Биосфера - оболочка жизни

Планета Земля уникальна среди других планет Солнечной системы. Только на ней в тонком слое, где взаимодействуют вода (гидросфера), земля (литосфера) и воздух (атмосфера), обитают живые организмы, в том числе и человек. Этот слой называется биосферой - от греческих слов «биос» (жизнь) и «сфера» (шар).

Биосфера - это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. В нее входят не только растительный покров и животные, населяющие нашу планету, но и все реки, озера, моря, океаны, весь почвенный слой и самый верхний слой земной коры - зона выветривания, а также значительная часть атмосферы. Верхняя граница биосферы находится на высоте 15-20 км от поверхности земли, в стратосфере. Верхний предел жизни ограничивается ультрафиолетовыми лучами и космическими излучениями. Нижняя граница жизни проходит по литосфере на глубине 2-3 км (здесь в нефтеносных слоях были обнаружены бактерии) и по дну океана в гидросфере. Жизнь в основном сосредоточена в верхней части литосферы - в почве и на ее поверхности - ив верхней части гидросферы. Таким образом, средняя толщина биосферы составляет 12-17 км, а максимальная не превышает 33-36 км.

Термин «биосфера» ввел австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г., понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «лик Земли». Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому. Основы этого учения он изложил в своей книге «Биосфера», опубликованной в 1926 г Он доказал, что совокупность живых организмов, когда-либо обитавших и обитающих на Земле, играет огромную роль в ее геологической эволюции, а также во всех физических и химических процессах, протекающих на земной поверхности и в толще вод.

В. И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: 1) живое вещество, 2) биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и т. п., создаваемые и перерабатываемые живыми организмами), 3) косное вещество, образованное в результате процессов, в которых живые организмы не участвуют (например, горные породы, возникающие при извержении вулканов), 4) биокосное вещество, создаваемое одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы (например, почва), 5) радиоактивное вещество, 6) рассеянные атомы, 7) вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Центральным звеном в концепции В. И. Вернадского является представление о живом веществе. «Живые организмы, писал Вернадский, являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Живые организмы обладают очень высокой геохимической активностью. Они способны усваивать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и использовать ее для образования сложных соединений из простых веществ, имеющихся на Земле. Деятельность живых организмов дает начало многочисленным цепочкам физико-химических превращений веществ - распаду, трансформации и синтезу. В результате этих превращений формируются «биокосные природные тела», объемы которых вполне позволяют сопоставить биосферу с другими земными оболочками. В течение миллиардов лет живое вещество на Земле использовало и трасформировало в ходе образования биокосных тел колоссальное количество солнечной энергии. Довольно значительная доля этой энергии заключена в недрах Земли в виде полезных ископаемых органического происхождения (уголь, нефть). Однако еще большее количество на протяжении геологической истории планеты было использовано для формирования различных горных пород биокосного происхождения - от осадочных известняков до значительной части железных руд, а также для накопления огромных масс солей, растворенных в воде океанов, и, наконец, кислорода, входящего в состав земной атмосферы.

«Можно без преувеличения утверждать,- писал В. И. Вернадский,- что химическое строение наружной коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами.

Жизнь - это связующее звено между космосом и Землей, которое способно использовать энергию, приходящую из космоса, трансформировать минеральные вещества, создавать новые формы материального мира. Появление жизни - это качественно новый этап эволюции Земли. Пленка жизни, возникшая около 3,5-3,8 миллиарда лет тому назад, (что сопоставимо с возникновением Земли - около 4-4,5 миллиарда лет) многократно ускорила все геохимические процессы за счет способности поглощать и утилизовать энергию Солнца. Сравнение ровесниц - Земли и Луны - наглядно демонстрирует эффективность жизни как катализатора процесса развития нашей планеты.

Решающее значение в образовании биосферы и современного состава атмосферы имело появление на Земле растений. Это единственная группа организмов, способная синтезировать органическое вещество первооснову существования и развития живого мира - из минеральных веществ, используя углекислый газ, воду и солнечную энергию.

Известен и другой способ создания органического вещества - с использованием не солнечной, а химической энергии (хемосинтез), однако он не существенен для общего уровня биомассы (дает небольшое количество органических веществ), хотя играет важную роль в кругообороте азота и ряде других биосферных процессов.

Биосфера – это единая сложная экосистема, осуществляющая улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живыми организмами и окружающей их средой. Она способна поддерживать равновесное состояние между всеми своими составляющими. Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы является круговорот веществ с превращением энергии. Он слагается из множества циклических процессов, каждый из которых представляет последовательный ряд изменений веществ, чередующихся с временным состоянием равновесия. Известны глобальные процессы круговорота воды на Земле, круговороты кислорода, углерода, азота, минеральных веществ. Их обеспечивают питание, дыхание, размножение, гибель множества организмов и связанные с ними процессы синтеза, накопления и распада органического вещества. Этими круговоротами обеспечивается миграция атомов химических элементов (прежде всего биогенных - С, Н, О, N. Р.) - их биогеохимические циклы, в ходе которых они много раз проходили через живое вещество. Например, весь кислород атмосферы проходит через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ - за 200-300 лет, а вся вода биосферы - за 2 млн. лет.

Элементарный состав живого вещества отличается от состава других оболочек Земли прежде всего высоким содержанием углерода (18 %). По содержанию других элементов живые организмы также не повторяют состава среды: они избирательно поглощают из нее химические элементы, соответствующие их эволюционно сложившемуся обмену веществ.

Наличие пищевых цепей и взаимоотношения живых организмов с неорганической природой обусловливают определенную стабильность биосферы. Однако изменения условий среды обитания, основных составных частей экосистемы и непродуманные действия людей могут нарушить сложившееся равновесие.

Экосистемы не изолированы друг от друга. Множество видов растений и животных можно встретить в различных экосистемах, а некоторые виды (перелетные птицы) в зависимости от времени года мигрируют в другие экосистемы. Процессы в одной экосистеме неизбежно затрагивают и другие, так, частицы почвы, отравленной пестицидами, вымываемые с суши, могут сильно влиять на жизнь в водоемах, что свидетельствует о неразрывной связи всех звеньев живого в биосфере.