Биосфера и ее границы

Биосфера и ее границы. Биосфера Земли
Оболочки планеты Земля. Развитие Земли, как и других планет Солнечной системы, имеет длительную геологическую историю. За это время возникли ее оболочки: литосфера, гидросфера и атмосфера.

Литосфера (от греч. Литое - камень и сфера - шар) - внешняя твердая оболочка глубиной 50-200 км. Она состоит из поверхностного слоя осадочных пород, которые формируются с участием живых существ (известняк, мел, кремнезем и др.), а также из гранита и нижнего базальтового слоя.

Совокупность всех водоемов (океанов, морей, рек, озер и т.п.) образует водную оболочку - гидросферу (от греч. Хидор - вода, влага), которая занимает почти 71% поверхности планеты. Толщина этой оболочки переменная и достигает в некоторых местах более 11 000 м. Газовая оболочка, расположенная над поверхностью литосферы и гидросферы, называется атмосферой (от греч. Атмос - пар). Ее нижняя часть до 15-18 км высотой (в умеренных широтах - до 8-12 км) называется тропосфера (от греч. Тропос - изменение, поворот). Здесь содержится взвешенная в воздухе водяной пар, способна передвигаться на значительные расстояния вследствие неравномерного прогрева поверхности Земли, формируются облака, возникают осадки (дождь, снег и т.п.). Температура тропосферы, особенно ее нижних слоев, непостоянна.

Над тропосферой находится стратосфера (от лат. Стратус-слой), которая достигает 80 км высотой. У верхней границы этого слоя возникает северное сияние (свечение газов, вызванное потоком электрически заряженных частиц, излучаемая Солнцем).

В стратосфере на высотах между 7-8 км (над полюсами), 17-18 км (над экватором) и 50 км сформировался особый озоновый экран (от греч. Озон - пахучий). Он имеет повышенную концентрацию молекул озона (03), который образуется под действием солнечной радиации из кислорода (О2). Озоновый экран имеет исключительное значение для существования биогеоценозов суши и биосферы в целом, отражая коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое губительно действует на живую материю.

Биосфера и ее границы. Понятие биосфера (от греч. Биос - жизнь) предложил в 1875 году австрийский геолог Э. Зюсс. Учение о биосфере как особую часть Земли, населенную живыми организмами, создал украинский ученый В. И. Вернадский (рис.2), хотя по его мнению, впервые к этой идее в своих работах приблизился французский биолог Ж.-Б. Ламарк.

Биосфера не образует отдельной оболочки Земли, а является частью геологических оболочек земного шара, заселенных живыми организмами, занимая верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижний слой атмосферы. Это - совокупность всех биогеоценозов Земли, единственная глобальная экосистема высшего порядка.

В.И. Вернадскому принадлежит также заслуга создания новой науки - биогеохимии - учение о геохимическую деятельность живых организмов. Она исследует роль живых организмов в преобразовании земной коры: разрушении горных пород, почвообразовании, формировании осадочных пород, круговорота, перераспределении и концентрации химических элементов в биосфере.

В глубь литосферы организмы могут проникать на относительно незначительные глубины, например, на глубинах 2-4 км обитают лишь некоторые группы бактерий, преимущественно в нефтеносных пластах. Проникновение живых существ в глубь литосферы ограничено высокой температурой (свыше 100 ° С) горных пород и подземных вод на глубинах 1,5-15 км. Зато в гидросфере жизни случается на любых глубинах, даже максимальных.

Распространение организмов в атмосфере (преимущественно спор и цист в состоянии анабиоза) ограничено озоновым экраном, ибо выше него все живое погибает под действием космического излучения. Максимальная высота, на которой обнаружены споры бактерий и грибов, составляет около 22 км. Самая высокая концентрация биомассы наблюдается там, где наиболее благоприятные и самые условия существования организмов - на границах отдельных оболочек Земли: литосферы и атмосферы, атмосферы и гидросферы и гидросферы и литосферы.

Учение В.И. Вернадского о ноосфере. Человек как часть природы должна подчиняться ее законам, а не пытаться их изменить (ойкуменическую мировоззрение).

В.И. Вернадский еще в первой половине XX века предвидел, что биосфера разовьется в ноосферу (термин, предложенный в 1927 году французскими философами Э. Лepya и П.Т. где Шарди-ном). Сначала В.И. Вернадский рассматривал ноосферу (от греч. Ноос-разум) как особую «умственную» оболочку Земли, которая развивается вне биосферы. Но впоследствии он пришел к выводу, что ноосфера - это новое состояние биосферы, при котором умственная деятельность человека становится определяющим фактором ее развития. В частности он отмечал, что биосфера переходит в новое состояние - ноосферу - под влиянием научной мысли и человеческого труда. Человечество все больше отличается от других компонентов биосферы как новая небывалая биогенная геологическая сила. Благодаря своей научной мысли, воплощенной в технических достижениях, человек осваивает те части биосферы, куда раньше она не проникала.

Для ноосферы, как нового качественного этапа в развитии биосферы, характерна тесная связь законов природы и социально-экономических факторов общества, основанный на научно обоснованном рациональном использовании природных ресурсов, которое предусматривает восстанавливаемость ко-лообигу веществ и потока энергии. Характерной чертой ноосферы является эколо-гизация всех сфер человеческой жизни. К решению любых проблем человек должен подходить с позиций экологического мышления, то есть сохранения и улучшения состояния природной среды.

Итак, ноосфера - это качественно новая форма организации биосферы, которая формируется в результате ее взаимодействия с человеческим обществом и предусматривает гармоничное сосуществование природы и человека.

Живое вещество биосферы и его свойства. Всю совокупность организмов на планете Земля Вернадский называл живым веществом. Основными ее характеристиками является суммарная биомасса, химический состав и энергия.

Энергия живого вещества биосферы прежде проявляется в способности организмов к размножению и распространению. Жизнь на нашей планете имеет значительную устойчивость к изменениям интенсивности различных экологических факторов, определяющим границы биосферы. В состоянии анабиоза организмы могут выдерживать значительные колебания температуры (от абсолютного нуля до +180 ° С), давления (от сотых долей атмосферы на значительных высотах до 1 000 атмосфер и больше на больших океанических глубинах). Поэтому живых организмов нет только в толще ледников и в кратерах действующих вулканов.

Одним из свойств живого вещества является ее постоянный обмен с окружающей средой. Вследствие этого через организмы проходит значительное количество химических элементов. Хотя в состав живых существ входят те же химические элементы, что и в неживых объектов, однако, как вам известно, в живых существах и неживой природе они находятся в разных соотношениях.

Живым организмам для осуществления биохимических процессов необходимы вещество и энергия, которые они получают из окружающей среды, при этом значительно превращая последнее. В результате постоянного и непрерывного обмена с окружающей средой, различные химические элементы поступают в живые существа, могут в них накапливаться, исходя из организма только через определенное время или сохраняясь в нем на всю жизнь. Постоянный круговорот веществ и поток энергии обеспечивает функционирование биосферы как целостной системы.

В процессе деятельности биосферы живое вещество (продуценты) способна накапливать солнечную световую энергию, превращая ее в энергию химических связей. Суммарная первичная продукция автотрофных организмов определяет биомассу биосферы в целом. Ученые подсчитали, что благодаря фотосинтезу ежегодно живое вещество Земли продуцирует около 160 млрд. тонн сухого органического вещества, из которого примерно 1 / 3 синтезируется биогеоценозами Мирового океана, а 2 / 3 - суши.

Биохимические функции живого вещества. Живое вещество биосферы выполняет разнообразные функции: газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную, которые связаны с процессами обмена веществ живых существ.

Газовая функция живого вещества заключается в воздействии живых организмов в процессе своей жизнедеятельности на газовый состав атмосферы, Мирового океана и почвы. Все аэробные существа при дыхании поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а зеленые растения и цианобактерии в процессе фотосинтеза, наоборот, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Жизнедеятельность организмов, например бактерий, может влиять на концентрацию других газов (сероводорода, метана, азота и др.).

Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что с помощью живых организмов в почве, воде и атмосферном воздухе окисляются (например, железобактериями способны окислять соединения железа, сиркобактерии - соединения серы и др.) или восстанавливаются (например, денитрифицирующие бактерии способны восстанавливать нитраты и нитриты до молекулярного азота или его оксидов) определенные соединения.

Концентрационная функция заключается в поглощении живыми существами определенных химических элементов из окружающей среды и накоплении их в своих организмах. Так, моллюски, фораминиферы, десятиногие раки, позвоночные животные могут накапливать в своих организмах неорганические соединения кальция и фосфора, радиолярии-стронция и кремния, бурые водоросли - йода и т.д..

ВЫВОДЫ

За период исторического развития Земли сформировались следующие оболочки: литосфера, гидросфера и атмосфера. Часть этих оболочек, населенная живыми организмами, называется биосферой, которая представляет собой совокупность всех биогеоценозов Земли, единую экосистему высшего порядка. Биосфера занимает всю толщу гидросферы, верхние слои литосферы и нижние - атмосферы.

В. И. Вернадский создал учение о ноосфере - качественно новое состояние биосферы, при котором умственная деятельность человека начинает определять ее развитие.

Живое вещество биосферы (вся совокупность организмов нашей планеты) обеспечивает постоянный круговорот веществ и поток энергии, осуществляет значительную биогеохимическую работу по преобразованию оболочек Земли.