Структура и границы биосферы

Теория биосферы

Впервые термин «биосфера» (греч. вios - жизнь, spharia – шар, сфера) был введен в науку австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. Этим термином Зюсс высказал очень большое обобщение, понимая под биосферой верхнюю оболочку земной коры, где встречаются живые организмы.

Биогеохимик и философ В.И. Вернадский взял этот термин за основу и создал целостное учение о биосфере. Под биосферой он понимал все пространство литосферы, гидросферы и атмосферы, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются организмы или продукты их жизнедеятельности и которое обладает антиэнтропийными свойствами.

Энтропия (мера преобразования порядка в беспорядок, мера хаоса, деградации) свойственна закрытым равновесным термодинамическим системам. А системы, в которых существуют живые организмы - это открытые неравновесные системы, которые «откачивают» энтропию из окружающей среды.

Биосфера - не замкнутая система, она фактически полностью обеспечивается энергией Солнца, небольшую часть составляет тепло самой Земли. 40 % энергии Солнца излучается обратно в космос, около 15 % идёт на нагрев атмосферы, почвы и воды, вся остальная энергия является видимым светом, который и является источником фотосинтеза.

Фотосинтез - процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий).

Совокупность всех организмов на Земле в теории биосферы называют живым веществом. Оно составляет ничтожно малую часть от массы Земли, однако под его влиянием сформировался современный облик планеты.

Человек, как часть живого вещества, является существенной геологической силой и значительно изменяет направления процессов, происходящих в биосфере, тем самым ставя под угрозу своё существование.

Французский фотограф Ян Артю́с-Бертра́н совместно с Люком Бессоном сняли экологический фильм «Дом» (Home), где показана современная Земля с высоты птичьего полёта.

В этом фильме есть и прекрасные кадры, и шокирующие, и просто поражающие той тупиковостью, в которую человечество загнало и себя, и планету. Это фильм о реальной экологической катастрофе. Посмотрите. Всем рекомендую. Моя страница в контакте.

Принято выделять современную биосферу - ту часть, где живые организмы встречаются в настоящее время, и палеобиосферу (или былую биосферу) - слои земной коры, лишённые ныне жизни, но переработанные живым веществом в течение прошлых геол. эпох (накопления осадочных пород - известняков, углей, горючих сланцев и т.д.).

В состав биосферы входят все оболочки земного шара - атмосфера (АС), гидросфера (ГС), литосфера (ЛС) и почвенный покров. Однако живые организмы в биосфере распределены неравномерно.

Водоемы заселены по всей толще, со сгущениями у поверхности и у дна. Выделяются своим богатством прибрежные и мелководные участки. На суше более 99% живого вещества, или биомассы, сосредоточено в слое на несколько метров вглубь и на несколько десятков метров (высокие деревья) вверх от поверхности.

Наивысшая концентрация живого вещества наблюдается на границах раздела основных сред - в почве (АС-ЛС), в поверхностных слоях океана (АС-ГС), на дне водоемов (ГС-ЛС), в приливно-отливной зоне (АС-ЛС-ГС). По терминологии В.И. Вернадского такие зоны называются «пленками жизни» (сгущения живого вещества).

В этих зонах экологические условия оптимальнее для развития живых организмов, чем, например, в пустынях, высокогорных зонах, в недрах земли, в глубинах океана.

Кроме основных оболочек земного шара в составе биосферы по признаку происхождения можно выделить 3 типа вещества:

Биогенное вещество (возникшее из живых организмов) - осадочные породы, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории.

Косное вещество (устар.слово, вещества неорганического происхождения) - в образовании которого живые организмы не участвуют. Например, магматические горные породы, радиоактивные вещества.

Вернадский жил во 2 половине 19 - первой половине 20 века, возможно, это было слово из его привычного лексикона (глагол коснеть; иметь склонность к чему-либо привычному, невосприимчивость к новому, прогрессивному; отсталость)

Биокосное вещество (вещество неживой материи, преобразованное жизнью) - природные воды, кора выветривания, почва, ил, современная атмосфера, озоновый слой.

Границы биосферы

Область устойчивости жизни (экстремальные пределы выживания организмов) - от предельных океанских глубин до атмосферных высот порядка 25-30 км.

Область существования жизни (область воспроизводства организмов) - от дна Марианской впадины (11 км±40 м ниже уровня моря) до вершины Эвереста (8848 м).

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется уровнем УФ- радиации. Если живые организмы поднимаются выше защитного слоя озона (25-30 км), они погибают. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1—1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни — около 6 км над уровнем моря.

Аэропланктон - совокупность взвешенных в воздухе живых организмов (различные виды бактерий, грибов, мхи, водоросли; взвешенные в атмосфере споры, пыльца, фитопланктон, мелкие семена, а также мелкие животные, например, членистоногие).

Споры многих бактерий легко поднимаются в высокие слои атмосферы, что позволяет им высеиваться на больших площадях.

Учёные изучают организмы аэропланктона, захватывая их с помощью фильтров, устанавливаемых на самолёты, воздушные змеи или аэростаты

На высоте более 30-40 км наблюдается слой атмосферы, лишенный жизни.

Космическая орбита расположена на высоте 400-600 км (МКС - примерно 380 км над уровнем моря, потому что на высоте около 400 км влияние атмосферы на МКС снижается до минимума). Можно ли считать эту высоту зоной проникновения жизни?

Естеств. пределами развития жизни являются повышенные и пониженные темп-ры, давления и радиация.

Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни (в латентном состоянии), - от практически абсолютного нуля до 180°С. Давление, при котором существует жизнь, - от малых долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12 тыс. атм. Споры бактерий, конидий и мицелий некоторых грибов 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 порядка 2—3 млн рад. При температурах жидкого воздуха (-192°С), гелия (-268,9°С), водорода (-259 °С) ряд бактерий остаются живыми.}

На основании приведенных данных можно сделать важный вывод: выносливость жизни в целом к отдельным факторам среды шире диапазонов тех условий, которые существуют в границах современной биосферы. Следовательно, жизнь обладает значительным «запасом прочности», устойчивости к воздействию среды и потенциальной способностью к еще большему распространению.

Дата добавления: 2014-01-05