30Структура и границы биосферы. Учение В.И. Вернадского о роли жизни в преобразовании верхних слоев Земли. Роль живого вещества и его функции в биосфере. Роль растительности в обеспечении кислородного режима биосферы. Защитная роль озонового экрана. Круговорот веществ и энергии в биосфере. Биогенная миграция атомов. Роль микроорганизмов в круговороте веществ.
Структура биосферы
Биосфера включает в свой состав как витасферу (совокупность живых организмов), так и суммарные результаты деятельности ранее существовавших организмов: атмосферу, гидросферу, литосферу.
Область, в которой регулярно встречаются живые организмы, называется эубиосфера (собственно биосфера). Общая толщина эубиосферы ≈ 12-17 км.
По отношению к эубиосфере выделяют следующие слои биосферы:
апобиосфера – лежит над парабиосферой – живые организмы не встречаются;
парабиосфера – лежит над эубиосферой – организмы попадают случайно;
эубиосфера – собственно биосфера, где организмы встречаются регулярно;
метабиосфера – лежит под эубиосферой – организмы попадают случайно;
абиосфера – лежит под метабиосферой – живые организмы не встречаются.
Аэробиосфера – включает нижнюю часть атмосферы. В состав аэробиосферы входят:
а) тропобиосфера – до высоты 6...7 км;
б) альтобиосфера – до нижней границы озонового экрана (20...25 км).
Озоновый экран – это слой атмосферы с повышенным содержанием озона. Озоновый экран поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое губительно действует на все живые организмы. В последние десятилетия в приполярных областях наблюдаются «озоновые дыры» – области с пониженным содержанием озона.
Гидробиосфера – включает всю гидросферу. Нижняя граница гидробиосферы ≈ 6...7 км, в отдельных случаях – до 11 км. К гидробиосфере относятся:
а) аквабиосфера – реки, озера и другие пресные воды;
б) маринобиосфера – моря и океаны.
Террабиосфера – поверхность суши. К террабиосфере относятся:
а) фитосфера – зона обитания наземных растений;
б) педосфера – тонкий слой почвы.
Литобиосфера. Нижняя граница литобиосферы ≈ 2...3 км (реже – до 5...6 км) на суше и ≈ 1...2 км ниже дна океана. Живые организмы в составе литобиосферы встречаются редко, однако осадочные породы в составе биосферы возникли под влиянием жизнедеятельности организмов.
В.И. Вернадский выделил в составе биосферы 7 типов веществ: живое вещество, биогенное вещество (ископаемое горючее, известняки), косное вещество (изверженные горные породы), биокосное вещество (почва), радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещество космического происхождения.
Функции живого вещества в биосфере разнообразны:
Энергетическая – аккумуляция солнечной энергии в ходе фотосинтеза; за счет солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.
Газовая – состав современной атмосферы (в частности, содержание кислорода и углекислого газа) сложился, в значительной мере, под воздействием жизнедеятельности организмов.
Концентрационная – в результате жизнедеятельности организмов сложились все виды ископаемого топлива, многих руд, органическое вещество почвы и т.д.
Окислительно-восстановительная – в ходе жизнедеятельности живых организмов постоянно протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие круговорот и постоянные превращения углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.
Деструкционная – в результате разрушения погибших организмов и продуктов их жизнедеятельности происходит превращение живого вещества в косное, биогенное и биокосное.
Средообразующая – организмы различным образом преобразуют физико-химические факторы среды.
Транспортная – перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.
Взаимосвязь между компонентами биосферы
Растения являются продуцентами органического вещества, поэтому именно с них в экосистемах всегда начинаются цепи выедания, или пастбищные цепи. Микроорганизмы–редуценты осуществляют перевод элементов из органической формы в неорганическую. Хемосинтезирующие организмы изменяют степени окисления элементов, переводят их из нерастворимой формы в растворимую, и наоборот.
Таким образом, с помощью растений и микроорганизмов осуществляется круговорот углерода, кислорода и элементов минерального питания.
Общая масса живого вещества биосферы составляет 2.500.000.000.000 тонн (или 2,5 триллиона тонн). Ежегодная продукция растений Земли превышает 120 млрд. тонн (в пересчете на сухое вещество). При этом поглощается примерно 170 млрд. тонн углекислого газа, расщепляется 130 млрд. тонн воды, выделяется 120 млрд. тонн кислорода и запасается 400•1015 килокалорий солнечной энергии. В процессы синтеза и распада ежегодно вовлекается около 2 млрд. тонн азота и около 6 млрд. тонн фосфора, калия, кальция, магния, серы, железа и других элементов. За 2 тысячи лет весь кислород атмосферы проходит через растения.
Перемещение элементов по цепям (сетям) питания называется биогенная миграция атомов. Подвижные животные (птицы, рыбы, крупные млекопитающие) способствуют перемещению элементов на значительные расстояния.