Поняття про біосферу
Біосферою називається та частина земної кулі, в межах якої існує життя. Однак таке визначення породжує ряд питань і вимагає уточнень. Пропускаючи через фільтр повітря, взятий на великих висотах, можна знайти в ньому суперечки бактерій і грибів. Але цей «аеропланктон», очевидно, не має активного метаболізму. Навіть на поверхні Землі чимало місць, занадто холодних, занадто спекотних або занадто сухих, для того щоб там могли існувати організми з активним метаболізмом. Але і в таких місцях завжди можна знайти суперечки. Таким чином, оболонка Землі, звана біосферою, має неправильну форму, т. К. Вона оточена такою собі «парабіосферной» областю, в якій життя присутній тільки в стані, що покоїться. В даний час живий організм може, звичайно, існувати далеко за межами природною біосфери, перебуваючи в космічному кораблі або скафандрі. Такі штучні місцеперебування можна розглядати як ділянки біосфери, вирвані з неї і тимчасово занедбані в космос. Що ж характерно для біосфери як особливої оболонки земної кулі? По-перше, це область, в якій мається на значних кількостях рідка вода. По-друге, на неї падає потужний потік енергії від Сонця. Нарешті, по-третє, в біосфері є поверхні розділу між речовинами, що знаходяться в рідкому, твердому і газоподібному станах.
Вчення в. І. Вернадскогоо біосфері
Одним з видатних натуралістів, який присвятив себе вивченню процесів, що протікають в біосфері, був академік В. І. Вернадський. Він став основоположником наукового напрямку, названого їм біогеохімією, яке лягло в основу сучасного вчення про біосферу.
До появи робіт В. І. Вернадського роль живих організмів на Землі представлялася вченим дуже скромною. Дійсно, здавалося б, яке може бути порівняння наслідків їх життєдіяльності з міццю внутрішніх сил планети, що здіймають найвищі гори, що розкривають океанські безодні, які переміщують цілі континенти.
В. І. Вернадський довів, що, як би слабкий не був кожен організм окремо, всі вони, разом узяті, протягом тривалого відрізка часу виступають як потужний геологічний фактор, що грає істотну роль в житті нашої планети. Геологічна діяльність живих організмів проявляється як наслідок наступних їх особливостей: вони найтіснішим чином пов'язані з навколишнім середовищем і взаємодіють з нею в процесі обміну речовиною і енергією; обмін речовин організмів із середовищем здійснюється в процесі біологічного кругообігу; сумарний ефект результатів діяльності організмів проявляється протягом дуже тривалих (сотень мільйонів років) відрізків часу. Таким чином, пріоритет у розробці теоретичних основ вчення про біосферу належить радянським ученим.
За визначенням вчених, вік Землі дорівнює приблизно 5 млрд. Років. Найбільш древні сліди живих організмів знайдено в Південній Африці (Східний Трансвааль), в товщі гірських порід, вік яких дорівнює 3,2 млрд. Років. Ці організми нагадували сучасних нитчастих бактерій. Вчені навіть дали їм назва - еобактеріум ізолятум. Таким чином, можна вважати, що біосфера Землі виникла близько трьох мільярдів років тому.
Наземні організми з'явилися близько 400 млн. Років тому. Це були перші примітивні рослини. З появою на суші живих організмів і виникненням рослин починається найважливіший етап в історії розвитку біосфери. З цього періоду почалося їх швидке поширення по планеті, і в даний час Землю населяє величезна кількість найрізноманітніших рослинних і тваринних організмів (див. Табл.).
У 19 столітті вУкаіни поступово складалося уявлення про єдність людини і природи, про ті проблеми, з якими неминуче зіткнеться людство при неприборканому прагненні повністю підпорядкувати собі природу. Взагалі ідея цілісного знання, заснованого на органічної повноті життя, належить російської філософії. Вона лягла в основу напряму суспільного життя, що отримав назву «український космізм». Саме тоді в науковому середовищі заблищали імена психолога і фізіолога І. М. Сеченова, хіміка Д. І. Менделєєва, грунтознавця В. В. Докучаєва, основоположника космонавтики К. Е. Ціолковського. До плеяди цих видатних вчених належить і В. І. Вернадський.
В. І. Вернадський вперше показав, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети повністю перебуває під впливом життя і визначається живими організмами, з діяльністю яких пов'язаний великий планетарний процес - міграція хімічних елементів в біосфері. Еволюція видів, відзначав учений, що призводить до створення форм життя, стійка в біосфері і повинна йти в напрямку збільшення біогенної міграції атомів.
Біосфера являє собою складну планетарну оболонку життя, населену організмами, складовими в сукупності живу речовину. Це найбільша (глобальна) екосистема Землі - область системного взаємодії живої і неживої речовини на планеті. Сукупна діяльність живих організмів у біосфері проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу.
Біосфера по вертикалі розділяється на дві чітко відособлені області: верхню, освітлену світлом, - фотобіосферу, в якій відбувається фотосинтез, і нижню, «темну», - меланобіосферу, в якій фотосинтез неможливий. На суші межа між ними проходить по поверхні Землі.
Біосфера охоплює нижню частину атмосфери до висоти озонового екрану (20-25 км), верхню частину літосфери (кора вивітрювання) і всю гідросферу до глибинних шарів океану. В. І. Вернадський зазначав, що «межі біосфери обумовлені, перш за все, полем існування життя». На розвиток життя, а, отже, і кордони біосфери впливають багато чинників і перш за все наявність кисню, вуглекислого газу, води в її рідкій фазі. Обмежують область поширення життя і дуже високі або низькі температури. Елементи мінерального живлення також впливають на розвиток життя. До граничного фактору можна віднести і сверхсолених середу (перевищення концентрації солей в морській воді приблизно в 10 разів). Позбавлені життя підземні води з концентрацією солей понад 270 г / л.
У планетарної біосфері виділяють континентальну і океанічну біосфери, які відрізняються геологічними, географічними, біологічними, фізичними та іншими умовами. Нижня межа поширення живого обмежується дном океану (глибина близько 11 км) або ізотермою в 100 град. C в літосфері (за даними надглибокого буріння на Кольському півострові ця цифра становить близько 6 км). Фактично життя в літосфері простежується до глибини 3-4 км. Таким чином, вертикальна потужність океанічної біосфери становить 17 км, сухопутної до 12 км. Вгору, в атмосферу, біосфера простирається не вище найбільших плотностей озонового екрану, що становить 22-24 км. Отже, межа протяжності біосфери на Землі виражається цифрою 33-35км, хоча теоретично він може бути більш широким.
На основі робіт В. І. Вернадського та інших дослідників, які зробили великий внесок у вивчення біосфери планети, пропонується розрізняти три основні її форми:
форми біологічної систематики, що включають популяції, види, пологи, сімейства і ін. прийняті в ботаніці і зоології;
2. біогеографічні форми - території, що характеризують географічне поширення та розподіл рослин і тварин, специфіку флори і фауни. Це біогеографічні зони, області і т.д. Окремо виділяються ботаніко-географічні та зоогеографічні території, що дають уявлення про склад і характер флори і фауни;
3. екологічні форми, відомі під назвою екосистем (біогеоценозів), екотопів, біотопів та ін. Нагадаємо, що біотоп - це ділянка з однорідними екологічними умовами, зайнятий певними биоценозами, екотопів - це місце проживання співтовариства. На відміну від біотопу, поняття «екотопів» включає зовнішні по відношенню до товариства фактори середовища. Це сукупність абіотичних умов неорганічного середовища даної ділянки, що представляє собою місцепроживання конкретної спільноти. Екологічні форми визначають специфіку вивчення біосфери в екологічних аспектах. Речовий склад біосфери також різноманітний. В. І. Вернадський включає в нього сім глибоко різнорідних, але геологічно невипадкових частин:
біогенна речовина - народжене і переробляє живими організмами (горючі копалини, вапняки і т. д.);
відсталу речовину, що утворюється без участі живих організмів (тверде, рідке і газоподібне);
биокосное речовина - відстале речовина, перетворене живими організмами (вода, грунт, кора вивітрювання, мули);
речовина радіоактивного розпаду (елементи і ізотопи уранового, торієвого і актіноуранового ряду);
розсіяні атоми земного речовини і космічних випромінювань;
речовина космічного походження у формі метеоритів, космічного пилу і ін.
В будові і морфології біосфери винятково важливе значення для розвитку живої речовини мають наступні її елементи (зверху вниз):
шар живої речовини, так звана «плівка життя»;
педосфера, або ґрунтовий покрив;
ландшафтно-екологічні системи - функціональні системи, які включають живі організми і середовище їхнього проживання;
кора вивітрювання, т. е. зона руйнування і перетворення гірських порід, їх мінерально-геохімічних змін у верхній частині земної кори під впливом різних факторів;
давня біосфера (палеобіосфера) - комплекс гірських порід, рельєфу та інших ландшафтних компонентів, що залягають нижче сучасної біосфери й поховані під її новітніми утвореннями. Це гірські породи, рудні і нерудні мінерали, хімічні елементи, широко використовувані в промисловості;
численні мінерали верхньої частини земної кори і біосфери: глини, вапняки, боксити і т. д .;
природні води осадової оболонки;
мільйони органічних і органо-з'єднань: вугілля, графіт, гумусові речовини, нафта, природні гази;
мінеральні ресурси біосфери і земної кори, поширені в формі вільних елементів: міді, срібла, золота, вісмуту, платини і т. д. Всі вони - головне джерело сировини для металургії, хімічної промисловості та багатьох інших галузей. Їх видобуток і використання в економіці ростуть рік від року.
Зі сказаного випливає, що біосфера є результатом складного механізму геологічного і біологічного розвитку відсталого і біогенного речовини. З одного боку, це середовище життя, а з іншого - результат життєдіяльності. Головна специфіка сучасної біосфери - це чітко спрямовані потоки енергії і біогенний (пов'язаний з діяльністю живих істот) круговорот речовин.
Розробляючи вчення про біосферу, В.І. Вернадський прийшов до висновку, що головним трансформатором космічної енергії є зелена речовина рослин. Тільки вони здатні поглинати енергію сонячного випромінювання і синтезувати первинні органічні сполуки. Для пояснення великий сумарною енергії біосфери вчений зробив розрахунки. які дійсно показали величезне значення фотосинтезуючих рослин в створенні загальної органічної маси. Вчений підрахував, що поверхня Землі становить менше однієї десятитисячної поверхні Сонця. Загальна ж площа трансформаційного апарату зелених рослин залежно від пори року становить вже від 0,86 до 4,2% площі поверхні Сонця. Різниця колосальна. Цей зелений енергетичний потенціал і лежить в основі збереження і підтримання всього живого на нашій планеті.
В.І. Вернадський так само, як і Ламарк 140 років тому спробував дати головні вичерпні ознаки кожного царства живого. І чим більше він вникав в проблему, тим ясніше ставало, що вимальовується новий розріз світу. В.І. Вернадський склав таблицю з 16-ти пунктів. де розглянув неподібність живого і неживого у фізичному. хімічному і термодинамическом сенсі.
Аналіз таблиці показував, що в природі немає ніяких переходів від неживого до живого: вони настільки суперечливі, що живе за жодних умов не може відбуватися від живого. Організм і відсталу матерію поділяє непрохідна стіна. Принцип італійського натураліста й лікаря Франческо Реді. гласить. що живе походить тільки від живого, між живим і неживим речовиною проходить різка межа. хоча і є постійна взаємодія, - отримав своє підтвердження.