Биотические параметры и методы их определения. 
Биота как индикатор антропогенных воздействий

Биосфера.

В данном разделе термин «биосфера» используется в понимании французского естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка, который употребил его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном шаре. В 1875 г. этот термин был освоен профессором Венского университета геологом Эдуардом Зюссом в работе о строении Альп: он ввел в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком общем смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и выдающийся русский ученый-геохимик В. И. Вернадский в статье об истории рубидия в земной коре.

Биосфера занимает особое место по отношению к геосферам. Это своеобразная оболочка Земли, или область распространения жизни, отличается от геосфер и тем, что в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов и человека. Биосфера охватывает поверхность Земли, верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы — тропосферу. Границы биосферы определяются условиями, необходимыми для жизни различных организмов. Верхний предел жизни биосферы ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей. Физический предел распространения жизни в атмосфере — озоновый слой, поэтому его нижнюю границу можно рассматривать как верхнюю границу биосферы. Озоновый слой ограничивает распространение жизни, ибо выше него концентрация ультрафиолетовых лучей превосходит допустимую для живых организмов норму, а концентрация содержащегося там озона губительна для всех живых организмов, для которых критическим считается содержание озона 0,0005 об. %. В озоновом слое на высоте 15—26 км от поверхности Земли концентрация озона достигает 0,001 об. %, у земной поверхности — 0,7 об. %.

Верхняя граница биосферы находится под тонким озоновым слоем на высоте 16—20 км, а нижняя проникает в глубину земли до 3 км и океана — до 11 км. Нижний предел существования жизни традиционно определяют дном океана (максимум 11 022 м — глубина Марианской впадины) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 1000 °C (около 6 км по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове). В основном жизнь в литосфере распространена лишь на несколько метров вглубь, ограничиваясь почвенным слоем. Однако по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров, в ряде случаев достигая глубин от 3000 до 6000 м. По некоторым оценкам, пределы биосферы, возможно, намного шире, так как в гидротермах дна океана на глубинах около 3000 м при температуре 2500 °C обнаружены организмы. На таких глубинах давление составляет около 30 МПа (300 атм), что позволяет воде находиться в жидком состоянии, в то время как пределы жизни ограничены точками перехода ее в пар и сворачивания белков. Теоретически на глубинах 25 км относительно уровня моря должна быть критическая температура 4600 °C, при которой при любом давлении вода находится только в виде пара, а значит, жизнь невозможна.

По поверхности Земли жизнь распределена неравномерно. Существуют области ее повышенной концентрации — на границе раздела воды, воздуха и почвы. В. И. Вернадский назвал их «пленками жизни». В табл. 132 приведено распределение биомассы (количества живого вещества) на планете Земля.

Как следует из приведенных данных, основную часть биомассы суши составляют зеленые растения (99,2%), в океане — животные (93,7%).

Общая биомасса планеты составляет более 2 трлн т. Строение растений во много раз сложнее строения бактерий, а строение животных еще сложнее, чем у растений. Как правило, с усложнением строения организмов увеличивается их видовое разнообразие. Биомасса организмов, напротив, с увеличением их сложности уменьшается. Соотношение масс организмов принято называть «пирамидой биомассы».

Таблица 132

Распределение биомассы растений, животных и микроорганизмов (по В. В. Дмитриеву, Г. Т. Фрумину, 2004).

Биосфера — единственное место обитания человека и других живых организмов, причем из концепции В. И. Вернадского и ряда других ученых следует закон незаменимости биосферы: биосфера — это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Из приведенного закона следует, что конечная задача охраны природы — это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческого общества.

Наукой установлено, что потоки биологического синтеза и разложения вещества в биосфере с высокой точностью (до десятых долей процента) совпадают друг с другом, образуя сложную систему биологических циклов. Эта система подчиняется принципу Ле Шателье — Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Физический принцип Ле Шателье — Брауна, основанный на моделях неживой природы, справедлив и для условно равновесных (квазистационарных) природных систем, в том числе экологических. Этот же принцип объясняет причину негативного действия закона снижения энергетической эффективности природопользования: чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.

В истории биосферы нарушения цикличности и действия рассматриваемого принципа проявляются в форме экологических кризисов: локальных, региональных, глобальных. В настоящее время кризис определяется как неразрешимое противоречие между утвердившейся в истории цивилизации практикой природопокорительного отношения общества к окружающей среде и способностью биосферы поддерживать систему естественных биохимических циклов самовосстановления.

Развитие экологического кризиса в значительной степени связано с техногенными процессами, с увеличением объемов и темпов хозяйственной деятельности, которая в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами производства. Воздушный бассейн, водные объекты и почвы в районах крупных промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрации которых существенно превышают предельно допустимые значения.

Особую опасность для нашей страны представляет деградация лесов — основного экологического богатства нашей страны. Причины их гибели разнообразны (табл. 133), но антропогенное воздействие — один из основных факторов их уничтожения в результате пожаров, усыхания, переруба и др. А последствия сплошных рубок и даже частичных вырубок губительны для всей биоты, а также крайне негативно сказываются на остальных геокомпонентах (рис. 114).

Таблица 133

Динамика изменения площади погибших лесов РФ от различных факторов, тыс. га.

(по данным Лесхоза).

Рис. 114. Последствия и результаты вырубки лесов (по Н. Н. Мамедову и И. Т. Суравегиной, 1996)