Учение Вернадского о биосфере

постоянное взаимодействие , - получил свое подтверждение . (13) 
 
 

                        СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ 
 

      АТМОСФЕРА.  Это воздушная оболочка,  состоящая  в основном  из  азота  и

кислорода; достигает  мощности до 20 тыс. км.  В  меньших  концентрациях  она

содержит углекислый  газ  и  озон.  Состояние  атмосферы  оказывает  большое

влияние на физические,  химические  и  особенно  биологические  процессы  на

земной поверхности  и в водной среде. Наибольшее значение  для  биологических

процессов имеют  кислород атмосферы, используемый для  дыхания  организмов  и

минерализации   омертвевшего   органического   вещества,   углекислый   газ,

расходуемый при  фотосинтезе, а также озон, экранирующий  земную  поверхность

от жесткого ультрафиолетового  излучения. Вне атмосферы  существование  живых

организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны,  у  которой

нет атмосферы.  Исторически  развитие  атмосферы  связано  с  геохимическими

процессами, а также  жизнедеятельностью  организмов.  Так,  азот,  углекислый

газ, пары  воды  образовались  в  процессе  эволюции  планеты  благодаря  (в

значительной мере) вулканической  активности,  а  кислород  –  в  результате

фотосинтеза.

      ГИДРОСФЕРА. Вода является важной  составной   частью  всех  компонентов

биосферы и одним  из необходимых  факторов  существования  живых  организмов.

Основная ее  часть  (95%)  заключена  в  Мировом  океане,  который  занимает

примерно  70%  поверхности  Земного  шара.  Общая  масса  океанических   вод

составляет свыше 1300 млн. км 3. Около  24  млн.  км  3  воды  содержится  в

ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной  покров  Антарктиды.

Столько же воды содержится под землей. Поверхностные  воды  озер  составляют

приблизительно 0,18 млн. км 3 (из них половина соленые), а рек  – 0,002  млн.

км 3.

      Количество  воды в телах живых  организмов  составляет  примерно  0,001

млн. км  3.  Из  газов,  растворенных  в  воде,  наибольшее  значение  имеют

кислород  и  углекислый  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. (9, 2) 
 
 

               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. (9)

      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