§ 57. Законы эволюционных изменений биомассы планеты.

Одним из главных общебиологических показателей является масса биосферы, или биомасса. Биомасса – это общая масса всех видов живого (растений и животных) на Земле в определенный момент времени. На нашей планете биомасса состоит из трех главных видов: растения или флора (99,75% массы биосферы), животные или фауна (0,25%) и микроорганизмы (10 ^–6 %). Рисунок 26 отражает этапы изменения массы биосферы.

Рисунок 26. Изменение растительной и животной биомассы Земли на протяжении 5 миллиардов лет существования планеты.

Растительные организмы осуществляют в своих клетках биохимические реакции в виде синтеза из простейших неорганических молекул (углекислого газа, воды, азота, окиси серы, окиси железа и других) высокомолекулярных органических веществ в виде белков, жиров, углеводов, РНК, ДНК и других. Животные организмы осуществляют совершенно противоположные биохимические реакции в виде распада высокомолекулярных органических веществ растений и животных (белков, жиров, углеводов, РНК, ДНК и других) на простейшие молекулы. Реакции в виде горения происходят внутри животных клеток, где осуществляется соединение органических веществ с атмосферным кислородом (достающемуся животному при дыхании). Конечными продуктами, которые животная клетка выбрасывает как «фекалии», являются простейшие неорганические молекулы (углекислый газ, вода, азот, окись серы, окись железа, простейшие органические соединения – мочевина и другие). Биомасса на Земле изменяется в процессе эволюции. Она сначала медленно возрастала на протяжении 3340 миллионов лет, а потом стала сравнительно быстро уменьшаться на протяжении 263 миллионов лет. Для точной ориентации в эрах и периодах приводится таблица 8, где длительность периодов указана в миллионах лет.

Таблица 8. Палеонтологическая таблица и биомасса Земли.

Эон, миллионы лет	Эра, миллионы лет	Период, миллионы лет	Биомасса планеты Земля
Фанерозойский эон, 570	Кайнозойская, 67	Антропогеновый, 3 Неогеновый, 25 Палеогеновый, 41	10 14 килограмм 10 15 10 17
	Мезозойская, 169	Меловой, 66 Юрский , 53 Триасовый, 50	10 18 10 19 10 20
	Палеозойская, 335	Пермский, 45 Каменноугольный, 65 Девонский, 55 Силурийский, 35 Ордовикский, 65 Кембрийский, 80	10 20 10 19 10 17 10 16 10 15 10 14
Протерозойский эон, 2000			10 13
Архейский эон, 1000			10 7 килограмм

Современную биомассу ученые оценивают в среднем в 10¹³ тонн (В. И. Вернадский – в 10 ¹⁴ тонн, а В. А. Ковда – 10 ¹² тонн, а Н. И. Базилевич – 2,42 × 10 ¹² тонн), что составляет в 10 миллионов раз меньшую массу, чем «теоретически максимальная» масса биосферы Земли. Можно выделить следующие эволюционные стадии количественного изменения биомассы.

1. Безжизненная горячая Земля. Стадия длилась от возникновения планеты в течение 1500 миллионов лет до начала архейского эона.

2. Медленное увеличение биомассы Земли. Длительность 3000 миллионов лет; время архейского, протерозойского эонов. Жизнь возникла, и начала медленно увеличивать свою биомассу до 10¹³ - 10¹⁵ тонн к концу протерозоя, живые организмы содержались исключительно в морях и океанах. Несмотря на изобилие углекислого газа в атмосфере (80%) повсеместная теплота поверхности континентов планеты (в среднем около + 250 ° С) не давало возможности распространению растений по суши. Растения существовали только в океанах.

3. Быстрое увеличение биомассы происходило в течение палеозойской эры (на протяжении 335 миллионов лет). Растительно-животный мир вышел из океанов и распространился по континентам. Изобилие углекислого газа в атмосфере (20 - 65%) и повсеместная теплота поверхности планеты (в среднем около + 50 ° С) привели к сверхвысокому насыщению растительной жизнью океанов и континентов. В конце этой стадии, в каменноугольном и пермском периодах, из растительности образовались самые мощные пласты органического ископаемого - каменного угля. Жизнедеятельность растений привела к увеличению количества кислорода в атмосфере Земли с 5% в Протерозойскую эру до 21% в Кайнозойскую. Животным кислород нужен для дыхания. Это способствовало резкому увеличению биомассы животного мира, так как животные дышат кислородом. Триасовый и юрский периоды этой эры можно назвать «золотым веком» животного царства. Континенты и океаны в то время заполняли самые крупные животные - динозавры. Это были травоядные и хищные звери, масса одного экземпляра достигала десятков тонн. Можно предположить, что по отношению к растительной массе животные занимали в то время около 1%, что составляет 10¹⁸ тонн. Если современная масса животных определяется цифрой 2,5 ·10¹³ тонн, то в юрский период она была в 4000 раз выше. Однако основную массу биосферы (99%) составляли растения. Наивысшая масса биосферы приходится на 5 периодов: два последних периода палеозойской эры (каменноугольный и пермский) и три периода мезозойской эры (триасовый, юрский и меловой). В эти периоды возникает максимальная масса растительного мира на Земле в количестве 10²⁰ тонн, что в миллион раз выше современной массы биосферы. Современную биомассу В. И. Вернадский оценивал массой в 10¹⁴ тонн.

4. Медленное уменьшение биомассы. Происходило в мезозойскую эру (длительность 169 миллионов лет). При сверхбольшом количестве растительной массы началось глобальное и интенсивное поглощение углекислого газа из атмосферы. Процентное содержание углекислого газа медленно понижалось. Хотя атмосфера постоянно пополнялась им от десятков тысяч вулканов, но вулканическая деятельность медленно затихала. В Кайнозойскую эру (началась 70 миллионов лет назад) снизилось процентное содержание углекислого газа в атмосфере до 1 - 3%, охлаждение поверхности планеты и атмосферы достигло ниже 30˚ С. Поэтому растительная биомасса начала медленно сокращаться. К концу мезозоя ее масса уменьшилась в 3 - 5 раз и равнялась 5 ·10 ¹⁹ тонн.

5. Быстрое уменьшение биомассы. Эта стадия уже длится на протяжении всей Кайнозойской эры (в течение 70 миллионов лет) и закончится полным исчезновением жизни на Земле приблизительно через 30 миллионов лет; общая длительность стадии 100 миллионов лет. Причина очень быстрого вымирания растений и животных в кайнозойскую эру состоит в катастрофическом уменьшении углекислого газа до 0,03% и в значительном похолодании атмосферы у поверхности Земли. Вулканическая деятельность почти затихла и не добавляет углекислого газа в атмосферу. Северный и южный полюса окружаются холодными зонами льдов и снегов, где почти нет растительно-животного мира. Через миллион лет процентный состав углекислого газа в атмосфере еще больше уменьшится, а планета станет значительно холоднее. Через 30 миллионов лет жизнь на Земле перестанет существовать.

6. Безжизненная холодная Земля. Оставшееся время, вплоть до взрыва Солнца как «сверхновой», Земля будет без признаков жизни. Процесс уничтожения всех планет Солнечной системы, в том числе и планеты Земля, произойдет примерно через 3 миллиарда лет, когда ее возраст будет 8 миллиардов лет. За это время планета потеряет атмосферу и гидросферу, литосфера полностью остынет. Исчезнут все «среды жизни»: атмосфера, почва, гидросфера. Земля станет похожей на Луну.