БИОСФЕРА - ЭКОЛОГИЯ

Присутствие и историческое развитие живых организмов привело к заселению ими самых разнообразных мест обитания, которые сообща охватывают часть геологических оболочек Земли. Вся область существования и функционирования современных организмов составляет биосферу. Впервые это понятие было предложено Ламарком для обозначения всех ныне живущих организмов. Не получив широкого распространения, оно было повторно использовано австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г., изучавшим геологические оболочки Земли, а через несколько десятилетий русский ученый-энциклопедист В.И. Вернадский создал учение о биосфере и дал этому термину четкое определение. Основы этого учения были изложены в книге «Биосфера», которая вышла в свет в 1926 г. в Ленинграде. По Вернадскому, биосфера - это оболочка Земли, которая формировалась с участием живых организмов. Биосфера объединяет все современные биогеоценозы, представляя собой глобальную экосистему (экосферу).

Структура биосферы. В своем учении Вернадский объединял живые организмы и среду их обитания. Поэтому в состав биосферы входит косное вещество, живое вещество, биогенное вещество и биокосное вещество.

Косное вещество биосферы формируется без участия живых организмов. Оно включает в себя оболочки Земли или их части, которые являются средой обитания организмов. В составе Земли выделяют центральную часть (ядро), среднюю оболочку (мантию) и наружную (литосферу, или кору). Все водоемы образуют гидросферу, или Мировой океан. Поверхность Земли окружена газовой оболочкой (атмосферой). Организмы заселяют верхнюю часть (3,5 - 7,5 км) литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть (до нижней границы озонового слоя - 15 км) атмосферы - тропосферу. Все это составляет границы биосферы.

Живое вещество, по Вернадскому, - это «совокупность всех живых организмов планеты в данный момент существующая, численно выраженная в элементарном химическом составе, весе, энергии». Характерные особенности живого вещества состоят в следующем. Живое вещество содержит много энергии, способной производить работу. Скорость протекания химических реакций в живом веществе значительно выше (в тысячи и миллионы раз), чем в неживой природе, благодаря участию ферментов. Основные химические соединения живого вещества (нуклеиновые кислоты, белки) проявляют устойчивость только в живых организмах. Живому веществу свойственна подвижность, благодаря чему оно может заполнять новые пространства. Вернадский назвал это свойство давлением жизни. Живое вещество отличает значительно большее разнообразие строения и химического состава, чем неживой материи. Так, известно всего 2000 неорганических веществ, тогда как в живых организмах можно найти свыше 2 млн. различных органических соединений. Живое вещество составляют дискретные тела - отдельные организмы различных размеров (от чрезвычайно мелких вирусов до крупных растений, более 100 м в высоту). При этом живое вещество не может быть представлено отдельными популяциями одного вида, оно существует только в виде сообществ (биоценозов), в которых между членами имеется множество связей, главными из них являются пищевые. Живое вещество не может образоваться из ничего, оно существует посредством непрерывного чередования поколений. При этом полное сходство между поколениями отсутствует, что обеспечивает характерную для живого вещества способность к эволюционному процессу, позволяющую ему приспосабливаться к изменившимся условиям среды. В отличие от неживой материи, живое вещество постоянно производит работу, в том числе и геологическую. Поэтому на протяжении миллиардов лет живое вещество перерабатывает большое количество веществ, намного превосходящую ее собственную.

Общая массу живых организмов называется биомассой. На нее приходится около 0,1% всей массы земной коры, что составляет примерно 2,43 х 1012 т. В различных структурах биосферы живое вещество распределено неодинаково. Различают два основных структурных типа биосферы: океанический и континентальный. На Мировой океан приходится около 70,8% от общей поверхности Земли, т. е. 361 млн. км2 из 510 млн. км2. В зависимости от светового режима, различают две горизонтальные зоны: верхняя эфотическая (100 - 200 м), которая в светлое время имеет достаточное для фотосинтеза количество света, и нижняя афотическая, куда солнечный свет не проникает и фототрофы не живут. Поскольку фототрофные организмы заселяют ограниченный объем Мирового океана, на их долю приходится лишь 6,3% всей биомассы, тогда как гетеротрофы (животные и микроорганизмы) составляют оставшиеся 93,7%. Несмотря на колоссальный объем Мирового океана (1300 млн. км3), его биомасса составляет всего 0,13% (0,03 х 1012) от всей биомассы биосферы. На суше биомасса на 92,2% представлена растениями и на 0,8% животными и микроорганизмами. Ежегодно в биосфере образуется примерно 232,5 млрд. т сухого органического вещества (табл. 46).

На растения приходится около 21% видового состава биосферы, но их биомасса составляет 99%. У животных наибольшее видовое разнообразие у беспозвоночных (96% видов), на долю позвоночных приходится лишь 4% видов.

Биогенное вещество создается в процессе жизнедеятельности организмов. На Земле нет более активного вещества, чем живое, вызывающее геологические преобразования. Вернадский показал, что живое вещество, путем преобразования солнечной энергии в энергию химических связей, создает мощную биогеохимическую силу, которая активно влияет на геологические процессы. При участии живых организмов образуется гумус почвы, торф, каменный уголь, нефть, известняк, кислород и углекислый газ атмосферы и гидросферы и др.

Биокосное вещество образуется при участии живых организмов и процессов неживой природы. Так, с участием живого вещества преобразуется вода биосферы, газы атмосферы, почва и т. д.

Таблица 46

Биомасса биосферы (млрд. т сухой массы)

(по Лемеза и соавт., с изменениями)

Сухое вещество	Океаническая часть биосферы			Континентальная часть биосферы			Итого
	Растения	Гетеротрофы	Всего	Растения	Гетеротрофы	Всего
Тонны 109	2400	20,0	2420	0,2	3,0	3,2	2423,2
Проценты	99,2	0,8	100	6,3	93,7	100