Биосфера

Биосфера

Биосфера - оболочка Земли,

населенная живыми организмами. В

процессе эволюции на Земле

образовалась особая оболочка (или

сфера) населенная живыми

организмами. Впервые  это название

было использовано еще Ж. Б.

Ламарком. Термин “биосфера” (греч.

“биос” - жизнь, “сфера” - шар) ввел в

1875 г. геолог  Э.Зюсс, но

распространение этого термина

произошло благодаря  развитию учения

о биосфере академиком

В.И.Вернадским (в  конце 20-х гг. XX

столетия). В. И. Вернадский (1863-1945

гг.), являясь основоположником новой

науки - биогеохимии, первым обратил

внимание на роль живых организмов

как мощного геологического фактора,

установив роль живого вещества в

преобразовании  земной поверхности.

На Земле различают  несколько

геосфер: литосферу (греч. “литос” -

камень) - внешнюю твердую оболочку

земного шара, состоящую  из двух

слоев: верхнего слоя осадочных пород

с гранитом и нижнего  базальтового;

гидросферу (океаны, моря, озера,

реки), занимающую 70,8% земной

поверхности; атмосферу,

простирающуюся  вверх до 100 км: в

ней различают тропосферу (греч

“тропа” - перемена) высотой 15 км, а

над ней - стратосферу (лат. “стратум” -

слой), высотой  до 100 км (у границы

стратосферы возникают  северные

сияния. На высоте 45 км вместо

кислорода находится  озон,

образующийся из свободного

кислорода под влиянием солнечных

лучей (О2 ® О3), который  образует

экран и отражает губительные для

живых организмов космические

излучения и частично

ультрафиолетовые  лучи Солнца);

ионосферу, располагающуюся  выше

стратосферы и  имеющую слой

разреженного газа из ионизированных

атомов.

Биосфера охватывает поверхность

Земли, верхнюю  часть литосферы, всю

гидросферу, тропосферу и нижнюю

часть стратосферы. Границы биосферы

определяются наличием условий,

необходимых для  жизни различных

организмов. Верхняя  граница

биосферы ограничена интенсивной

концентрацией ультрафиолетовых

лучей; нижняя - высокой  температурой

земных недр (свыше 100 oС). Крайних

пределов границ биосферы достигают

только бактерии (споры бактерии

попадают на высоту 20 км, а

анаэробные бактерии обнаруживаются

на глубине свыше 3 км в водах

месторождений нефти). Наибольшая

концентрация жизни  сосредоточена у

поверхности суши и океана, у границ

соприкосновения литосферы и

атмосферы, гидросферы и атмосферы,

гидросферы и  литосферы, т.е. на

границе фаз. Живые  организмы в сумме

составляют живое  вещество. В составе

биосферы есть и неживое (косное)

вещество, а также  сложные по своей

природе биокосные  тела (в их состав

входят как живые  организмы, так и

видоизмененное  неживое вещество).

В.И.Вернадский к  биокосным телам

относил почвы, илы, природные воды.

Таким образом, живые  организмы могут

существовать в  тропосфере и нижних

слоях стратосферы, а в гидросфере

проникают на всю  глубину Мирового

океана - до 10-11 км, в литосфере -

иногда до глубины 7,5 км. Величина

биомассы для всей планеты составляет

3·1012 т, при этом  более 95% этой

величины приходится на долю

растительных организмов и только 5% -

на долю животных. В целом биомасса

составляет лишь около 0,01% массы

всей биосферы, но ее роль на планете

грандиозна. Основную часть биомассы

растений составляют деревья, поэтому

основное накопление биомассы на

планете определяется

распространением  лесов на

континентах. Наибольшее сгущение и

разнообразие растений имеет место во

влажных тропических  лесах.

Разнообразие и  количество видов

животных зависят  от растительной

массы и тоже увеличиваются  к

экватору. В биосфере условно

выделяют элементарные целостные

единицы - биогеоценозы -

совокупность популяций  разных видов,

обитающих в определенной местности.

Биоценоз объединяет сообщества

растительных и  животных организмов,

населяющих участок  биосферы с

однородными условиями

существования. Взаимные связи внутри

биогеоценоза поддерживаются в

процессе круговорота  веществ.

Основное условие  поддержания жизни

в биосфере определяют живые

организмы, осуществляя круговорот

неорганических  и органических

веществ.

Биогеохимические  циклы - это

циркуляция химических элементов

абиотического происхождения,

которые попадают из окружающей

среды в организмы  и из организмов в

окружающую среду. В биосфере все

время совершаются  круговороты воды и

всех элементов, входящих в состав

живых организмов. Процесс этот длится

десятки миллионов  лет. “На земной

поверхности нет  химической силы,

более постоянно  действующей, а

поэтому и более  могущественной по

своим конечным последствиям, чем

живые организмы, взятые в целом” -

утверждал В. И. Вернадский.

Неорганические  элементы вносятся в

ткани растений и  животных в процессе

их роста и  развития и входят в состав

органических веществ. После смерти

организма эти  элементы подвергаются

сложным превращениям, после чего

снова попадают в  новые организмы. К

главным циклам относятся

биохимические циклы  углерода, азота,

воды, фосфора и  серы.

Кругооборот углерода и кислорода

осуществляется  в близко идущих

процессах. При  дыхании

высвобождается углерод в виде СО2, а

в процессе фотосинтеза  СО2 снова

превращается в  органические

соединения. Всего  за 7-8 лет живые

организмы пропускают через свои тела

весь углерод, содержащийся в

атмосфере. В океане (в основном в

составе фитопланктона) 40·1012 кг

углерода в год  фиксируется в процессе

фотосинтеза в  виде СО2. Большая его

часть потом высвобождается при

дыхании. На суше фиксируется  в год

35·1012 кг углерода  при фотосинтезе в

виде СО2; 10·1012 кг углерода

выделяется при  дыхании растений и

животных; 25·1012 кг углерода

выделяется при  дыхании редуцентов;

5·1012 кг углерода  в год

высвобождается  при сжигании

ископаемого топлива. Этого количества

вполне достаточно для постепенного

увеличения концентрации двуокиси

углерода в атмосфере  и в океанах.

Большая доля углерода содержится в

осадочных породах. В последние годы

поступление углерода в атмосферу

вследствие деятельности человека

резко возросло, что  может привести к

серьезным последствиям для биосферы.

Кругооборот азота  имеет свое

своеобразие. Известно, что в

атмосфере содержится 79% азота, но

сам азот как элемент  очень инертен и

поэтому редко  встречается в связанном

состоянии. Он входит в состав

аминокислот и  белков. В биологический

круговорот азот атмосферы

вовлекается в  основном благодаря

биологической фиксации

микроорганизмами (азотфиксация). В

атмосферу азот возвращается в

результате денитрификации, которая

осуществляется  как при участии

бактерий, так и  в ходе химических

реакций без участия  организмов.

Важно, что никакой  другой элемент

так не ограничивает ресурсы

питательных веществ  в экосистемах,

как азот. Круговорот азота в

большинстве сообществ  замкнутый,

лишь небольшие  количества этого

элемента выносятся  из наземных

сообществ со стоком (в масштабах

биосферы реки выносят в океан около

30 млн т азота  в год).

Земная кора содержит много серы,

растения ее получают в основном в

виде сульфатов. Сера является

необходимым компонентом  почти всех

белков. Животные восполняют

потребности в  сере, получая ее от

растений. В годы интенсификации

хозяйственной деятельности человека

поступление серы в атмосферу все

время возрастает (в виде, например,

окислов серы - сернистого газа SO2).

Растворяясь в  воде, окислы образуют

кислоты. Имеет  место выпадение

кислотных дождей, приводящих к

изменению экологической  обстановки,

часто с негативными последствиями.

Кругооборот фосфора  менее сложен,

поскольку его  в газообразном

состоянии нет. Миграция фосфора

осуществляется  за счет живых

организмов, а значительная часть

попадает в конечном счете в океан и