Пять постулатов В.И. Вернадского, относящихся к функции биосферы

Постулат первый: "С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни". Смысл сказанного однозначен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.

Постулат второй: "Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... ". И далее: "Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы".

Третий постулат: "В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением". Смысл приведенных постулатов таков: первичная биосфера была представлена "совокупностями" организмов типа биоценозов, которые и были главной "действующей силой" геохимических преобразований, а морфологические изменения компонентов этих "совокупностей" не отражались на их "химических функциях".

Постулат четвертый: "Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... миграцию химических элементов в биосфере", поэтому "на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас".

И пятый постулат: "Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами".

Вернадский определил "геохимические функции" терминами: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание. Функций этих было достаточно, чтобы "былая биосфера" сыграла свою определяющую роль в становлении оболочек Земли – атмосферы, гидросферы, литосферы и геосферы.

Современная наука о биосфере те же функции классифицирует по пяти категориям: энергетическая, концентрационная, деструктивная, средообразующая, транспортная.

Биосфера (пространство, населенное живыми организмами) охватывает только тонкий пояс Земли, слой толщиной около 20 км. В земном пространстве глубина проникновения живых организмов (педосфера) зависит от климата, степени выветривания горных пород и т. д. Из-за трудностей транспортировки воды вследствие действия гравитационного поля Земли растения редко поднимаются над землей выше 50 м. Самыми важными факторами, ограничивающими распространение живых организмов в атмосфере и гидросфере, является содержание кислорода и температуры условий. В атмосфере из-за пассивного перенесения ветром пыльцы и спор бактерий органическая материя достигает высоты до 10 км. В глубоководных впадинах анаэробные бактерии были найдены на глубине 10000 м.

С экологической стороны биосферу можно разделить на суббиосферы (Шуберт), причем атмосфера, как, только временно обжитое пространство не будет учитываться:

Ø геобиосфера – обжитое пространство литосферы и педосферы (почва и др.);

Ø гидробиосфера – обжитое пространство гидросферы (моря, пресноводные озера, реки);

Ø антропобиосфера – пространство с человеческой доминантой (культурные ландшафты, города).

Образование живых веществ и их распад – это две стороны единого процесса, который называется биологическим кругооборотом химических элементов. Жизнь – кругооборот элементов между организмами и средой.

Причина кругооборота – ограниченность элементов, из которых состоит тело. Биологический кругооборот – это многоразовое участие химических элементов в процессах, происходящих в биосфере. В связи с этим биосферу определяют как область Земли, где происходят три основных процесса: кругооборот водорода, азота, серы, в которых принимают участие пять элементов (H, O₂, C, N, S), движущиеся через атмосферу, гидросферу, литосферу. В природе кругооборот осуществляют не вещества, а химические элементы.

Биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. Верхняя граница ее проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца (из др. ист. лит. – верхняя граница биосферы достигает 85 км над поверхностью Земли, в стратосфере во время запуска геофизических ракет в пробах воздуха определены споры микроорганизмов). Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере (ни­жний слой атмосферы) и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана – до 10–11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.

Биосфера включает в себя:

· живое вещество, образованное совокупностью всех живых организмов;

· биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.);

· косное (неживое) вещество, которое формируется без участия живых организмов;

· биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).

В качестве элементов природной среды Д.Ж.Маркович рассматривает атмосферу, гидросферу, литосферу, растения, животных и микроорганизмы.

Атмосфера – газовая, воздушная оболочка, окружающая земной шар. Она подразделяется на нижний слой – тропосферу (до высоты 8–18 км) и вышележащие слои – стратосферу (до 45–55 км), мезосферу (до 80–85 км), термосферу, располагающуюся над мезосферой и совпадающий с ионосферой (Т до 950–1000°С), ионосферу (до 500–800 км) и экзосферу (800–2000 км). Общая масса атмосферы составляет 1,15х10¹⁵ т.

У зем­ной поверхности в основном состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%) и углекислого газа (0,03%). На высоте около 30 км распо­ложен слой озона, который предохра­няет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких га­зов, и на очень больших высотах преоб­ладают гелий и водород; часть мо­лекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Неравно­мерность нагревания разных слоев атмосферы способствует циркуляции воздуха, влияющей на погоду и кли­мат Земли. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород – в результате фотосинтеза. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения.

Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, включающую в себя Мировой океан, воды суши (реки, озера, ледники), а также подземные воды. Вода – важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов, т.е. место обитания гидробионтов. Вода выступает в роли универсального растворителя. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км³. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км³. Значительные запасы воды (24 млн. км³) содержат ледники. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера (земная кора) – верхняя твердая оболочка Земли, располагаю­щаяся на мантии. Она составляет 1,5% от общего объема планеты и 0,8% от ее массы. Материковая кора состоит из прерывистой слоистой оболочки и расположенных под ней гранитного и еще ниже базальтового сло­ев. Общая толщина литосферы состав­ляет 35–45 км (в горных областях до 50–70 км). Океаническая кора имеет толщину 5–10 км и состоит из тонко­го (в среднем менее 1 км) слоя осад­ков, под которым находятся основные породы (базальт, габбро).

Изверженные породы образуются в результате застывания расплавленной вулканической лавы. Метаморфические породы возникают вследствие нагрева или сжатия ранее образовавшихся пород. Осадочные породы образуются в результате разрушения более древних пород, а также гибели организмов. Из осадочных пород и продуктов жизнедеятельности разнообразных живых существ складывается почва – один их важнейших природных ресурсов человечества. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества – продукты жизнедеятельности организмов.

Живые организмы (живое вещество). Растения, животные и микроорганизмы составляют живую природную среду человека.

Растения являются автотрофными (потребляющими органические вещества, полученными путем преобразования из неорганических) живыми организмами, для которых характерны способность к фотосинтезу и наличие плотных клеточных оболочек, состоящих обычно из целлюлозы. Они, как правило, не способны к активному передвижению. Растения являются основными поставщиками кислорода в атмосферу и потребителями углекислого газа. Они также составляют значительную часть пищевого рациона многих видов животных и людей. Царство растений включает более 350 тыс. научно описанных видов.

Животные представляют собой группу гетеротрофных (питающихся готовыми органическими веществами) живых существ, как правило, способных к активному передвижению. Животные участвуют в круговороте органических веществ и газов, активно усваивая кислород атмосферы и выводя в нее в качестве одного из продуктов жизнедеятельности углекислый газ. Животные широко используются человеком как «рабочая сила», а также как поставщики пищевого сырья и готовых продуктов питания. По имеющимся данным, общее число видов животных достигает 15–20 млн.

Микроорганизмы – это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые существа различной систематической принадлежности (растительное и животное царство), видимые только в микроскоп. К ним относятся бактерии, микоплазмы, риккетсии, микроскопические грибы, водоросли, простейшие, вирусы. Микроорганизмы играют большую роль в круговороте веществ в природе. Некоторые из них активно используются человеком в пищевой и микробиологической промышленности: виноделии, хлебопечении, производстве лекарственных препаратов, витаминов и др. Значительную долю среди микроорганизмов составляют патогенные формы, вызывающие заболевания растений, животных и человека.

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х10¹²т. 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. Масса живого вещества составляет всего 0,01–0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

Дата добавления: 2014-01-07