Строение биосферыКак уже отмечено, в состав биосферы входят вся гидросфера, верхняя часть литосферы (почва) и нижняя часть атмосферы. Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства, которые определяют не только видовой состав живых организмов, но и основные морфофизиологические особенности, водных, почвенных и наземных организмов. Гидросфера - это водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность всех содержащих воду объектов: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова. В наиболее общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Основная часть воды (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара. В подземных водах содержится 4,3% воды, в озерах - 0,02%; в речных водах - 0,0001%; в ледниках – 1,7%; почвенная влага – 0,01%; пары атмосферы – 0,001%. Поскольку основная масса воды сосредоточена в водоемах океанического типа, то свойства водной среды обычно рассматривают на примере Мирового океана. Условия жизни для водных организмов (гидробионтов) весьма специфичны, так как вода имеет значительные плотность, вязкость, теплопроводность, подвижность, обладает способностью расширяться при замерзании, растворять химические вещества и газы. В морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ представлена немногими химическими элементами (Na, Mg, Ca, Cl, C, S). Некоторые из элементов (N, P, Si) несмотря на относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических процессах моря и жизнедеятельности морских организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде, такие как кислород и диоксид углерода, количество которых широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащего в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Световой режим и давление по вертикальному профилю различны, что подразделяет живые организмы на глубоководных и живущих в поверхностных слоях. Особенностью водной среды является то, что живые организмы заселяют всю толщу Мирового океана - от поверхностной пленки до максимальных глубин в океанических впадинах (до 11 км). Наибольшая плотность живого вещества отмечается в поверхностных и в прибрежных водах океана. Гидросфера находится в тесной зависимости с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента.
Литосфера - это твердая оболочка Земли глубиной 50-200 км, состоящая из осадочного слоя (2-15 км), гранитного слоя (15-25 км) и базальтового слоя (25-30 км). Химический состав земной коры определяют немногие элементы. Всего лишь восемь элементов (O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K) слагают ее основную массу. Ведущим и наиболее распространенным элементом является кислород, который составляет 47,3% массы земной коры и 92% ее объема. Температурный предел существования жизни в литосфере ограничен 5-6 км. На глубине 3-3,5 км, особенно в водах нефтяных месторождений, обитают анаэробные бактерии. Наибольшая плотность живого вещества в литосфере отмечается в поверхностном слое земной коры - в почве (педосфера или эдафосфера),которая представляет собой смесь разложившихся органических веществ и выветренных минеральных веществ. Почва является особым телом планеты. В.И.Вернадский характеризовал почву как биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных тел. Из этого следует, что почва возникла на Земле вместе с живой материей - пока не было живых организмов, не могло быть и почвы.
Атмосфера представляет собой газообразную оболочку Земли, которая располагается над поверхностью литосферы и гидросферы на высоте до 1500 км. Нижний слой атмосферы (до 15 км) называется тропосферой,слой атмосферы (до 38-42 км) - стратосферой, мезосфера (до 80 км), термосфера (от 80 до 850 ка), экзосфера (от 850 до 1500 км). Выше 1500 км располагается околоземное космическое пространство. Главными составными частями атмосферы являются азот (75,5% по массе), кислород (23,14%) аргон (1,28%), углекислый газ (0,05%). Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе и озон. На высоте 22-25 км (8-10 на полюсах и 16-18 на экваторе) от поверхности Земли расположен озоновый экран, задерживающий губительные для всего живого ультрафиолетовое излучение. Пределом распространения жизни в атмосфере является нижняя граница озонового экрана, где на высоте до 22 км были обнаружены споры некоторых бактерий и грибов.
Кроме названных геосфер, выделяют еще одну своеобразную оболочку - биосферу, которая объединяет все живые организмы, обитающие на Земле. Границы биосферы определяются пределами распространения живого вещества на планете. Нижнюю границу биосферы условно можно провести по изотерме +1000 С (критическая температура для развития большинства бактерий). Эта температура достигается на глубине 3-3,5 км от земной поверхности и 5-5,5 км под дном океанов. Верхней границей служит защитный озоновый слой, расположенный на высоте 22-25 км, выше которого ультрафиолетовая часть солнечного спектра должна исключать наличие жизни.
Последние данные науки значительно расширяют наши представления о границах земной биосферы, приближая их к космосу. Например: · обнаружено, что некоторые бактерии и грибы не теряют жизнеспособности в условиях высокого вакуума, достигающего 10-13 - 10-11 мм.рт.ст. (вакуум космического пространства составляет 10-16 мм.рт.ст.); · бактерии обнаружены в водах атомных реакторов, некоторые из них выдерживают облучение высокого порядка (2-3 млн радиан); · ряд бактерий, а также некоторые высшие растения и насекомые переносят температуры, приближающиеся к абсолютному нулю (-273 С); · предполагают, что космическая пыль предохраняет определенные виды бактерий от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей.
Тем не менее считается, что биосфера - как область распространения живого вещества охватывает верхнюю часть литосферы (до 15 км в глубину), всю гидросферу (до 11 км в глубину) и нижнюю часть атмосферы (всю тропосферу и нижние слои стратосферы до 25 км в высоту). Таким образом, в целом биосфера представлена слоем распространения живого вещества по вертикали около 40 км, хотя потоками воздуха микроорганизмы иногда могут заноситься и выше 25 км. При этом обозначенные здесь границы жизни являются в высшей степени условными и завышенными. Реальные границы распространения живого вещества являются более суженными.
Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в поверхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43 1012 тонн. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов – 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле. В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов – беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие.
|
