Биосфера

 История изучения биосферы

Тер­мин «био­сфе­ра» пред­ло­жил 1875 году ав­стрий­ский гео­лог Эду­ард Зюсс. Но тогда это по­ня­тие не по­лу­чи­ло боль­шо­го рас­про­стра­не­ния. В 1925 г. рус­ский химик и ми­не­ра­лог В.И. Вер­над­ский сфор­му­ли­ро­вал уче­ние о хи­ми­че­ском со­ста­ве и пла­не­тар­ной (гео­ло­ги­че­ской) роли жи­во­го ве­ще­ства, ко­то­рое и легло в ос­но­ву со­вре­мен­ных пред­став­ле­ни­ях о био­сфе­ре (рис. 1).

Рис. 1. Порт­ре­ты ос­но­во­по­лож­ни­ков изу­че­ния био­сфе­ры

 Работы Вернадского

Со­глас­но В.И. Вер­над­ско­му, био­сфе­ра – это обо­лоч­ка Земли, сфор­ми­ро­ван­ная жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. 

Вер­над­ский счи­тал, что под вли­я­ни­ем че­ло­ве­ка био­сфе­ра пе­ре­хо­дит в новое эво­лю­ци­он­ное со­сто­я­ние – но­осфе­ру.
Но­осфе­ра – сфера вза­и­мо­дей­ствия об­ще­ства и при­ро­ды, в гра­ни­цах ко­то­рой ра­зум­ная че­ло­ве­че­ская де­я­тель­ность ста­но­вит­ся опре­де­ля­ю­щим фак­то­ром раз­ви­тия.

Ещё до работ В.И. Вер­над­ско­го об­суж­да­лась роль фак­то­ров нежи­вой при­ро­ды (тем­пе­ра­ту­ры, влаж­но­сти, осве­щен­но­сти и т. д.) в функ­ци­о­ни­ро­ва­нии живых ор­га­низ­мов. Вер­над­ский же по­ка­зал и убе­ди­тель­но до­ка­зал, что су­ще­ству­ет об­рат­ная связь между живой и нежи­вой при­ро­дой, т. е. живые ор­га­низ­мы пре­об­ра­зу­ют и пе­ре­ме­ща­ют нежи­вую ма­те­рию.

По В.И. Вер­над­ско­му, на Земле пред­став­ле­но несколь­ко типов ве­ще­ства:

Живое ве­ще­ство

Нежи­вое ве­ще­ство (кос­ное ве­ще­ство)

Био­кос­ное ве­ще­ство

Био­ген­ное ве­ще­ство

 Живое вещество

Живое ве­ще­ство – со­во­куп­ность всех живых ор­га­низ­мов, по­кры­ва­ю­щих по­верх­ность Земли. То есть, ве­ще­ство, из ко­то­ро­го со­сто­ят живые ор­га­низ­мы.

Их общая сухая масса со­став­ля­ет около 3 млрд тонн. Эта ве­ли­чи­на несу­ще­ствен­на по срав­не­нию с мас­сой пла­не­ты Земля. Почти 90% био­мас­сы всех живых ор­га­низ­мов со­став­ля­ют рас­те­ния, а доля био­мас­сы оке­а­на на два по­ряд­ка мень­ше, чем био­мас­са суши.

 Неживое вещество

Нежи­вое (кос­ное) ве­ще­ство – все те струк­тур­ные ве­ще­ства на Земле, ко­то­рые никак не за­тра­ги­ва­ют­ся де­я­тель­но­стью живых ор­га­низ­мов. На­при­мер, глу­бин­ные гор­ные по­ро­ды или ре­лик­то­вые лед­ни­ки.

 Биокосное вещество

Био­кос­ное ве­ще­ство – ма­те­рия, ко­то­рая со­дер­жит в себе нежи­вое ве­ще­ство, пре­об­ра­зо­ван­ное жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. На­при­мер, почва (рис. 2). По­верх­ность земли прак­ти­че­ски пол­но­стью пре­об­ра­зо­ва­на жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми.

Рис. 2. Живое и био­кос­ное ве­ще­ство почвы

 Биогенное вещество

Рис. 3. Био­ген­ные ма­те­ри­а­лы: ка­мен­ный уголь (слева) и мел (спра­ва)

Био­ген­ное ве­ще­ство не со­дер­жит живых ор­га­низ­мов, но было об­ра­зо­ва­но при их уча­стии. На­при­мер, за­ле­жи ка­мен­но­го угля и от­ло­же­ние био­ген­но­го из­вест­ня­ка или мела (рис. 3).

Диапазон биосферы

Гра­ни­цы био­сфе­ры

Био­сфе­ра за­хва­ты­ва­ет всю гид­ро­сфе­ру, ниж­ние слоя ат­мо­сфе­ры и верх­нюю часть ли­то­сфе­ры.

Вся гид­ро­сфе­ра Земли, как прес­ная, так и со­ле­ная часть, за­се­ле­на жи­вы­ми су­ще­ства­ми.

Мак­си­маль­ная плот­ность био­мас­сы на­хо­дит­ся, как пра­ви­ло, в по­верх­ност­ном слое воды.

Живые ор­га­низ­мы встре­ча­ют­ся даже на оке­ан­ском дне и в глу­бине мор­ских от­ло­же­ний. Дно Ма­ри­ан­ской впа­ди­ны (11 км в глу­би­ну) счи­та­ет­ся ниж­ней точ­кой рас­пре­де­ле­ния живых ор­га­низ­мов в Ми­ро­вом оке­ане, то есть ниж­ней гра­ни­цей био­сфе­ры.

Ли­то­сфе­ра по­кры­та жиз­нью толь­ко на самой по­верх­но­сти зем­ной коры. Жизнь ухо­дит в глубь ли­то­сфе­ры за счи­тан­ные метры. Хотя следы мик­ро­ор­га­низ­мов об­на­ру­жи­ва­ют­ся даже на глу­бине несколь­ко ки­ло­мет­ров.

В ат­мо­сфе­ре жизнь пре­иму­ще­ствен­но со­сре­до­то­че­на у по­верх­но­сти земли, в несколь­ко де­сят­ком мет­ров. Выше ле­та­ют неко­то­рые птицы и на­се­ко­мые. Неред­ко на­се­ко­мых, пыль­цу рас­те­ний и дру­гой био­ло­ги­че­ский ма­те­ри­ал, за­бра­сы­ва­ет воз­душ­ны­ми по­то­ка­ми на вы­со­ту, более 10 км. По­это­му верх­няя гра­ни­ца био­сфе­ры обо­зна­че­на услов­но по вы­со­те озо­но­во­го экра­на, около 20 км над уров­нем моря. Выше живые ор­га­низ­мы гиб­нут от жест­ко­го уль­тра­фи­о­ле­та.

Таким об­ра­зом, жизнь со­сре­до­то­че­на в узкой плен­ке на по­верх­но­сти Земли, в месте, где кон­так­ти­ру­ют ли­то­сфе­ра, гид­ро­сфе­ра и ат­мо­сфе­ра.

По мере уда­ле­ния в вы­со­ту или в глу­би­ну плот­ность био­мас­сы па­да­ет и би­о­раз­но­об­ра­зие сни­жа­ет­ся.

Вли­я­ние жизни рас­про­стра­ня­ет­ся даль­ше зоны оби­та­ния ор­га­низ­мов. Так, зна­чи­тель­ная часть по­верх­но­сти Земли пред­став­ле­на био­ген­ным ве­ще­ством, ко­то­рое сфор­ми­ро­ва­лось при непо­сред­ствен­ном уча­стии живых ор­га­низ­мов.

Жизнь в толще гор­ных пород

О су­ще­ство­ва­ние жизни в глу­бине ли­то­сфе­ры уда­лось узнать, бла­го­да­ря бу­ре­нию оса­доч­ных пород. Ока­за­лось, что внут­ри коры вы­вет­ри­ва­ния, жизнь может опус­кать­ся до глу­би­ны 3–7 км. На такой глу­бине ор­га­низ­мы пред­став­ле­ны хе­мо­син­те­зи­ру­ю­щи­ми бак­те­ри­я­ми.

Дно био­сфе­ры

Ниж­няя гра­ни­ца био­сфе­ры про­хо­дит по оке­ан­ско­му дну, вплоть до глу­би­ны до мак­си­маль­но глу­би­ны Ми­ро­во­го оке­а­на – 11 км. Жизнь там про­те­ка­ет в со­вер­шен­но дру­гих усло­ви­ях. Огром­ное дав­ле­ние, в ты­ся­чу раз пре­вос­хо­дя­щее по­верх­ност­ное, и пол­ное от­сут­ствие света при­во­дит к фор­ми­ро­ва­нию спе­ци­фи­че­ских, не за­ви­ся­щих от солн­ца со­об­ществ живых ор­га­низ­мов, глав­ны­ми про­ду­цен­та­ми там яв­ля­ют­ся не рас­те­ния, а ав­то­троф­ные хе­мо­син­те­зи­ру­ю­щие бак­те­рии, по­лу­ча­ю­щие энер­гию хи­ми­че­ским путем.

По­то­лок био­сфе­ры

Во время ура­га­нов или из­вер­же­ния вул­ка­нов, силы при­ро­ды могут за­бра­сы­вать живые ор­га­низ­мы на огром­ную вы­со­ту. В усло­ви­ях раз­ря­жен­ной ат­мо­сфе­ры и низ­кой тем­пе­ра­ту­ры они быст­ро по­ги­ба­ют, но пыль­ца и споры со­хра­ня­ют­ся. А наи­бо­лее вы­со­ко ле­та­ю­щи­ми жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми яв­ля­ют­ся гор­ные гуси, ре­гу­ляр­но за­ле­та­ю­щие на вы­со­ту в 10 и более км.