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

1. Живое вещество, представленная организмами различных видов.
2. Биогенное вещество, что является продуктом жизнедеятельности организмов (например, каменный уголь, торф).
3. Неживая (КОСНА) вещество, в образовании которой живые организмы не участвовали. Это, например, горные породы и минералы.
4. Биокосное вещество, которая сформирована за счет взаимодействия живого и косного веществ. Основным видом биокосные вещества е грунт.
5. Радиоактивное вещество.
6. 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.