ГЛАВА 3. Структура и границы биосферы

Биосфера и её составляющие

Всё, что относится к органической форме жизни, определяется терминами с приставкой био: биота, биотоп, биоценоз. Биота – это совокупность всех живых организмов в природе. Биотоп – место обитания животных и растений с однородными условиями. Биоценоз – совокупность растений и животных, населяющих биотоп.

Биосфера – это земное пространство, которое населено и преобразуется живыми организмами. Биосфера включает в себя всю гидросферу, части атмосферы и литосферы, а также сами живые организмы и растения (рис. 3.1).Поскольку основным источником энергии на Земле является Солнце, то живые организмы в основном распределены в верхних частях лито- и гидросферы.

Рис. 3.1. Составляющие биосферы

Можно сказать, что биосфера – это глобальная экосистема, состоящая из множества наземных и водных экосистем, которые обеспечивают существование человека и других живых существ. Биосферу организует биота, которая управляет потоками вещества на планете, используя солнечную энергию. Все части глобальной экосистемы взаимодействуют друг с другом, используя потоки энергии и создавая круговорот вещества (рис. 3.2).Неживые или абиотическиефакторы включают физические воздействия и химические компоненты, такие как температура, дожди, солнечный свет и питательные вещества. Сюда же можно с долей условности добавить магнитосферу, которая создает всепроникающее магнитное поле, влияющее на эволюцию организмов биосферы.

Рис. 3.2. Пространство биосферы

Земная кора – это твердая каменная оболочка Земли, плавающая в подстилающем мантийном веществе. На материках средняя толщина земной коры 35–45 км, в океанах – около 7 км. Из осадочных пород и продуктов жизнедеятельности живых организмов слагается почва – важнейший природный ресурс человечества.

Гидросфера – водная оболочка Земли – место скопления огромного количества биологических, минеральных и энергетических ресурсов. Вода – единственное вещество на Земле, одновременно существующее в трех агрегатных состояниях. К тому же Земля – единственная планета Солнечной системы, на поверхности которой вода может находиться в жидком состоянии. Ряд аномальных особенностей воды поддерживает жизнь на Земле и формирует климат и рельеф.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли, которая на 99% состоит из азота и кислорода.

Растения являются продуцентами – автотрофными живыми организмами, являющимися основными поставщиками кислорода в атмосферу и потребителями углекислого газа. Космическая роль растений состоит в поглощении 0,1% падающей на Землю солнечной энергии и создании за счет фотосинтеза органического вещества из неорганического. Продукция растений называется первичной биологической продукцией и является главным жизненным ресурсом животных и человека (около 200 млрд т/год).

Животные представляют группу консументов – гетеротрофных живых существ. Животные используются человеком как рабочая сила, а также как поставщики пищевого сырья. Продукция, создаваемая консументами, является вторичной продукцией (около 4 млрд т/год).

Среди живых организмов в количественном отношении преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития. Все многоклеточные организмы, включая человека – это лишь небольшая надстройка над миром микроорганизмов.

Микроорганизмы – это мельчайшие преимущественно одноклеточные живые существа растительного и животного царства. К ним относятся бактерии, микоплазмы, водоросли, вирусы, простейшие грибы. Некоторые из них используются человеком в пищевой и микробиологической промышленности: в виноделии, хлебопечении, фармации. Некоторые из них составляют патогенные формы, вызывающие заболевания растений, животных и человека. Микроорганизмы практически управляют всей биосферой, используя поток солнечной и химической энергии. Основной поток жизненной энергии проходит через микроорганизмы, которые обеспечивают круговорот биогенов. Они же были первыми создателями биосферы.

Главная функция биосферы – средообразующая и заключается вобеспечении циркуляции химических элементов между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. В глобальном круговороте участвует до 60 химических элементов и соединений, наиболее важными из которых являются вода, углерод, сера, азот и фосфор. В результате биотического круговорота происходит созидание органического вещества и его разрушение. Определяющим звеном этого процесса являются растения, с которыми связано образование свободного кислорода при фотосинтезе.

Таким образом, средообразующаяфункция биосферы обеспечивает необходимые для жизни состав атмосферы, радиационный и тепловой режим на планете, водный баланс и климатические особенности больших пространств, самоочищение воздуха и рек, поддержание плодородия почв.

Жизнь как явление определяется тремя субстанциями: материей, энергией и информацией. Материя – субстанция мира, существующая в формах вещества и поля. Универсальными свойствами материи являются время – способность изменяться и пространство – способность занимать место или простираться. Живая материя играет ведущую роль в геохимических процессах. Общая масса биотына планете составляет более 2·10¹² т. Вещества и энергию, необходимые для поддержания жизни, организмы черпают из окружающей среды. Живое вещество воссоздаётся, преобразуется и разлагается. Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10% глобальной биомассы.

Энергия – это одно из основных понятий современного естествознания, которое определяет собой количественную меру различных форм движения и превращения материи. Энергия в переводе с греческого означает «деятельность». В природе, в бытуи на производстве энергия занимает центральное место. Энергия существует в ряде форм – механической, тепловой, электрической, магнитной, лучистой, химической, ядерной энергии и может рассеиваться в окружающую среду в тепловой форме (табл. 3.1). В этом случае происходит рост энтропии, то есть нарастает неупорядоченность в системе. Растения – единственные организмы, которые могут поглощать энергию Солнца и использовать фотосинтез для накапливания энергии в химических связях сахаров, крахмала и др. больших молекул.

Таблица 3.1