Биосфера – живая оболочка Земли
Биосферой называется оболочка Земли, населенная живыми существами. Биосфера включает в себя верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы (до озонового слоя).
Верхняя граница биосферы условна. Микроорганизмы могут заноситься с восходящими потоками воздуха на большие высоты, но выше озонового слоя органической жизни в принципе быть не может, поскольку там присутствует во всей полноте коротковолновая часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительная для всего живого. Пока что микроорганизмы удавалось обнаруживать в воздухе на высоте 18 км, но можно допустить, что потоки воздуха могут забросить их и выше.
Нижняя граница биосферы находится в литосфере, на глубине примерно 4 км. Ниже уровня 4 километров жизнь в литосфере невозможна, поскольку температура среды там приближается к 100 C, а при 100 C вода, основной компонент всех клеток, переходит в пар и происходит денатурация белков. В среднем считается, что температура литосферы увеличивается на 1 C при погружении на каждые 30–40 метров. На больших глубинах в литосфере обитают бактерии-анаэробы, то есть такие бактерии, которым для жизнедеятельности не нужен содержащийся в воздухе кислород. Может возникнуть вопрос – каким образом эти бактерии внедряются в толщу горных пород, образующих литосферу? Но на деле эти бактерии обитают не в самой толще литосферы, а в подземных водах и нефтяных залежах.
В отличие от атмосферы и литосферы, гидросфера полностью заселена живыми организмами. В воде, как в пресной, так и в соленой, на любой глубине, при любых температурах существует жизнь. Даже числе на глубине 10–12 км на дне. Но основная масса живых организмов заселяет верхний слой гидросферы в пределах до 200 метров от поверхности воды, потому что именно до такой глубины способен проникать сквозь воду солнечный свет, служащий источником энергии для растений. Если нет света, то нет и большинства видов растений, которые служат источником питания для животных. Возникает вопрос – что же тогда служит источником питания на дне Мирового океана? Останки мертвых организмов и экскременты живых, оседающие на дно. Останки и экскременты служат пищей для не хищных жителей глубин, а те, в свою очередь, служат пищей для хищных.
Организмы биосферы в настоящее время подразделяются на восемь царств: животные, растения, грибы, бактерии, вирусы, протисты, археи, хромисты. Совокупность организмов разных видов, проживающих на одной территории и связанных между собой и с окружающей их неживой природой обменом веществ и энергии называют биогеоценозом.
Биогеоценоз – это структурная единица биосферы нашей планеты. Биосферу можно представить как мозаичный шар, собранный из кусочков – биоценозов.
Общая масса организмов, приходящаяся на единицу площади земной поверхности или на единицу объема местообитания, называется биомассой.
Биомассу Земли, то есть общую массу живых организмов нашей планеты, в настоящее время считают равной примерно 2,5?1012тоннам. Это 25 миллионов миллиардов тонн. Биомасса распределена в биосфере неравномерно. Подавляющее большинство живых организмов сосредоточено близ земной поверхности в воздушной среде, а также в водах до глубины 100–150 м (преимущественно – на глубинах до 50 м). На больших высотах в атмосфере и глубоко внутри земной обитают только микроорганизмы.
В гидросфере животный мир преобладает над растительным. 94 % биомассы гидросферы составляют животные и только 6 % – растения. На суше же все наоборот – 99,2 % биомассы составляют растения, а на долю всех остальных (животных, грибов, микроорганизмов) остается всего 0,8 %.
В биосфере постоянно происходит биологический круговорот (круговорот веществ и энергии). Из минеральных веществ литосферы, газов атмосферы, воды гидросферы и с поглощением солнечной энергии создается органическое вещество. После гибели организма это вещество распадается на минеральную, газовую и водную составляющие. Процесс распада сопровождается выделением энергии. Таким образом, вещества попадают из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Круговорот веществ между живой и неживой материей является одной из наиболее характерных особенностей биосферы, позволяющей рассматривать биосферу и биогеоценозы в качестве комплексных систем, объединяющих живую и неживую природу.
С биологическим круговоротом не следует путать пищевые цепи, поскольку это совершенно разные понятия. Биологический круговорот представляет собой круговорот веществ и энергии в природе, а пищевая цепь – это ряд организмов, в котором каждое предыдущее звено служит пищей для последующего. В пищевой цепи также перенос веществ и энергии при поедании одного организма другим, но ее нельзя называть круговоротом, поскольку круговорот замкнутый, а пищевая цепь – линейна. Она начинается с организма, производящего собственную пищу из первичного источника энергии (растение, использующее для фотосинтеза солнечную энергию), и заканчивается высшим хищником (то есть таким, которые не служат пищей другим хищникам).
Изображать пищевую цепь в виде замкнутой окружности неправильно. Растение может использовать в процессе своей жизнедеятельности вещества, образовавшиеся при разложении останков высшего хищника. Но ведь растение не питается непосредственно высшим хищником, а в пищевой цепи подразумевается поедание организма предыдущего звена организмом последующего звена.
Обратите внимание! Живая материя, то есть все живое на нашей планете, не просто населяет биосферу, но и влияет на неживую материю, преобразуя облик планеты[40].
Живое вещество является преобразователем и накопителем энергии солнечного излучения.
Благодаря такому свойству, как подвижность, живое вещество заполняет собой все среды, доступные для жизни. Такое «растекание» живого вещества называется «давлением жизни». При перемещении живое вещество переносит органические вещества и накопленную в себе солнечную энергию, причем этот перенос происходит активно, зачастую – против сил неживой природы (пример – подъем растительности вверх по горе).
Химические реакции в живых организмах, благодаря участию в них ферментов, протекают гораздо быстрее, чем в неживом веществе и не требуют жестких условий, таких, например, как высокая температура.
Таким образом, в ходе эволюции (естественного процесса развития) живое вещество выполняет геологическую работу, в результате которой изменяются физико-химические свойства биосферы.
Пример – благодаря живому веществу (в первую очередь – благодаря жизнедеятельности растений суши) сформировался нынешний состав атмосферного воздуха.
Другой пример – концентрационная способность живого вещества (способность к накоплению определенных химических элементов в больших количествах) стала причиной образования из останков живых организмов залежей полезных ископаемых – нефти, каменного угля, горючих сланцев, осадочных пород, торфа.
Третий пример – живые организмы в процессе своей жизнедеятельности могут разрушать горные породы. Этот процесс называется биогенным (биологическим) выветриванием. Лишайники, обитающие в скальных трещинах и впадинах, в процессе своей жизнедеятельности выделяют кислоты, разрушающие горные породы. Корни растений во время роста разрушают породы механическим путем. Таким же путем разрушают породы и роющие норы животные.
Четвертый пример – поселившись на голой скале, лишайники закладывают для основу образования почвенного слоя из их останков. С течением времени создаются условия для появления сначала мхов, а затем – травянистых растений. Следом за травами на территории поселяются кустарники, затем – деревья. Развитие растительного мира идет параллельно с развитием животного мира, поскольку новые среды обитания, созданные растениями, сразу же заселяются животными. Когда-то скала была голой, а теперь на ней растут сосны и различные кустарники, живут звери, птицы и насекомые…
В биосфере нашей планеты различают следующие компоненты:
– живое вещество (совокупность всех живых организмов);
– биогенное вещество (минеральные продукты органического происхождения, созданные в результате жизнедеятельности организмов нефть, каменный уголь, газ, торф и др.);
– косное вещество (все, что образовано без участия живых организмов);
– биокосное вещество, которое создано совместно живыми организмами и процессами неживой природы (например – почва или ил).
