Границы, состав и структура биосферы

Возникшая 3,5-4,0 млрд. лет назад, современная биосфера включает живые организмы (около 3 млн. видов), их остатки, зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, населенные и видоизмененные живыми организмами. (В.В. Денисов, 2004). В биосферу входят: нижняя часть атмосферы, состоящая из тропосферы и нижней части стратосферы, высотой до 15-20 км, гидросфера, где наблюдается жизнь ниже глубины мирового океана на 1-2 км, и литосфера – верхняя часть оболочки Земли глубиной до 4,5 км. На этой глубине в нефтеносных водах найдены микроорганизмы. К биосфере относится и человек. (Арустамов Э.А., 2001). Существует неверное (излишне упрощенное) двухуровенное представление о биосфере как о целом, состоящем лишь из совокупностей биогеоценозов. На самом деле биосфера сложена иерархией экосистем и геосистем. Следует также обратить внимание на ошибочное – слишком расширенное – как мегабиосферы – определение биосферы в 3-м издании БСЭ (т. 3, С.334, столбец 1080) и неверную трактовку биосферы в некоторых отечественных и иностранных изданиях не как сочетание биоты и сферы ее обитания, а как совокупность живых организмов вне связи со средой их жизни и веществом, ее составляющим.

«Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни» (Вернадский В.И. Биосфера. Л., 1926 г., с.102). Это «поле существования жизни», особенно активной, по новейшим данным, ограничено в вертикальном пределе главным образом высотой около 6 км над уровнем моря, до которой сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хлорофиллоносные растения-продуценты (6,2 км в Гималаях). Выше в эоловой зоны, обитают лишь пауки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром (возможно, также выпадающими из стратосферы). Еще выше живые организмы попадают лишь случайно (микроорганизмы могут сохранять жизнь в виде спор). Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100°С в литосфере расположенные соответственно на отметках около 11 км и, по данным сверхглубинного бурения на Кольском полуострове, около 6 км (фактически жизнь распространена в литосфере до глубины 3-4 км). Таким образом вертикальная мощность биосферы в океанической области Земли достигает чуть более 17 км, сухопутной до 12 км. Парабиосфера еще более асимметрична, поскольку верхнюю ее границу определяет озоновый экран. Еще значительнее колебания толщи мегабиосферы, охватывающей осадочные породы, но она не опускается на материках глубже отметок самых больших глубин океана, то есть 11 км (тут температура достигает 200°С), и не поднимается выше наибольших плотностей озонового экрана (22-24 км), следовательно, ее максимальная толщина 33-35 км. Теоретические пределы биосферы намного шире, в гидротермах дна океана (их назвали «черными курильщиками» из-за темного цвета извергающихся вод) на глубинах около 3 км обнаружены организмы при температуре до 250°С. При давлении около 300 атм. вода тут не кипит (пределы жизни ограничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков). Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Глубже 25 км, по оценкам, должна существовать критическая температура в 460°С, при которой при любом давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна (прил. 1). (Реймерс Н.Ф., 1990). Биосфера – это не только оболочка (сфера) Земли, где существует жизнь, – она создана жизнью и организована ею в определенную систему. Биосфера как оболочка планеты непрерывна, и ни одна из ее составных частей не может быть отделена без уничтожения единого целого. (Банников А.Т. и др., 1999).

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен веществ этих пород и физической средой парового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможно еще проявление жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы. (Коробкин В. И. и др., 2003)

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты. Под живым веществом В.И. Вернадский понимал все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы, только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное. Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли. (Коробкин В.И. и др., 2003). Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз (понятие, введенное В.Н. Сухачевым). Биогеоценоз представляет собой однородный в топографическом, микроклиматическом, ботаническом, зоологическом, почвенном, гидрологическом и геохимическом отношениях участок территории или акватории. Биогеоценоз, как элементарная структурная единица биосферы включает в себя определенное сообщество организмов, почву, почвенно-грунтовую воду и нижние слои тропосферы. В этой системе осуществляется с интенсивностью, характерного для конкретного биогеоценоза, круговорот вещества и энергии. Биогеоценоз представляет собой относительно устойчивую во времени, термодинамически открытую систему по веществу и энергии, имеющую вход (солнечная энергия, минеральные элементы горных пород, атмосфера, грунтовая вода) и выход энергии и биогенных веществ в атмосферу (тепло, кислород, углекислый и другие газы), в литосферу (гумусовые соединения, минералы, осадочные породы), в гидросферу (растворенные биогенные вещества грунтовых, речных, озерных и других вод). В этих элементарных биохорологических подразделениях биосферы, биогеоценозах, осуществляется громадная геохимическая работа. Участки территории или акватории, выделяемые на основе общности трофической среды (совокупности трофических цепей) организмов, называются экосистемами. Биогеоценозы и различные экосистемы, сложившиеся в процессе длительной эволюции и приспособления видов и популяций организмов к среде и между собой – весьма слаженные, устойчивые механизмы, способные путем саморегулирования противостоять как изменениям в среде, так и резким изменениям в численности организмов. (В. А. Ковда, 1971).

Одной из наиболее характерных особенностей биосферы земли является наличие в ней круговорота веществ и связанной с ними энергией.