Если вы когда-нибудь задумывались, что такое биосфера, то представьте тончайшую живую оболочку, которая опоясывает нашу планету. Это не просто место, где обитают растения, животные и люди, а глобальная экосистема Земли, в которой все живые существа взаимодействуют с неживой природой, преобразуют ее и поддерживают условия для жизни. Изучение биосферы позволяет понять, как устроен наш общий дом.
Границы биосферы определяются тем, где еще способны выживать живые организмы. Вверх она простирается до 20 километров — там озоновый слой отсекает губительное ультрафиолетовое излучение. Вниз, в литосферу, жизнь уходит на 2–3 километра, пока температура не становится слишком высокой. А в океане живые существа обнаружены даже на дне Марианской впадины, на глубине 11 километров.
История термина «биосфера»
В 1802 году французский натуралист Жан Батист Ламарк впервые назвал биосферой совокупность всех живых организмов на Земле. Это было смелое предположение, но оно лишь обозначило важность живого вещества. Позже, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс уточнил понятие. Он определил биосферу как тонкую пленку на земной поверхности, населенную жизнью. Однако настоящую научную основу этому термину дал Владимир Вернадский. В 1919 году он создал учение, в котором доказал: биосфера — это не просто слой с организмами. Это особая оболочка Земли, где проявляется геологическая деятельность всего живого. Вернадский также ввел понятие ноосферы — сферы разума, которая постепенно приходит на смену биосфере под влиянием человека. Его работы стали фундаментом для всех последующих исследований.
Границы биосферы
Верхняя граница проходит в атмосфере на высоте 15–20 километров. Выше не подняться из-за жесткого ультрафиолета. Озоновый экран служит естественным щитом: он отражает коротковолновое излучение, губительное для клеток.
Нижняя граница в литосфере опускается на 2–3 километра на суше и на 1–2 километра ниже дна океана. Здесь жизнь ограничена высокой температурой. При нагреве вода переходит в пар, а белки денатурируют — это делает существование организмов невозможным. Однако основная масса живого сосредоточена в верхних слоях почвы, всего в нескольких метрах от поверхности.
В гидросфере граница достигает дна Мирового океана. В Марианской впадине (10–11 километров) обитают бактерии, черви и рыбы. Давление там превышает атмосферное в тысячу раз, а температура близка к нулю, но жизнь существует.
Часть, где постоянно присутствуют живые организмы, называют эубиосферой. Она чуть уже основных границ, но именно в ней сосредоточено все биологическое разнообразие. Таким образом, границы биосферы охватывают атмосферу, гидросферу и литосферу в определенных пределах.
Биомасса биосферы
Общая сухая биомасса оценивается в 2,5×10¹² тонн. Основная доля приходится на наземные экосистемы. Биомасса океана составляет лишь 0,003×10¹² тонн — это связано с тем, что в воде меньше места для закрепления крупных растений.
У растений суши биомасса примерно в 500–1000 раз выше, чем у животных. Из всех диких видов самую большую массу имеет рачок Euphausia superba (150 млн тонн). Но домашний крупный рогатый скот весит уже 520 млн тонн, а люди — 350 млн тонн. Муравьи как группа набирают 3 млрд тонн, а морские рыбы — от 800 до 2000 млн тонн.
Первичная биомасса создается автотрофами. Они используют энергию солнечного света для фотосинтеза. Поэтому в пустынях и во льдах биомасса минимальна — там мало растений. В то же время в тропических лесах накопление органического вещества достигает максимума.
Структура биосферы
Владимир Вернадский выделил несколько типов вещества, которые вместе образуют биосферу. Каждый из них играет свою роль в поддержании равновесия.
Живое вещество биосферы
Это совокупность всех живых организмов: бактерий, растений, грибов, животных. Масса живого вещества невелика — около 2,4–3,6×10¹² тонн в сухом весе. Это меньше одной миллионной части всей биосферы. Но именно оно активно участвует в круговороте веществ и преобразует неживую материю.
Функции вещества разнообразны:
- газовая — поддержание состава атмосферы;
- энергетическая — преобразование солнечной энергии;
- концентрационная — накопление химических элементов;
- деструктивная — разложение органических остатков;
- средообразующая — формирование почвы и климата.
Биогенное вещество биосферы
Это осадочные породы, образованные из остатков или продуктов жизнедеятельности живых организмов: нефть, газ, каменный уголь, известняк, торф, опавшая листва. Биогенное вещество накапливалось миллионы лет и сейчас является важнейшим ресурсом для человечества.
Косное вещество биосферы
Оно формируется без участия жизни. Это горные породы вулканического происхождения (гранит, базальт), минералы, песок, глина, морская соль. Все это составляет основу земной коры и служит субстратом для формирования почвы.
Биокосное вещество биосферы
Вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Классический пример — почва. Ее образуют минералы, переработанные бактериями, грибами и корнями растений. Сюда же относят ил, кору выветривания, воздух современной атмосферы.
Радиоактивное вещество биосферы
Это радиоактивные элементы и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся в земной коре под влиянием космического излучения. Они влияют на мутационные процессы и играют роль в эволюции.
Космическое вещество биосферы
Вещество, поступающее из космоса. Главный представитель — метеориты. Они приносят на Землю редкие элементы и могут оказывать локальное воздействие.
Основные черты биосферы
К ним относят:
- наличие живых организмов;
- постоянный биотический круговорот веществ.
Биотический круговорот веществ обеспечивается тремя группами организмов:
- продуцентами — создают органику из солнечного света;
- консументами — потребляют органические вещества;
- редуцентами — разлагают мертвую органику до минеральных веществ.
Благодаря их совместной работе элементы перемещаются из неживой природы в живую и обратно.
Механизмы устойчивости биосферы
Биосфера — открытая система. Она обменивается веществом и энергией с окружающей средой. В ней существуют автотрофы (производители) и гетеротрофы (потребители, разрушители). Между созданием и разложением органики устанавливается равновесие. Это и есть основа устойчивости. Сохранение этого равновесия — главная задача.
Устойчивость — это способность сохранять состав, структуру и функции, а также восстанавливаться после нарушений. Благодаря этому наша планета пережила массовые вымирания и катастрофы, каждый раз возвращаясь к состоянию равновесия. Механизмы устойчивости сформировались в ходе длительной эволюции.
Факторы, определяющие устойчивость биосферы
- Биоразнообразие — чем больше видов, тем надежнее работает круговорот веществ. Разные виды занимают свои ниши и подстраховывают друг друга.
- Взаимозаменяемость компонентов — если один вид исчезает, другой может выполнять его функцию. Например, разные бактерии способны фиксировать азот.
- Дублирование звеньев — одни и те же процессы в круговороте элементов обеспечиваются разными группами живых организмов. Это создает запас прочности.
- Жизненная активность живого вещества — скорость размножения и распространения организмов поддерживает все циклы. Микроорганизмы, например, могут быстро восстанавливать нарушенные связи.
От полюсов к экватору биомасса и устойчивость экосистем увеличиваются. Это связано с большим количеством живых организмов и разнообразием условий. Атмосфера, гидросфера и литосфера взаимосвязаны: изменения в одной среде отзываются в других. Минералы участвуют в долговременных геологических циклах, а почву формирует именно жизнь.
Таким образом, биосфера представляет собой сложнейшую саморегулирующуюся систему. Понимание ее границ, структуры и механизмов устойчивости помогает человечеству осознать, насколько хрупок наш общий дом и почему так важно бережно относиться к каждому его компоненту.
