Структура биосферы. Живое вещество. Распределение жизни в биосфере
Важной особенностью биосферы является ее слитность с другими геосферами Земли. Биосфера размещена в пределах атмосферы, гидросферы и части литосферы. Общая протяженность биосферы по радиусу Земли составляет около 40 км. Она простирается от нижней части озонового экрана атмосферы, который расположен на высоте 20-25 км над уровнем моря, в верхней части горных пород суши и дна Мирового океана. Нижняя граница простирания биосферы лежит на 23 км вглубь суши и на 1-2 км ниже дна океана (рис. 7.1).
Основная масса живого вещества, наличие которой отличает биосферу от других геосфер, сосредоточена в сравнительно небольшом слое - биостроми. Биостром на поверхности суши и охватывает верхние слои водоемов. В этой зоне находится 98% всей живого вещества планеты.
Рис 7.1 Биосфера и ее границы.
Биосфера сформирована из различных веществ. По В.И. Вернадским, выделяют шесть главных веществ биосферы
- Живое вещество, представленная организмами различных видов.
- Биогенное вещество, что является продуктом жизнедеятельности организмов (например, каменный уголь, торф).
- Неживая (КОСНА) вещество, в образовании которой живые организмы не участвовали. Это, например, горные породы и минералы.
- Биокосное вещество, которая сформирована за счет взаимодействия живого и косного веществ. Основным видом биокосные вещества е грунт.
- Радиоактивное вещество.
- Космическая вещество (например, метеориты).
Рассмотрим основные компоненты биосферы более детально. Живое вещество. По последним оценкам, живое вещество составляет 18x10и1 тонн. KM Сытник и С.П. Вассер (1992) считают, что на Земле существуют 1447609 видов живых организмов. По мнению других исследователей, их гораздо больше, возможно 80 млн видов. Полнота выявления живых организмов неодинакова в разных царствах. Виды сосудистых растений обнаружены на 80%, мхов - на 70%, водорослей - на 50%, грибов - только на 1-10%, членистоногих - на 3-20%, монеры - на 15-20% и вирусов всего на 5% .
Уникальная роль живого вещества в биосфере состоит в ее высокой биогеохимической активности. Живое вещество автотрофных организмов осуществляет поглощения солнечной энергии и ее преобразования в энергию химических связей. Совокупная биогеохимическая активность живого вещества привела к значительному изменению газового состава атмосферы, в результате чего атмосфера восстановительного типа превратилась в атмосферу окислительного типа со значительным содержанием кислорода. За счет деятельности биосферы на Земном шаре сформировался озоновый экран, перехватывает большую часть жесткого космического излучения и создает благоприятные условия жизни на поверхности планеты. Живое вещество изменила горные породы и способствовала появлению новых видов (известняки и др.). Жизнедеятельность растений, животных и микроорганизмов привела к появлению почвы. Живое вещество планеты является инициатором и двигателем биогеохимических циклов веществ. Большое значение в этом имеет размножения организмов, которое В.И. Вернадский называл «растекания» живой материи, ее "стремлением к всюдность".
В 1931 вышла статья В.И. Вернадского "О границах биосферы". Однако следует напомнить, что ученый к этой проблеме обратился еще в 1926 году, однако тогда наука еще не накопила достаточного количества информации, которая бы дала исчерпывающий ответ на вопрос: где проходят границы биосферы? Например, не подтвердилось предвидение ученого о заселении всей осадной оболочки Земли бактериальным жизнью. Известно, что распределение микроорганизмов в подземных водах, а следовательно, и нижняя граница биосферы на континентах определяется двумя факторами: температурой воды и концентрацией в ней минеральных солей. Живые бактерии могут существовать в водах с температурой до 100 ° С, тогда как активная их жизнедеятельность проявляется на грани около 80 ° С. Крайняя степень соляного раствора - 270 г / л, что в 10 раз превышает концентрацию воды океана. Предсказания В.И. Вернадского о повсеместном распространении жизни в океане до самого его дна сбылось. Однако это подтвердилось через несколько десятков лет - в 1960г., Когда батискаф "Триест" с Жаком Пиккаром и Доном Уолшем коснулся дна Марианской впадины на глубине 10 919 м от точки погружения. Акванавты на большой глубине увидели жизнь, о которой В.И. Вернадский только догадывался. Сегодня можно утверждать, что океаническая граница биосферы находится на глубине около 11 км. Воздушные потоки поднимают и переносят мириады микроорганизмов, вирусов, которые живут, главным образом, в каплях влаги. Здесь можно встретить пыльцу, споры и семена растений, здесь есть привычными биогенные вещества - биолины и фитонциды. Здесь кипит жизнь, особенно в его толще нескольких метров от поверхности суши или воды до примерно 50-300 м. Это часть атмосферы М.Ф. Реймерс (1994) считает Экотон между террабиосферою и гидробиосферою, с одной стороны, и тропосферой - с другой. Ту часть тропосферы, куда только спорадически поднимаются перелетные птицы, стаи саранчи или какие скопления насекомых, автор относит к тропобиосферы. Над последней вне слоем положительных температур лежит относительно тонкий слой альтобиосферы (с лат. "Альт с" - высокий).
Здесь, где температура среды не поднимается выше 0 ° С, жизнь возможна только благодаря прямой солнечной инсоляции.
Анализируя приведенные данные о нижнюю и верхнюю границы биосферы, а также физико-химические условия, которые определяют, ученые выделяют три группы жизнеобеспечивающих факторов.
Во-первых, это достаточное количество углекислого газа и кислорода. На Гималаях, например, зеленый покров ограничен высотой 6200 м, где парциальное давление углекислого газа ниже, чем на поверхности моря. Однако и там жизнь не прекращается: его поддерживают некоторые виды пауков и насекомых, которые питаются органическими остатками, занесенными сюда ветром.
Во-вторых, достаточное количество влаги, которая обеспечивает нормальный ход ферментативных процессов.
В-третьих, благоприятный термический режим, исключающий или слишком высокие температуры (предопределяют свертывания белка), или слишком низкие (прекращают работу ферментов). Живучими являются прокариоты - бактерии и цианобактерии, их можно встретить в ледниках Арктики, в скальных породах Антарктики, в горячих источниках с температурой до 98 ° С, а в подземных водах - и при 100 ° С.
Итак, мощность биосферы по вертикали в океанах охватывает всю толщу воды и незначительное донную пленку жизнь, а на континентах - тонкий надземный и мощный подземный слой. Вся земная поверхность нашей планеты принадлежит к биосфере, исключая, возможно, отдельные высокогорные участки, покрытые ледниками, и безводные пустыни.
Самым слоем суши является литосфера, которая вместе с водными биоценозами образует активную пленку жизни. К литосферы принадлежат не только биоценозы, образованные на поверхности суши. Жизнь не ограничивается только поверхностью суши. Оно существует и в нижних слоях литосферы, особенно в подземных водах.
Гидробиосфера распределяется на два системных образования - океаническое и континентальных водоемов - океа-нобиосферы или мариносферу и аквабиосферу. Каждое из этих образований имеет свою характерную структуру и свой набор гидробионтов.
Особо следует отметить озоносферу, которую еще называют озоновым экраном. Несмотря на низкое содержание озона в атмосфере, этот газ играет существенную эколого-биологическую роль, активно поглощая коротковолновое ультрафиолетовое (УФ) излучения Солнца. Озоновый слой, расположенный в стратосфере на высоте примерно 15-20 км (верхняя граница его распространения - 45 км), не только определяет температурный режим стратосферы, но есть и защитным щитом земных организмов, отклоняя от них смертоносное ультрафиолетовое излучение.
В последние десятилетия внимание мировой общественности приковано к разрушению озонового слоя, которое происходит главным образом под влиянием хлорфторуглероды (фреонов), которые широко используются в быту (холодильные установки, газовое наполнение аэрозольных баллончиков). Эти соединения (95% из них, как правило, попадает в воздушную среду) под действием ультрафиолетового излучения выделяют хлор, который и разрушает стратосферный озон. Этому негативном процесса способствуют также и выбросы реактивных самолетов, ядерные выбросы, расписание минеральных удобрений, которые сопровождаются выделением азота и его окислов, также способных разрушать озоновый экран.
Итак, собственно биосфера - это слой активной жизни, глубина которого на суше составляет около 12 км, а в пределах океана - 17 км. Это расстояние значительно меньше, чем предполагалось (20 - 22 и даже больше). В среднем слой планетарного жизни достигает всего около 20 км. Если сопоставить размеры космоса и земной антропосферы, это напоминает целлофановую пленку, которую так легко повредить.