Биосфера. Ее границы

Представление о том, что живые существа нашей планеты взаимодействуют с внешней средой и изменяют ее, возникло давно. Термин «биосфера» предложили 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс в связи с изучением геологических оболочек планеты Земля. Учение о биосфере создал русский ученый-геохимик академик В. И. Вернадский. Первая его книга «Биосфера», в которой излагались основы учения, была публикована в 1926 г. в Ленинграде. В. И. Вернадский назвал биосферой ту оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль.

Биосфера — оболочка Земли, населенная живыми организмами, активно ее преобразующими. Вообще, В. И. Вернадский различал семь типов веществ, среди которых:

  1. живое вещество, образованное совокупностью организмов;
  2. биогенное вещество, создаваемое в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, и др.);
  3. косное вещество, образуемое без участия живых организмов;
  4. биокосное вещество — результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Главная роль в геохимических и энергетических процессах, протекающих в биосфере, отводится живому веществу. Живое вещество, по В. И. Вернадскому, — совокупность всех живых организмов планеты, в данный момент существующем, численно выраженная в элементарном химическом составе, весе, энергии. Это вещество активно, так как связано с окружающей средой биогенным потоком атомов при осуществлении процессов питания, дыхания, размножения. Таким образом, жизнедеятельность организмов — это мощный геологический процесс планетарного характера. Миграция химических элементов из организма в среду и обратно осуществляется непрерывно. Эта миграция была бы невозможной, если бы элементарный химический состав организмов не был близок химическому составу земной коры. В. И. Вернадский писал: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».

Благодаря растениям, осуществляющим процесс фотосинтеза, в биосфере создаются сложные органические молекулы с большими запасами заключенной в них энергии. Таким образом, живое вещество выступает в качестве аккумулятора и трансформатора связанной лучистой энергии Солнца. В перемещении энергии принимают участие все живые организмы благодаря их размножению и росту. Скорость размножения, по В. И. Вернадскому, — это скорость передачи в биосфере геохимической энергии.

Элементарной структурной и функциональной единицей биосферы является биогеноценоз, т. е. сообщество организмов, взаимодействующих друг с другом (биоценоз) и с неорганической средой обитания (биотопом). Именно в биогеоценозе организмы и среда способны осуществлять биологический круговорот веществ — основу бесконечности жизни на планете. В ходе осуществления биологического круговорота ограниченным запасам химических веществ придано свойство бесконечного, так как они находятся в непрерывном круговом обращении. Круговорот веществ в виде биогеохимических циклов — необходимое условие существования на земном шаре экологической системы планетарного масштаба — биосферы. Весь круговорот веществ, совершаемый в масштабах биосферы, поток энергии, проходящий через нее, обязан одному источнику — Солнцу. Между величинами поступающей солнечной энергии и количеством образуемого живого вещества установилась тесная зависимость. Таким образом, неразрывная связь планеты и организма имеет не только качественную, но и количественную сторону. «Планета и организм неразрывно количественно связаны», — писал В. И. Вернадский. В. И. Вернадский заложил основы современных научных и философских представлений о планетарном и космическом значении жизни, о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы.

Протяженность биосферы в пределах трех оболочек Земли — литосферы, гидросферы и атмосферы — неодинаковая. Так, в литосфере — верхнем твердом слое Земли — область биосферы не опускается ниже 3—4 км. Наибольшая плотность живого вещества в литосфере отмечается в поверхностном слое земной коры — в почве. Гидросфера представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек и ледяных покровов. Она образует прерывистую водную оболочку Земли. Живые организмы населяют всю толщу Мирового океана, вплоть до максимальных ее глубин; однако наибольшее их количество приходится на поверхностные слои и прибрежье. В атмосфере — воздушной оболочке Земли, имеющей мощность 3 тыс. км. область биосферы охватывает лишь ее нижний слой — тропосферу. Физическим пределом распространения жизни в атмосфере является нижняя граница озонового слоя, т. е. 15 км. Таким образом, наибольшая концентрация живого вещества отмечается в зонах контакта и активного взаимодействия всех оболочек Земли.