Строение и границы биосферы
Биосфера имеет определенные границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы в большой степени условны.
Биосферу как место современного обитания организмов вместе с самими организмами можно разделить на три подсферы: геобиосфера – верхняя часть литосферы, населенная геобионтами; гидробиосфера – гидросфера без подземных вод, населенная гидробионтами; аэробиосфера–нижняя часть атмосферы, населенная аэробионтами.
Лимитирующим фактором развития жизни в аэробиосфере служит наличие капель воды и положительных температур, а также твердых аэрозолей, поднимающихся с поверхности земли. На высоте 22-24 км от поверхности Земли наблюдается максимальная концентрация озона – озоновый экран. Озон образуется из кислорода воздуха под действием солнечной радиации (O2 → O3). Озоновый экран отражает губительные для живых организмов космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи.
Жизнь в океанах достигает их дна. Живые организмы встречаются даже на глубине более 11 км, где температура воды около 200°С, но из-за высокого давления вода не кипит. Ниже, в базальтах, жизнь едва ли возможна.
Проникновение жизни в глубь литосферы ограничено высокими температурами земных недр и наличием жидкой влаги, Нижняя граница жизни по литосфере практически не опускается глубже 3-4, максимум 6-7 км на суше и не более 1-2 км ниже дна океана.
3. Свойства живого вещества:
1. Способность быстро занимать все свободное пространство. В.И. Вернадский назвал это всюдностью жизни.
2. Движение не только пассивное, но и активное.
3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ).
4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий.
5. Феноменально высокая скорость протекания реакций.
6. Высокая скорость обновления живого вещества.
Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. По В.И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.
Функции живого вещества
Центральное звено в концепции Вернадского о биосфере – представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе. Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:
1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества.
2. Газовая – способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.
3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов.
4. Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов.
5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности.
6. Транспортная.
7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды.
8. Рассеивающая функция.
9. Информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям.
10. Биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности.
5. Свойства биосферы:
Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Она достигается круговоротом вещества и энергии.
Централнзованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы (живое вещество).
Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения, создаваемые внешними и внутренними воздействиями, включением определенных механизмов. Гомеостатические механизмы биосферы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями.
Ритмичность.
Круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера – открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был быисчерпан основной «строительный материал» живого – углерод.
Горизонтальная зональность и высотная поясность.
Большое разнообразие. Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и другие связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.