5.8 Биосфера — глобальная экосистема

Вопрос 1. Расскажите о структуре биосферы.

Биосфера — это та часть Земли, в преде­лах которой существует жизнь (причем в ак­тивной форме, а не в виде спор, пыльцы и т. п.). Также биосферу можно определить как особую оболочку Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокуп­ной деятельностью всех живых организмов на­шей планеты. Структурно биосфера охватыва­ет часть воздушной оболочки (атмосферы), водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть литосферы. Она состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества: живое вещество — совокупность всех живых организмов (животные, растения, гри­бы, микроорганизмы);

биогенное вещество — органоминераль­ные продукты, созданные в результате жизне­деятельности организмов (нефть, каменный уголь, газ, торф, известняки и др.);
косное вещество, образованное без учас­тия живых организмов (горные вулканиче­ские породы);
биокосное вещество, созданное совмест­но живыми организмами и неорганическими процессами (почва, ил).

Вопрос 2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, — атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера является воздушной оболоч­кой Земли. Она содержит кислород, необходи­мый для дыхания организмов, и углекислый газ, используемый автотрофами в ходе фото­синтеза. Будучи частично прозрачной для из­лучения Солнца, атмосфера позволяет ви­димой части спектра, а также тепловому (инфракрасному) излучению достигать по­верхности Земли. Атмосфера также обладает теплоизолирующими свойствами, замедляя остывание ночной стороны нашей планеты. Осадки, ветра и другие атмосферные явления играют важнейшую роль в существовании эко­систем.

Гидросфера — водная оболочка. Для насе­ляющих ее организмов огромное значение имеют освещенность, температура, соленость конкретного водоема. Для биосферы в целом очень важна большая теплоемкость воды и то, что она, замерзая, формирует ледяной покров, под которым сохраняется жизнь. Условия оби­тания в гидросфере гораздо стабильнее, чем на суше. Это и сделало океан колыбелью жизни (хорошо адаптировавшийся вид может сотни миллионов лет процветать в океане без види­мых изменений).

Литосфера — твердая оболочка Земли. Она поставляет для создания почвы косное вещество (горные породы). Это же косное вещество является для живых организмов источником минеральных солей, а бактерии- хемосинтетики (серобактерии, железобак­терии) используют энергию, выделяющую­ся при окислении неорганических соедине­ний.

Вопрос 3. Чем определяются границы распро­странения живых организмов в биосфере?

Границы распространения живых организ­мов в биосфере определяются абиотическими факторами: количеством осадков, темпера­турой, давлением, содержанием кислорода, уровнем ультрафиолетового излучения и др. Там, где эти факторы сильно отклоняются от оптимальных значений, жизнь становится не­возможной (высокогорье, полярные зоны, пус­тыни, вулканы, пещеры).

Признаки жизни в атмосфере обнаружива­ются вплоть до высоты 20 км (уровень озоно­вого слоя), где можно встретить споры, бакте­рий, мельчайших членистоногих. Однако пол­ноценные экосистемы располагаются вблизи поверхности планеты (в горах — до высоты 3-5 км). Водная оболочка Земли заселена практически полностью; живые организмы встречаются даже на дне Марианской впадины (глубина более 11 км). Вместе с тем основная часть биомассы сосредоточена в верхних слоях гидросферы, где возможно существование фо­тосинтетиков. Жизнь в литосфере почти пол­ностью сосредоточена в почве, толщина кото­рой может достигать нескольких метров. Од­нако бактерии в месторождениях полезных ископаемых (например, нефти) обнаружены на глубине до 3-4 км.

Вопрос 4. Как формируется биокосное вещест­во биосферы?

Биокосное вещество образуется в результа­те взаимодействия живых организмов и неор­ганической природы. Примерами биокосного вещества являются ил и почва. Первый этап почвообразования — это почти исключительно физико-химические процессы: солнечные лу­чи вызывают неравномерное нагревание гор­ных пород, происходит их выветривание, вы­мывание и т. д. Но параллельно с этим начина­ют действовать и постепенно выходят на первый план биологические факторы: накоп­ление органических остатков и за счет актив­ности редуцентов формирование перегноя и гумуса. Начальные шаги в этом направлении осуществляют «пионеры жизни» — лишай­ники и цианобактерии, способные сущест­вовать практически на голых камнях и ус­корять их разрушение. Затем, по мере на­копления доступных для высших растений запасов минеральных веществ, к почвообразо­ванию подключаются мхи, травы, кустарни­ки и т. д.

Вопрос 5. Охарактеризуйте распределение биомассы на земном шаре.

Общая масса живых существ на нашей пла­нете составляет около 2,43 * 10¹² т. Биомасса водных организмов составляет лишь немно­гим более 1/1000 (0,13%) от этой величины; ос­тальные живые существа обитают на суше. Биомасса организмов суши на 99,2% пред­ставлена растениями, на 0,8% — животными, грибами и микроорганизмами. Распределение биомассы в Мировом океане имеет обратную закономерность: 93,7% — животные и лишь 6,3% — растения и микроорганизмы. Плот­ность биомассы увеличивается от полюсов к экватору, что в первую очередь связано с кли­матическими факторами. Максимальная плот­ность наблюдается в тех районах, которые в течение всего года обеспечены теплом и влагой (тропические леса, мелководье теплых морей и пр.).