Определение биосферы, ее структура

Появление и развитие учения о биосфере стало новой вехой в естествознании, в изучении взаимодействия и взаимоотношений между косной и живой природой, между человеком и окружающей средой.

Учение о живой природе было создано и развито многими выдающимися натуралистами прошлых веков. Но тогда исследовался главным образом растительный и животный мир, а биосфера – как качественно новое геологическое, биологическое и экологическое цельное явление на планете – не рассматривалась. Однако изучения одних локальных проблем оказалось недостаточно. В современных условиях необходимо изучать биосферу как единое целое в ее взаимодействии с человечеством.

Термин биосфера утвердился в естествознании еще в начале XIX века. Биосфера включает в себя все области нашей планеты, освоенные жизнью. Это и атмосфера, и океан, и все части земной поверхности, где утвердилась жизнь в любых ее формах.

Первые робкие обобщения и представления о биосфере восходят к уже упомянутому нами Ламарку. Ему принадлежит приоритет в формулировке самого понятия "биосфера", хотя термина этого при его жизни еще не существовало. Однако обобщения, сделанные Ламарком, позволяют нам говорить о том, что высказанные им идеи содержат в себе зачатки понятия о биосфере. В лекциях 1800 г. года Ламарк отметил, что живые тела содержат все неорганические вещества, наблюдаемые в природе, и объяснил это активным участием животных и растений в формировании поверхности Земли. Позже он заключает, что все минералы внешней коры и состоящие из них элементы земной поверхности являются исключительно продуктами животных и растений, которые существовали на этих участках поверхности земного шара.

Работы Ламарка положили начало представлениям о существовании на нашей планете определенного пространства, заселенного живыми существами. Причем подчеркивалось, что это пространство организовано именно жизнедеятельностью организмов. Из множества терминов, которые были предложены для обозначения такого пространства, закрепился один, предложенный в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Он писал: "В области взаимодействия верхних сфер и литосферы и на поверхности материков можно выделять самостоятельную биосферу. Она простирается теперь как над сухой, так и над влажной поверхностью, но ясно, что раньше она была ограничена только гидросферой".

Биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - оболочка Земли, населенная живыми организмами, область обитания живых организмов планеты Земля, самая большая экосистема. Именно живые организмы сформировали отложения известняков, залежи угля и нефти, накопили свободный кислород в атмосфере.

Поражает то, насколько невелика область распространения жизни на Земле: всего несколько десятков метров почвенного слоя, около 11 км океанских глубин и 10-15 км атмосферы. Таково пространство, где рождаются, развиваются и умирают 2 млн. видов животных и 350 тыс. видов растений, распространенных на нашей планете. По сравнению с диаметром Земли (13 000 км) биосфера — это тонкая пленка на ее поверхности.

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера охватывает нижниюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. Ограничивают область распространение жизни и слишком высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни. К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы, которые отличаются геологическими, географическими, экологическими, биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100^оС в литосфере (по данным сверглубокого бурения на Кольском полуострове, эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 11 км. Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы выражается цифрой 39-40 км. Однако основная жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров.

Биосфера — глобальная экосистема, особая оболочка Земли, сфера распространения жизни. Общая масса живого вещества (в сухом виде 2—4. 10¹⁸г) в миллиард раз меньше массы Земли (5,98. 10²⁷). Однако живое вещество обновляется в среднем за 8 лет в течение всей истории своего существования. Поэтому общая масса произведенного живого вещества превышает массу Земли (6,5. 10²⁷). По сути дела — все элементы земной коры за счет интенсивного обмена с биосферой. Уже входили в состав живого вещества. Живое вещество активно участвует в преобразовании литосферы, формируя кору выветривания, илы морей и океанов, создавая биогенные минералы: карбонаты и силикаты. Из минерализованных скелетов морских организмов сложены громадные толщи осадочных пород Земли.

Обычно нижнюю границу биосферы на материках проводят по изотерме +100^оС. При более высокой температуре даже выносливые бактерии выжить не могут. Эта протяженность вглубь составляет от 1,5-2 до 10-15 км. Обычно же признаки жизни обнаруживаются значительно выше.

А как же установить границу биосферы в морях и океанах? Английский натуралист Э.Форбс в 1841 году по результатам своих наблюдений в Средиземном море категорически заявил, что ниже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако уже спустя 20 лет был поднят кабель с глубины 2160 метров. Он оказался весь усеян кораллами, устрицами, двустворчатыми и брюхоногими моллюсками, яйцами кальмаров.

Окончательно было доказано, что самые глубокие места в Мировом океане обитаемы, в 1960 году. 23 января исследователи-океанологи Жак Пикар и Дон Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана. На глубине 10 525 метров они разглядели рыбу и креветку. Так было доказано о существовании живых организмов в самых глубоких местах океана. Следует только отметить, что плотность организмов в океане распределяется крайне неравномерно. Примерно 5/6 его обитателей предпочитают верхние, освещаемые солнцем слои. По мере спуска в глубину количество видов резко уменьшается.

Что касается верхней границы существования жизни, то ученые обычно проводят ее на высоте 20-25 километров, где находится спасительный для всего живого озоновый экран. Здесь та же ситуация с расселением организмов, что и в океане, только наоборот. Уже на высоте 8-9 км температура сильно ограничивает существование животных и растений. Эрнест Хемингуэй в эпиграфе к рассказу «Снега Килиманджаро» писал: «Килиманджаро – покрытый вечными снегами горный массив высотой в 19 710 футов, высшая точка Африки… Почти у самой вершины западного пика лежит иссохший мертвый труп леопарда. Что понадобилось леопарду на такой высоте, никто объяснить не может». Действительно, пробы воздуха с высот до 9 км показали существование там лишь некоторых животных, в частности пауков, коорые поедают ногохвосток и клещей. Последние питаются зернами пыльцы, заносимыми сюда ветром. Вероятно, тут и проходит «настоящая» граница биосферы. Выше проникают лишь отдельные микроорганизмы.