Биосфера

1. Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли. Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера сформировалась 500 млн. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы.

Границы биосферы:

• Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновоеультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
• Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурациибелков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
• Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Под биосферой  Вернадский  понимал  тонкую  оболочку

Земли, в которой все  процессы  протекают  под  прямым  воздействием  живых

организмов.

2) Геосферы  биосферы и их функциональная  роль

АТМОСФЕРА (от греч. atmos — пар и sphaira — шар * а. atmosphere; н. Atmosphare; ф. atmosphere; и. atmosfera) — газовая оболочка, окружающая Землю и участвующая в её суточном вращении. Масса атмосферы составляет около 5,15 • 10¹⁵ т. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает влияние на геологические процессы.

Атмосфера защищает поверхность Земли от разрушительных действий падающих камней (метеоритов), большая часть которых сгорает при вхождении в её плотные слои. Флора и фауна, оказавшие существенное влияние на развитие атмосферы, сами сильно зависят от атмосферных условий. Слой озона в атмосфере задерживает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно действовало бы на живые организмы. Кислород атмосферы используется в процессе дыхания животными и растениями, углекислота — в процессе питания растений.

Гидросфера  – водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере. Гидросфера Земли на 94% представлена солеными водами океанов и морей, более 75% всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды. это тончайшая водяная пленка на поверхности Земли, но, как озоновый защитный слой, играющая исключительно важную роль в биосферной системе.

Без воды не могло бы быть человека, животного  и растительного мира, так как большинство растений и животных состоит в основном из воды. Кроме того, для жизни необходимы температуры в диапазоне от 0 до 100° С, что соответствует температурным пределам жидкой фазы воды. Для многих живых существ вода служит средой обитания. Таким образом, главнейшей особенностью гидросферы является изобилие жизни в ней.

Велика  роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой – за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы.

Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

3. Закономерности работы биосферы. Биосфера – «вечный двигатель».

Закономерности  эволюции биосферы обусловлены тремя  категориями факторов: своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием  живого и неживого в пределах биосферы, особенностями взаимных отношений  между организмами. 

1. Среда  биосферы, включающая космические,  геологические и геохимические  факторы, определяет саму возможность  существования жизни. При ее  существенных изменениях биосфера  вынуждена к ним приспосабливаться,  реагируя вымиранием групп организмов, не способных к приспособлению, и усиленным развитием более  выносливых. Об этом уже шла  речь в главе второй. Сохраняются,  как правило, одноклеточные и сравнительно мало специализированные многоклеточные. Происходит то, что известный американский палеонтолог Э. Кон назвал в конце прошлого века переживанием неспециализированного. Таким образом, во время критических изменений в среде биосферы живое бывает вынуждено как бы отступать в ходе прогрессивной эволюции. В качестве одного из примеров подобных отступлений можно указать на вымирание высокоспециализированных рептилий в меловом периоде, уступившим место сравнительно примитивным видам млекопитающих. 

2. Взаимодействие  живого и неживого в пределах  биосферы включает контуры обратных  связей и потому, по мере развития  жизни, биосфера начинает выступать  в качестве саморегулирующейся  системы. Способность к саморегуляции обеспечивает относительную устойчивость биосферы в целом, равно как и ее отдельных компонентов-биогеоценозов. Эта устойчивость обязана точному воспроизведению всех элементов биосферы на всех ее уровнях. Точность воспроизведения в свою очередь зависит от особенностей воспроизведения живого. 

3. Живая  составляющая биосферы подчиняется  биологическим факторам, среди которых  особое значение имеет наследственность, изменчивость, особенности формирования  фенотипа, борьба за существование  и естественный отбор.

4) Взгляд  Вернадского на проблему происхождения  жизни на Земле

Рассматривались следующие варианты: 1)  жизнь

возникла  до образования Земли и была занесена на неё; 2)  жизнь  зародилась

после образования Земли; 3) жизнь зародилась вместе с  образованием  Земли.

Вернадский  придерживался последней из этих точек зрения и считал,  что  нет

убедительных  научных данных о том, что живое  когда-либо не существовало  на

нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

5) Биогеохимические принципы миграции химических элементов в биосфере.

Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере, очень важными являются три основных положения, которые Владимир Иванович называл “биогеохимическими принципами” * I принцип: ”Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению”. * II принцип: “Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы” (или в другой формулировке: “При эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию”). * III принцип: “В течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало”

Для Вернадского I биогеохимический принцип был тесно связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. “Вихрь атомов”, который представляет собой жизнь, по определению Жоржа Кювье, стремится к безграничной зкспансии. Следствием этого и является максимальное проявление биогенной миграции атомов в биосфере.

II биогеохимический принцип, по существу, затрагивает кардинальную проблему современной биологической теории — вопрос о направленности эволюции организмов. По мысли Вернадского, преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или “научились” полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах. В ходе биологической эволюции, таким образом, увеличивается “КПД” биосферы в целом. Чисто математически это показал В.В.Алексеев, который на основе расчетов пришел к следующим выводам: “Эволюция должна идти в направлении увеличения скорости обмена веществом в системе”. И далее: “Становится понятным, почему образовались ферменты, роль которых заключается в резком увеличении скоростей реакций, идущих при обычных условиях исключительно медленно”

III биогеохимический принцип также связан со “всюдностью” или “давлением” жизни. Этот фактор обеспечивает безостановочный захват живым веществом любой территории, где возможно нормальное функционирование живых организмов.

6) Компоненты  вещества в биосфере: живое вещество, образованное совокупностью

организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе

жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф,

известняки  и др.); косное вещество, которое формируется без участия

живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный

результат жизнедеятельности организмов и  небиологических процессов (например, почвы). Все компоненты биосферы тесно  взаимодействуют между собой, составляя

целостную, сложно организованную систему, развивающуюся  по своим внутренним

законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного

излучения, гравитационных сил, магнитных полей  Солнца, Луны и др. небесных

тел).

Живое вещество – посредник между солнцем  и землей.

В связи  с действием солнечной энергии  и внутренней энергии Земли в  биосфере совершаются постоянные процессы движения и перераспределения вещества. В ней осуществляется массовый перенос  твердых, жидких и газообразных тел  при различных температурах и  давлениях. На Земле ежегодно разрушатся 1012 тонн живого вещества из общего запаса 1013 тонн. Такой интенсивный круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью биомассы планеты. В отличие от мертвой, материи  живое вещество способно к аккумуляции  энергии, размножению и обладает огромной скоростью реакций. На Земле  нет силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим последствиям, чем живые  организмы, взятые вместе. Жизнь на Земле невозможна без круговорота  веществ. Аккумуляция и минерализация  происходит в биоценозах. Основной круговорот углерода состоит в превращении  СO2 в живое вещество, из которого при разложении бактериями и дыханием вновь образуется СО2

Круговорот  азота связан с превращением в  нитраты молекулярного азота  атмосферы за счет деятельности некоторых  бактерий и энергии грозовых разрядов. Нитраты усваиваются растениями. В составе их белков азот попадает к животным, а после отмирания  растений и животных — в почву, где гнилостные бактерии разлагают  органические остатки до аммиака, который  затем окисляется бактериями в азотную  кислоту. Таким образом, накопление химических элементов в живых  организмах и освобождение их в результате разложения мертвых — характерная  особенность биогенной миграции.

Обновление  биомассы на суше происходит в среднем  за 15 лет, причем для лесной растительности эта величина значительно больше, а для травянистой — значительно  меньше. В океане общая масса живого вещества обновляется в среднем  через каждые 25 дней. Обновление всей биомассы Земли осуществляется за 7—8 лет.

Многоклеточный организм — внесистематическая категория живых организмов, тело которых состоит из многих клеток, большая часть которых (кроме стволовых, например, клеток камбия у растений) дифференцированы, то есть различаются по строению и выполняемым функциям.

7)  свойства  и функции живого вещества

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Термин введён В. И. Вернадским.

Работа  живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может  проявляться в двух основных формах:

а) химической (биохимической) – I род геологической  деятельности;

б) механической – II род транспортной деятельности.

Биогенная миграция атомов I рода проявляется  в постоянном обмене вещества между  организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении  вещества организмами в ходе его  жизнедеятельности (при строительстве  нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание  неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.

Для понимания  той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В. И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами: