Границы биосферы

В масштабе планеты биосфера - это часть геологической оболочки Зем­ли. Точные границы биосферы не просто обозначить и сегодня. Поскольку биосфера - это область распространения жизни, то она наряду с живыми организмами включает в себя и среду их обитания. Если под биосферой понимать зону существования не только живых организмов, но и продуктов их жизнедеятельности, то в этом слу­чае границы биосферы становятся более размытыми и недостаточно определенными, т.к. например, мо­лекулы кислорода, создаваемые автотрофными организмами, дости­гают верхних пределов атмосферы, которые оценить можно только приближенно, а органический углерод (продукт жизнедеятельности рас­тений), может перемещаться благодаря верти­кальным тектоническим движениям от земной поверхности на значи­тельные глубины, которые также трудно определить точно.

В настоящее время для выявления границ биосферы используют как правило сведения о сфере распространения жи­вых организмов. Известно, что органическая жизнь сосредоточена в трех оболочках (геосферах) Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере. Какие же физико-химические условия опре­деляют существование живых организмов? К таковым можно отнести следующие условия:

- достаточное количество углекислого газа и кислорода;

- достаточное количество воды, обеспечивающее нор­мальный ход ферментативных процессов;

- диапозон давления;

- благоприятный термический режим;

- солевой режим;

- благоприятный радиационный фон.

Кислород. Это наиболее распространённый элемент на Земле, он присутствует во всех живых клетках, входит в составе многих органических веществ. В связанном виде кислород находится в составе различных соединений - более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород, главным образом это силикаты. Кроме того морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода – около 88,8 % по массе. В свободном виде кислород содержится в атмосфере – около 20,95 % по объёму и 23,12 % по массе. Атмосфера над поверхностью Земли насыщена многообразными живыми организмами. Основная часть аэропланктона[6] сосредоточена в слое до 1-1,5 км над поверхностью Земли. Если же говорить о таких живых организмах как растения и животные, то в Гималаях, например, распростране­ние зеленой растительности ограничено высотой 6200 м. На этой высоте парци­альное давление углекислого газа вдвое ниже, чем на уровне моря. Однако споры бактерий и грибов обнаруживают до высот 20 - 22 км.

Считается, что верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой радиации. Известно, что большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь тонкий слой озона - озоновый экран Земли. Озо́новый слой - это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли, в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О₂) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О₂, образуя озон[7] (О₃). Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. В тропических широтах озоновый слой расположен на уровне 25-30 км, в умеренных 20-25 км, в полярных 15-20 км.

Вода. Одной из отличительных особенно­стей живого является их обводненность. Вода в атмосфере нашей планеты находится в виде капель (в облаках и тумане), а также в виде пара. На поверхности Земли в совокупности вода представлена жидкой водной оболочкой - гидросферой, а так же твёрдой (ледники) - криосферой. В почве различают воду связанную и свободную. Первую частицы почвы настолько прочно удерживают, что она не может передвигаться под влиянием силы тяжести, а свободная вода подчинена закону земного притяжения. В тканях живых организмов воды содержится примерно в 5 раз больше, чем во всех реках плане­ты. Половина воды, содержащейся в корнях растений, обновляется в течение нескольких минут.

Известно, что океан заселен полностью. При фотосинтезе автотрофами океана ус­ваивается углекислый газ, растворенный в океанических водах и синтезируется органическое вещество, благодаря наличию которого обеспечивает существование всех морских организмов. Даже на глубинах более 10 км живут многоклеточные ор­ганизмы типа иглокожих - "морские огурцы". Распространение жизни вглубь донных осадков ограничивается десятыми долями метров, максимально - единицами метров.

Считается, что на поверхности Земли нет таких участков, где бы жизнь была огра­ничена водой, т.к. даже в пустынях Африки (наиболее сухие) под слоем песка встречаются жуки-чернотелки, которые обходятся без атмо­сферной и почвенной влаги и получают ее только с пищей, которая прино­сится по воздуху (останки животных, насекомые, а иногда мертвые пти­цы).

Давление. Диапазон давления, при котором возможна жизнь, изменяется от 8000 атмосфер (выживают дрожжи) до 0,001 миллибар (семена и спо­ры) и даже до 10^-11 мм рт. ст. (одноклеточные организмы).

Температурный режим. Поскольку для живых организмов необходим благоприятный термический режим, который исключал бы как слишком высокие температуры, при которых происходит свертывание белков, так и слишком низкие температуры, при которых прекращается работа ферментов, то следует ожидать, что температурным режимом прежде всего будет ограничена нижняя граница биосферы. Чемпионами по выживанию считаются прокариоты, поскольку способны выдерживать в состоянии анабиоза экстремальные температуры. Одни из них живут на снегу, на льдинах и в скальных породах Антарктиды. Другие виды прокариоты обитают в горячих источниках при температуре до 98° С, а в подземных водах и до 100° С. существуют бактерии, которые способны переносить температуры -252°С в течение двадцати часов, а мороз в -200°С они способны выдерживать в течение многих месяцев. Известны термофильные бактерии, обитающие в подводных гейзерах Восточно-Тихоокеанского хребта, которые спо­собны размножаться даже при температуре +250°С, более того они сохраняют жизнеспособность и при более высоких температурах (при повышении температуры еще на 100°С). Таким образом, существование жизни определяется величиной температурной амплитуды существования одноклеточных организмов и составляет 600°С.

В пределах литосферы нижняя граница биосферы ограничена, прежде всего, температурой горных пород и подземных вод, поскольку она имеет тенденцию к постепенному возрастанию с глубиной и на уровне 1,5 - 15 км уже превышает 100°С. Поэтому вглубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В нефтяных месторождениях на глубине 2 - 2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. Ниж­няя граница биосферы на континентах ограничена не только температурой, но и концентрацией солей. В Западной Сибири активная и разнообразная анаэробная микрофлора была найдена на глубине более 3000 м, однако, если содержание солей в водах составляет более 270 г/л, то бактерии отсутствовали и на меньших глубинах. Самая большая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены бактерии, составила 4 км.

На распространение жизни в океане температурный режим не оказывает особого влияния, т.к. даже на дне океанических впадин глубиной в 10 - 11 км от поверхности температура около 0°С.

Из всего вышеизложенного следует, что область распространения жизни на нашей планете составляет: до 25 км вверх (до озонового слоя) и до глубин 11 км (дно океана).

31 мая 2009 на дно Марианской впадины погрузился автоматический подводный аппарат Nereus. Согласно замерам, он опустился на 10 902 метра ниже уровня Мирового океана, где было зафиксировано существование живых организмов.

Однако по Вернадскому нижнюю границу биосферы следует проводить еще глубже, поскольку постепенно накапливающиеся в океане гигантские толщи осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых существ - это тоже часть биосферы. В соответствии с динамическими процессами в земной коре осадочные породы постепенно вовлекаются вглубь, претерпевают там изменения – метаморфизируются под действием высоких температур и давления. Следовательно, метаморфические породы земной коры, в конечном итоге также производные жизни. Таким образом, согласно Вернадского биосфера может охватывать по вертикали слой толщиной 40 - 45 км. Хотя биосфера и одевает непрерывной оболочкой земной шар, ее протяженность по вертикали варьируется в широких пределах: меняется от долей метра (в областях чрезвычайно скудной жизни, например арктические и антарктические пустыни) - до тысяч метров (экваториальные зоны).

Дата добавления: 2014-10-31