Биосфера

газ. Количество кислорода в океанических водах  изменяется в широких пределах в

зависимости от температуры и присутствия живых организмов. Концентрация

углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз

превышает его  содержание в атмосфере.

     Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах

литосферы, сосредоточена  в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает

нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися

при разрушении горных пород, и органическими веществами – продуктами

жизнедеятельности организмов.

     Биотический круговорот. Главная функция биосферы заключается в

обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический

круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету  организмов. Он

заключается в  циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми

организмами. Благодаря  биотическому круговороту возможно длительное

существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических

элементов. Используя  неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии

Солнца создают  органическое вещество, которое другими живыми существами –

гетеротрофами – разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть

использованы  растениями для новых органических синтезов.

Важная роль в глобальном круговороте веществ  принадлежит циркуляции воды

между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и

воздушными течениями  переносится на многие километры. Выпадая  на поверхность

суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их

доступными для  растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и

уходит вместе с растворенными в ней химическими  соединениями и взвешенными

органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли

за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды. Энергия, затрачиваемая на испарение

воды, возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между  Мировым океаном и сушей

представляет  собой важнейшее звено в поддержании  жизни на Земле и основное

условие взаимодействия растений и животных с неживой  природой.

В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты углерода и

азота в биосфере. Круговорот углерода начинается с фиксации

атмосферного  диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при

фотосинтезе углеводов  используют сами растения для получения  энергии, часть

потребляется  животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и

животных. Мертвые  растения и животные разлагаются, углерод  их тканей окисляется

и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс  происходит и в океане.

     Круговорот азота также охватывает все области биосферы. Хотя его запасы в

атмосфере практически  неисчерпаемы, высшие растения могут  использовать азот

только после  соединения его с водородом или  кислородом. Исключительно важную

роль в этом процессе играют азотфиксирующие бактерии. При распаде белков этих

микроорганизмов азот снова возвращается в атмосферу.

Показателем масштаба биотического круговорота служат темпы  оборота

углекислого газа, кислорода и воды. Весь кислород атмосферы проходит через

организмы примерно за 2 тыс. лет, углекислый газ – за 300 лет, а вода

полностью разлагается  и восстанавливается в биотическом  круговороте за 2 млн.

лет.

                          2.4. Границы биосферы      

                  

Горизонтальных  границ у биосферы нет, и речь следует вести только о ее

вертикальной  размерности.

Верхняя граница  распространения жизни в атмосфере  определяется, по всей

видимости, не столько  низкими температурами, сколько  губительным действием

солнечной радиации. Так, пыльца цветковых и голосеменных растений, споры

грибов, мхов, папоротников и лишайников, бактерии и простейшие животные

организмы постоянно  или с сезонной ритмикой присутствуют в воздухе. Над сушей

и акваторией в  дожде, снеге, в облаках и туманах  кроме пыльцы и спор

обнаружены микроорганизмы. Вся воздушная среда представляет собой суспензию

жизнеспособных  пыльцы, спор и микроорганизмов, содержание которых уменьшается

с высотой. Интенсивность  радиации, создаваемой космическими лучами, на высоте

9 км в десятки  раз больше, чем на уровне моря, а на высотах 15-18 км

возрастает уже  в сотни раз. Высотное распространение  микроорганизмов

ограничивается  в основном потоком жесткой ультрафиолетовой радиации Солнца,

убивающей все  живое.

Можно утверждать, что вся тропосфера, высота которой 8-10 км в полярных

широтах и 16-18 км у экватора, в большей или меньшей  степени заселена живыми

организмами, которые  находятся в ней либо временно, либо постоянно. Уже в

тропопаузе резко  изменяются физические и температурные  характеристики

биосферы, в частности  прекращается интенсивное турбулентное перемешивание

воздушных масс. Стратосфера, находящаяся выше тропопаузы, вряд ли пригодна

для существования  микроорганизмов. Верхний предел биосферы, или поля

существования жизни, довольно ясно просматривается  в тропопаузе. Однако

верхний предел занесения спор и микроорганизмов, определяющий “поле

устойчивости  жизни” (живые организмы существуют, но не размножаются),

возможен до верхней границы стратосферы.

Таким образом, область распространения живых  организмов ограничена в основном

тропосферой. Например, верхняя граница полета орлов  находится на высоте 7 км;

растения в  горных системах и насекомые в  воздушной среде не распространены

выше 6 км; верхняя  граница постоянного обитания человека – 5 км,

обрабатываемых  земель – 4,5 км, леса в горных системах тропиков не растут

выше 4 км.

Тропосфера представляет собой воздушную среду, в которой  осуществляется

только передвижение организмов, нередко при помощи своеобразно

приспособленных для этого органов. Настоящего аэропланктона, постоянно

обитающего и  размножающего в воздушной среде, видимо, нет. В противном случае

тропосфера представляла бы собой “кисель”, максимально  насыщенный

микроорганизмами. Весь цикл своего развития, включая  размножение,  организмы

осуществляют  только в литосфере и гидросфере, а также на границе воздушной

среды с этими  оболочками.

Верхние слои тропосферы и стратосферы, в которые возможно занесение

микроорганизмов, а также наиболее холодные и жаркие районы земного шара, где

организмы могут  существовать лишь в покоящемся состоянии, называются

парабиосферой.

В состав биосферы полностью включается гидросфера –  озера, реки, моря и

океаны. В морях  и океанах наибольшая концентрация жизни приурочена к

эвфотической  зоне, куда проникает солнечный свет. Обычно ее глубина не

превышает 200 м в морях и континентальных пресноводных бассейнах. Именно в

фотобиосфере, где  возможен фотосинтез, сосредоточены  все фотосинтезирующие

организмы и  продуцируется первичная биологическая  продукция.

Афотическая зона (меланобиосфера), начинающаяся с глубины 200 м,

характеризуется темнотой и отсутствием фотосинтезирующих  растений. Она

представляет  собой водную среду обитания активно  перемещающихся животных.

Вместе с тем  через нее непрерывным потоком  опускаются на дно морей и океанов

отмершие растения, выделения и трупы животных.

О нижнем, литосферном, пределе биосферы ясного представления  пока нет. В

большинстве работ, посвященных биосфере, указывается, что ее нижний предел на

континентах составляет в среднем 2-3 км. Здесь в условиях низких, по

сравнению с  более глубокими слоями, температуры  и давления, но при участии

живых организмов (микроорганизмов) и воды, прекращается миграция химических

элементов. Микробиологические исследования свидетельствуют о  том, что

микроорганизмы  присутствуют также в пластовых  водах, омывающих нефть, хотя

сама нефть  стерильна.

Под океанами литосферный  предел биосферы, вероятно, распространяется на 0,5-1,0

км и, возможно, на 3,0 км ниже дна. Однако существует более  обоснованное

предположение, что заселенным микроорганизмами может  оказаться только

200-250-метровый  слой донных осадков. Достоверно  установлено, что микрофлора

обитает в донных осадках мощностью от 5 см (Черное море) до 10-12 м (Тихий и

Индийский океаны) и 114 м (Каспийское море). О более глубоком проникновении

жизни в литосферу, несмотря на интенсивные буровые  работы, достоверной

информации нет. Точную массу и объем биосферы установить очень трудно,

поскольку неизвестно точное положение ее вертикальных границ. Можно говорить

только о приближенных значениях этих характеристик. Масса  всей биосферы

(атмосфера+гидросфера+литосфера  в границах биосферы) составляет 3•10⁹

млрд. т, или 0,05% массы Земли, а объем – 10 млрд. км³, или 0,4%

объема Земли.

Ниже литосферной  границы биосферы лежит «область былых биосфер», под которой

В.И.Вернадский понимал оболочку Земли, в геологическом  прошлом подвергшуюся

воздействию жизни. Ученый отмечал, что земная кора, мощностью в несколько

десятков км, с осадочными породами и гранитной  оболочкой когда-то была на

поверхности планеты  и входила в состав биосферы. Каменный уголь, нефть,

мрамор, доломит, известняк, мел, железная руда и другие горные породы

осадочного происхождения  – свидетели существования жизни  в «былых биосферах».

Некоторые ученые (В. А. Ковда, А. Н. Тюрюканов) в состав биосферы включают не

только область  жизни, но и другие структуры Земли, генетически связанные с

другим веществом, т.е. «былые биосферы», в настоящее время лишенные жизни.

Такую многослойную оболочку Земли, сформировавшуюся в  результате деятельности

живого вещества, предположено было назвать мегабиосферой (от греч. mega –