Биосфера и её структурные элементы

Бесплатно!

Понятие биосферы

Возникшая 3,5-4,0 млрд лет назад, современная биосфера включает видоизменённые живые организмы (около 2-2,5 млн видов), динамично развивающиеся в трех оболочках планеты: литосферы, гидросферы и атмосферы. Область существования живых организмов на Земле называется биосферой.

Впервые к понятию «биосфера» подошел французский естествоиспытатель Ж.Б. Ламарк в ХУШ в., сказав, что на нашей планете существует определенное пространство, заселенное живыми существами.

Впервые понятие и определение биосферы ввел в науку австрийский ученый, основатель современной геологии, Э. Зюсе в книге «Лик Земли» (1875 г.) для обозначения пространства включающего атмо -, гидро- и литосферы, в котором встречаются живые организмы. Биосферой он назвал «пласт живого, обволакивающий земной шар». Биосфера простирается как над сухой, так и влажной поверхностью.

Биосфера (греч. bios – «жизнь», sphaira – «шар») – это оболочка Земли, населенная живыми организмами, область обитания живых организмов, которые сформировали отложения известняков, залежи угля и нефти, накопили свободный кислород в атмосфере планеты.

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) создал науку под этим названием, расширив понятие биосферы. Биосферой принято называть не только пространство, где существует жизнь, но и те области, где жизнь существовала раньше. В. И. Вернадский показал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.

Например, известняки, каменный уголь образован благодаря живым организмам.

В. И. Вернадским была впервые показана предьявляющая роль живого вещества формирования всех биосфер земли. Ранее считалось, что эволюция верхних слоев литосферы осуществлялась благодаря физико-химическим процессом выветривания. В последнее время полагают, что верхний слой литосферы образовали живые организмы. (Черви и другие обитатели земли, пропустили (переживали) через себя весь верхний слой литосферы).

Структура биосферы: состав, строение и границы

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, которые в совокупности составляют живое вещество. Это самая крупная экосистема Земли – область системного взаимодействия живого и костного вещества. Границы биосферы вырисовываются следующим образом (рис.1).

Рис. 1. Границы биосферы

Магнитное поле Земли является первой граничной поверхностью между Космосом и Землёй – так называемый магнитоотбойный слой. Магнитное поле Земли непосредственно влияет на живые организмы. Его силовые линии определяют направление роста грибниц почвенных грибов гифов, а также движение магнитобактерий в направлении полюсов, по ним также ориентируются перелётные птицы.

Сейчас выясняется, что стабильности защитной системы магнитосферы от космических излучений угрожает сам человек. Трудно предсказать последствия негативных проявлений, возникающих в результате застройки крупных городов, масштабных подземных выработок, работы радио- и телепередатчиков.

Биосфере охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. Строение самой биосферы отличается многослойностью. Все условно сферические слои биосферы хорошо различимы, они не перемешиваются, а лишь проникают друг в друга. Область современного обитания живых организмов охватывает в среднем 12-17 км – несколько меньше на суше, больше в океане. Сфера случайного попадания организмов и биогенных элементов (споры бактерий и грибов) – предел протяженности биосферы – колеблется до 39-40 км. Однако жизнь в биосфере сконцентрирована в тонкой пленке (несколько десятков метров), охватывающей поверхность Земли.

Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры. Нижнюю границу биосферы на материках условно проводят по изотерме 100оС. В Европе эта изотерма находится на глубине 10-15 км. Доказано существование живых организмов на глубинах до 10 500 м.

Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км.

Верхней границей биосферы и распространения жизнеспособных существ является защитный озоновый слой в атмосфере на высоте 18-22 (20-25) км от поверхности земли. На этой высоте большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь тонкий (до 3 см) спасительный слой озона – О3 – озоновый экран. Не будь его, такое излучение могло бы уничтожить жизнь на Земле. К сожалению, начиная с 80-90-х годов ХХ в. наблюдается негативная тенденция к истончению и разрушению озонового экрана. Граница жизни в атмосфере определяется уровнем Ф-радиации. Выше озонового экрана в космическом излучении сохраняется много фотонов высоких энергий, губительных не только для обычных земных организмов, но и для их зачатков, например, спор микроорганизмов.

На высоте 18-25 км давление воздуха в 4 раза меньше, чем у поверхности Земли, и постоянная температура –60оС, что обеспечивает жизнь определённых видов спор бактерий и грибов. Уже на высоте 8-9 км низкие температуры сильно ограничивают существование животных и растений.

Ниже озонового слоя расположена тропосфера. Относительно плотные скопления живых организмов в атмосфере встречаются на высотах 7-8 км в районах вечных снегов. Это холодостойкие зелёные и синезелёные водоросли (всего около 100 видов). Вместе с ними существуют хлорофилсодержащие растения и аэробные спорообразующие бактерии, а также питающиеся ими низшие насекомые.

Основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1-1,5 км, называемом биогеосферой, или (по В.И.Вернадскому) плёнкой жизни. Растения поднимаются в горы до высоты около 5 км. Дальше царит вечный холод.

Современная жизнь распространена в верхней части коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и водной оболочке Земли (гидросфере).

Жизнь на суше во многом зависит от состояния воздуха. Воздух, которым мы дышим, – естественная смесь газов, сложившаяся в процессе эволюции Земли в течение 20 млн лет. Основными компонентами атмосферного  воздуха являются азот (N2) – 78,08%, кислород (02) – 20,9%, аргон (Ar) – около 1% и углекислый газ (C02) – 0,03%. Содержание кислорода в воздухе определяет границу распространения жизни для растений и животных. По высоте это составляет примерно 4000 м.

Нижняя граница биосферы – литосфера. Рыхлый поверхностный слой земной коры – почва (до 1,5 м). Как плодородный слой, почва обеспечивает существование растений и животных. Это важный участок всех природных круговоротов, основа производства биомассы. Из почвы растения получают воду и питательные вещества. Листья и ветки, отмирая, «возвращаются» в почву, где разлагаются, освобождая содержащиеся в них минеральные вещества. Почва состоит из твердой (песок, глина, илистые частицы), жидкой (вода – до 40-60%), газообразной (почвенный воздух) и живой частей (почвенные микроорганизмы, беспозвоночные и позвоночные организмы. Это часть земной поверхности, которую, как полагают специалисты, уже не удастся увеличить из-за перенаселения планеты. Разновидностей почв несколько тысяч, что требует исключительной грамотности при их использовании. К отрицательным факторам воздействия на почвы и, следовательно, на человека необходимо отнести антропогенное влияние, чрезмерное внесение минеральных удобрений и ядохимикатов. Поэтому охрана почв является глобальной человеческой проблемой.

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5-15 км превышает 100оС. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4-5 км. При этом в нефтяных месторождениях на глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются уже в незначительном количестве.

В водной оболочке нашей планеты – гидросфере (совокупность океанов, морей, вод континентов, снежных и ледниковых покровов Арктики и Антарктики, а также атмосферная вода и вода, содержащаяся в живых организмах) общий объем жидкости составляет примерно 1,39 млрд км3. Воды покрывают 71% поверхности земного шара (361 млн км2). Гидросфера важна для развития жизни и поддержании неизменного климата. Вода – великий распределитель тепла на Земле, участвует в круговороте веществ в природе, источником получения дешевой энергии.

Установлено, что животные и бактерии встречаются на дне океанических впадин в 10-11,5 км от поверхности (например, Марианский жёлоб на глубине 11 022 м) при постоянной температуре около 0оС. В выходах терминальных вод на дне океана на глубинах в 3 км при давлении около 300 атм обнаружены живые организмы при температуре 250оС около 0оС и давлении в 1100 раз больше приземно-атмосферного.

Из всего количества воды в мире 97-98% составляет соленая вода морей и океанов. Лишь 1% воды доступен для живых организмов. И эти драгоценные крохи человек беспечно расходует, нещадно загрязняет в геометрической прогрессии. Проблема нехватки чистой воды – сегодня глобальная проблема.

Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни (в латентном состоянии), – от практически абсолютного нуля до 180оС. Давление, при котором существует жизнь, – от малых долей атмосферы (на большой высоте) до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12 тыс. атм. Споры бактерий, конидий и мицелий некоторых грибов не теряют жизнеспособности в условиях высокого вакуума, достигающего 10-13- 10-11 мм рт. ст. Бактерии обнаружены в водах атомных реакторов, некоторые из бактерий выдерживают облучение порядка 2-3 млн рад. Ряд микроорганизмов остаётся живыми при температурах жидкого воздуха (-192оС), азота  (-196оС), гелия  (-268,9оС) или водорода  (-259,1оС)

На основании приведённых данных можно сделать важный вывод: выносливость жизни в целом к отдельным факторам среды шире диапазонов тех условий, которые существуют в границах современной биосферы. Жизнь обладает значительным «запасом прочности», устойчивости к воздействию среды и потенциальной способностью к ещё большему распространению.

Таким образом, структурные элементы биосферы (компоненты) – это:

  • Литосфера – жизнь ограничивается в основном на почвенном слое, встречается и на глубине нескольких метров, а в трещинах и пещерах может распространяться на несколько метров.
  • Границы палеобиосферы (прошлой жизни) в атмосфере совпадают с необиосферой, а в литосфере могут уходить на глубину до 10000м (осадочная порода пережившая вредную стадию функционирования).
  • Атмосфера – газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси газов N2,O2 (азота и кислорода) и других водяных паров и пыли (тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера).
  • Литосфера – верхняя твердая оболочка земли, включающая верхнюю мантию вещества (примерно 30 км).
  • Гидросфера – совокупность всех вод Земли материковых (глубинных), почвенных, поверхностных, (океанических, атмосферных). Жизнь в гидросфере  распределяется до высоты тропосферы,а в океанах на самую большую глубину. Вся гидросфера, включая варианскую впадину около 11000км, занята живыми организмами.

Основная масса живых организмов находится в верхнем слое, который называется почва.

Добавить комментарий

Ваш email не будет показан.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.