БИОСФЕРА, ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ, ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ И ОХРАНЫ БИОСФЕРЫ.

В результате сложнейшего эволюционного процесса на Земле сформировалась биосфера - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.

Термин биосфера (от греч. биос - жизнь, сфер - шар) введен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах было создано и развито в 30-х годах акад. В.И. Вернадским (1863 - 1945). В.И. Вернадский рассматривал совокупность живых организмов Земли - «живое ве­щество» - как единый всеобщий фактор, который вовлекает в кру­говорот косную материю планеты, аккумулирует энергию Космоса и преобразует ее в энергию земных процессов.

Биосфера - совокупность биогеоценозов Земли - представляет собой огромную экологическую систему. Биологический компонент биосферы - живое вещество, абиотические компоненты - часть земной коры и атмосферы; они связаны между собой сложными биохимическими процессами перераспределения вещества и энергии. Границы жизни, следовательно, являются и границами биосферы.

Б И О С Ф Е Р А

Включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу (оке­аны, моря, реки, озера) и верхнюю часть литосферы (твердая обо­лочка Земли). В литосфере жизнь обнаружена от 7500 м глубины (нефтяные бактерии) и до 6200 м высоты над уровнем моря (хлорофиллоносные растения). Проникновение организмов вглубь ограничено высокой температурой, давлением, а вверх - холодом. В пределах атмосферы ограничивающими факторами служат излу­чения, недостаток воды и кислорода, низкие температуры. Жизнь здесь возможна до 25 км над Землей (в тропосфере), в основном для временно переместившихся сюда форм (летающие организмы, бактерии, споры). До 2 км обнаружены насекомые, до 4 км - паучки, не менее чем до 22 км - споры бактерий. В гидросфере некоторые формы жизни проникают на глубину до 10 км. Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света. Наиболее благоприятные условия жизни и максимальная концентрация живого вещества наблюдаются у поверхности суши и океана. Масса живого вещества по сравнению с массой Земли ничтожна, и тем не менее многие изменения земной коры обусловлены его жизнедеятельностью. Живое вещество играет ведущую роль в биосферных процессах и осуществляет важнейшие биогео­химические функции: газовую (поглощение и выделение газов), окислительно-восстановительную (восстановление СО_з до углеводов в процессе фотосинтеза и окисление их до СО₂ при дыхании), кон­центрационную (накопление азота, фосфора, кальция, кремния, магния в организмах). За миллиарды лет растения обогатили ат­мосферу кислородом, сделав возможным аэробное дыхание, очистили ее от СО₂, использовав его для синтеза органического ве­щества. Концентрационной функцией обусловлено образование многих осадочных пород, например залежей мела или известняка. Деятельность живого вещества сформировала и поддерживает га­зовый состав атмосферы, влияет на процессы выветривания горных пород.

В биомассе Земли масса зеленых растений суши составляет в среднем около 97 %, животных и микроорганизмов - 3 %. Биомас­са на суше увеличивается от полюсов к экватору, в том же на­правлении растет и число видов. Тундры насчитывают около 500 видов растений, леса и степи - до 2000, влажные тропические леса - более 8000. Основную биомассу суш составляют леса. Влажные тропические леса обладают максимальной биологической про­дуктивностью, тундры и пустыни - минимальной. Энергия, акку­мулируемая ими, соответственно составляет 7-14,5 тыс. и 20 - 250 Дж/(см²-год).

Огромная биомасса сосредоточена в почве. Ее составляют корни растений, почвенные животные (насекомые и их личинки, черви и др.), а также грибы, бактерии и водоросли. В некоторых почвах биомасса дождевых червей достигает более 1 т/га.

В Мировом океане биомасса в 1000 раз меньше, чем на суше, хотя он и занимает ¹/з поверхности планеты» Здесь биомасса сос­редоточена главным образом в поверхностном слое до 100 м глубиной. Это область развития планктона (микроскопических во­дорослей и беспозвоночных — основы большей части пищевых це­пей). На дне растут прикрепленные водоросли, здесь же обитают и различные морские животные. Организмы, живущие на грунте и в грунте водоемов, образуют бентос.

                                        3.2. Г Р А Н И Ц Ы Б И О С В Е Р Ы

На Земле ежегодно производится и разрушается 10 т живого вещества из общего запаса 10 т. Такой интенсивный круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью всей биомассы планеты. В отличие от мертвой материи живое вещество способно к акку­мулированию энергии, к размножению и обладает огромной ско­ростью реакций, Как писал В.И. Вернадский, на Земле нет силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые в целом.

Последние 600 млн. лет, с начала палеозойской эры, характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся. Шло на­копление кислорода, связывание азота, осаждение кальция, накоп­ление фосфора и т.д. Менялись лишь скорости этих процессов. Считают, что начиная с каменноугольного периода масса живого Количество живого вещества на единицу площади, выраженное в единицах массы (веса), называется биомассой.

Стабильное сос­тояние биосферы в первую очередь обусловлено деятельностью вещества, которое обеспечивает определенную скорость фиксации солнечной энергии и режим круговоротов. Таким обра­зом, жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего сущест­вования, что дает ей возможность развиваться бесконечно долго.

Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ. Основной круговорот углерода состоит в превращении С0₂ в живое вещество (фотосинтез, хемосинтез), из которого при разложении бактерии вновь образуется СО₂. Неполное разложение живого ве­щества приводит к образованию гумуса (сложная смесь органических веществ, обеспечивающая плодородие почвы), торфа, угли, нефти.

Круговорот азота связан с превращением в нитраты молекуляр­ного азота атмосферы за счет деятельности азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий и энергии грозовых разрядов. Нитраты усваиваются растениями. В составе их белков азот попадает к животным, а после отмирания растений и смерти животных - в почву. Здесь гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака, который затем окисляется хемосинтезирующими бак­териями в азотную кислоту. Аналогично могут быть прослежены круговороты фосфора, серы и других биогенных эле­ментов. Накопление химических элементов в живых организмах и освобождение их в результате разложения мертвых - характерная особенность биогенной миграции источник энергии, от которого зависит жизнь на Земле, - Солнце. В процессе фотосинтеза солнечная энергия трансформируется в химическую. В живом веществе Земли запасено 4,19*10¹⁸ Дж. Энергии, при этом ежегодно создается и тратится 4,19*10¹⁷Дж

В конечном счете солнечная энергия обеспечивает все процессы круговорота веществ и частично консервируется в нефти, каменном угле, торфе. Так как биосфера получает энергию извне - от Сол­нца, ее называют открытой системой.

Все живое на Земле, включая человека, приспособлено к условиям биосферы и не может существовать вне ее.