне неравномерно (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Распределение живого вещества по поверхности планеты.

Существует мнение, что в действительности в океане биомасса значительно больше указанного в табл. 4.1 значения, что связано с относительно слабой изученностью Мирового океана. Поэтому реальное соотношение животных и растений в биосфере может не соответствовать приводимым данным.

Фундаментальным отличием живого вещества от косного является эволюционный процесс, непрерывно создающий новые формы живых существ. В настоящее время из всего известного науке количества биологических видов в биосфере 21% составляют растения, а 79% приходится на долю животных.

Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара.

Все основные функции, выполняемые в биосфере живыми организмами, можно свести в следующий список:

• • захват и запасание солнечной энергии в процессе фотосинтеза;
• • создание органического вещества и его перенос по планете;
• • концентрация химических элементов. Здесь необходимы некоторые пояснения. Дело в том, что живые организмы способны избирательно извлекать те или иные химические элементы из окружающей среды, концентрируя их в своих телах. В результате после смерти организма накопленные химические элементы оказываются сконцентрированными в одном месте, а при массовой гибели организмов в силу каких-либо причин могут возникать значительные запасы тех или иных химических элементов, порой приводящие к образованию месторождений полезных ископаемых (табл. 4.2);

Таблица 42

Концентрация химических элементов живыми организмами из рассеянного состояния

• • отложение органического вещества на длительный период (известняки, мел, каменный уголь, нефть и т. д.);
• • окислительно-восстановительная активность (анаэробные и аэробные организмы);
• • создание почвы и ее плодородного слоя;
• • санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков).