§ 64. Биосфера – живая оболочка Земли

Вопрос. Рассмотрите рис. 279. Из каких компонентов состоит биосфера? Чем определяются границы распространения в биосфере живого вещества?

Ответ. Как земная оболочка, населенная организмами и несущая следы их жизнедеятельности, биосфера распределена в атмосфере, гидросфере и литосфере. Среди компонентов биосферы выделяют следующие вещества: живое, биогенное, косное, биокосное, радиоактивное, космогенное, а также рассеянные атомы элементов. Области биосферы определяются рас¬пространением организмов в геологических оболочках Земли.

Вопрос 1. Что такое биосфера? С именами каких учёных связано развитие представлений о биосфере? Какой вклад они внесли в учение о биосфере?

Ответ. Биосфера (от греч. bios – жизнь и sphaire – шар) – оболочка, Земли состав, структура и энергетика которой определены деятельностью живых организмов.

Первое представление о биосфере как «области жизни» связано с именем Ж. Б. Ламарка. Сам термин «биосфера» ввёл в науку в 1875 г. австрийский учёный Э. Зюсс, обозначив её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, которая в значительной мере определяет «лик Земли». Однако ни Ламарк, ни Зюсс не развили представлений о биосфере и не дали её научного толкования. Только в 1911 г. в лекциях студентам Сорбонны отечественный учёный В. И. Вернадский впервые дал определение этого научного понятия. С именем Вернадского связано и создание учения о биосфере. Согласно ему биосфера включает совокупность всех живых тел природы и их остатков, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые организмами или несущие следы их жизнедеятельности. Позднее в труде «Биосфера» (1926) В. И. Вернадский дал уточнённое определение живой оболочки Земли, согласно которому она «...представляет собой определённую геологическую оболочку, резко отличную от всех других оболочек нашей планеты... Живое вещество проникает всю биосферу и её в значительной мере создаёт». Основываясь на работах К. А. Тимирязева о роли растений в преобразовании солнечной энергии, В. И. Вернадский создал учение о том, что живое вещество, трансформируя солнечную энергию, вовлекает неорганическую материю в круговорот.

Вопрос 2. Из каких компонентов состоит биосфера? Как компоненты биосферы взаимосвязаны между собой? Ответ проиллюстрируйте примерами.

Ответ. В составе биосферы выделяют живое, биогенное, косное, биокосное, радиоактивное, космогенное вещества и рассеянные атомы элементов.

Живое вещество представлено совокупностью всех организмов, существующих в данный момент на нашей планете. Организмы прошлых геологических эпох составляют палеобиосферы, которые представлены в современной нам биосфере в виде биогенного и биокосного вещества. Биогенное вещество образовано соединениями и полезными ископаемыми (известняк, нефть, газ, уголь, торф), созданными организмами палеобиосфер, а косное вещество (горные породы, минералы) – процессами, в которых живые тела природы не участвовали. Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество (почва, грунт водоёмов), образованное одновременно организмами и абиогенными процессами. Радиоактивное вещество биосферы составляют радиоактивные руды и конечные продукты их распада. Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью, непрерывно выпадающими на Землю из космоса. Кроме того, в биосфере есть рассеянные атомы элементов (С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mn, Си, Zn, Са, Na, К и др.).

Самым активным компонентом биосферы является её живое вещество. Его биомасса для современного нам геологического периода (антропогена) представляет постоянную величину, составляющую в сухом весе 2,4 • 1012 т. Если живое вещество распределить по поверхности нашей планеты равномерно, то оно покроет её слоем толщиной в 2 см. На самом деле живое вещество распределено в биосфере Земли крайне неравномерно – наибольшая его концентрация наблюдается в так называемых «плёнках жизни»: в почве и на её поверхности, в верхних слоях Мирового океана, приземном слое воздуха и т. п.

Вопрос 3. Назовите области распространения живого вещества в геологических оболочках Земли. Где наблюдается наибольшая концентрация живого вещества? Объясните почему. Какое значение это имеет для биосферы?

Ответ. Области биосферы определяются распространением организмов в геологических оболочках Земли. В атмосфере в основном заселён её нижний слой – тропосфера. Здесь встречаются организмы, живущие на поверхности почвы и поднимающиеся над ней. Объём тропосферы, в которой распространена жизнь, составляет 7,5 млн км3. В литосфере организмы населяют главным образом почву. В ней обитают бактерии, простейшие, черви, клещи, насекомые, роющие млекопитающие и др. Объём почвенного слоя, в котором обнаруживается жизнь, составляет 100 тыс. км3. Гидросфера образована морями, океанами, озёрами, реками и пещерными водными объектами, где организмы встречаются практически повсеместно, заселяя около 1,4 млрд км3.

Самая высокая концентрация живой массы в биосфере наблюдается в зонах соприкосновения различных геологических слоев: литосферы и атмосферы, гидросферы и атмосферы, гидросферы и литосферы. Именно у поверхности суши и океана создаются наиболее благоприятные условия для жизни: оптимальная температура, высокая влажность, насыщенность кислородом и другими химическими элементами, необходимыми для пита­ния и жизнедеятельности организмов.

На суше живое вещество распределено очень неравномерно. Его масса от полюсов к экватору увеличивается. Самое большое разнообразие и, соответственно, биомасса растений во влажных тропических лесах. В Мировом океане биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше.

Вопрос 4. Каковы функции живого вещества в биосфере? Почему среди функций живого вещества биосферы отдельно выделена биогеохимическая деятельность человека? В чём она проявляется? Каково её значение для биосферы?

Ответ. Живое вещество выполняет в биосфере ряд важнейших функций.

Энергетическая функция живого вещества состоит в осуществлении связи биосферных процессов с космическими, главным из которых является вовлечение организмами в энергетические потоки солнечного излучения.

Газовая функция живого вещества проявляется в том, что, потребляя и выделяя газообразные соединения, организмы поддерживают постоянство газового состава атмосферы.

Концентрационная функция живого вещества обусловлена накоплением в телах организмов ряда химических элементов (углерода, водорода, кислорода, кремния, фосфора и др.) и их соединений.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества связана с окислением и восстановлением в процессе жизнедеятельности организмов ряда химических соединений.

Транспортная функция живого вещества связана с ростом, размножением и перемещением в пространстве организмов. Эти процессы приводят к биогенной миграции атомов, круговороту веществ в природе и распространению живого вещества по планете.

Деструктивная функция живого вещества проявляется в процессах, связанных с разложением тел организмов после их смерти. В результате выполнения организмами этой функции органические остатки минерализуются и превращаются в неорганические соединения, образуя косное, биогенное и биокосное вещество биосферы.

Средообразующая функция живого вещества состоит в изменении физико-химических параметров среды в результате жизнедеятельности организмов.

По масштабности воздействия на живую и неживую природу среди функций живого вещества в биосфере особо выделяют биогеохимическую деятельность человека. Она проявляется в использовании всё возрастающего количества вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Благодаря биогеохимической деятельности человека в биосфере создан антропогенный круговорот. В нём миграция атомов достигает планетарного масштаба, по объёму более чем в два раза превышающего перемещение атомов элементов при естественных процессах.

Вопрос 5. Биомасса живого вещества Мирового океана, при его огромной площади почти в тысячу раз меньше, чем на суше. Причём основную часть её составляют животные (93,7 %), на растения приходится всего 6,3 %. Объясните эти факты.

Ответ. Биомасса Мирового океана –совокупность всех живых организмов, населяющих основную часть гидросферы Земли. Как упоминалось, ее биомасса значительно меньше биомассы суши, причем отношение растительных и животных организмов здесь прямо противоположное. В Мировом океане на долю растений приходится лишь 6,3 %, а животные составляют 93,7 %. Это связано с тем, что использование солнечной энергии в воде составляет всего 0,04 %, тогда как на суше – до 1 %.

В водной среде растительные организмы представлены главным образом одноклеточными водорослями фитопланктона. биомасса фитопланктона мала, нередко меньше Биомассы питающихся за его счёт животных. Причиной является интенсивный обмен веществ и фотосинтез одноклеточных водорослей, обеспечивающий высокую скорость прироста фитопланктона. Годовая продукция фитопланктона в наиболее продуктивных водах не уступает годовой продукции лесов, биомасса которых, отнесённая к той же площади поверхности, в тысячи раз больше.

Вопрос 6. Перечислите функции живого вещества биосферы. С какими организмами они связаны и в чём проявляются? Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.

Ответ. Живое вещество биосферы и его функции