16. Биосфера как специфическая оболочка Земли.

Биосфера – это область существования живых организмов, занимающих пространство на поверхности земного шара. Термин «биосфера» был введен в научную литературу в 1875г. австрийским ученым-

геологом Эдуардом Зюссом, который понимал под ним все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы, где встречаются живые организмы. До Э.Зюсса в 1802г. знаменитый французский ученый Ж.Б.Ламарк не употребляя термин «биосфера», отметил планетарную роль жизни в формировании земной коры. В своих трудах известный ученый-почвовед В.В.Докучаев, на рубеже 19-20вв. обосновал идею о глобальном влиянии жизни на природные явления.

В.И.Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием, опубликовав в 1926г. свой классический труд «Биосфера». Принципиальные положения учения В.И.Вернадского о биосфере органически сочетают подходы его предшественников. В отличие от Э.Зюсса, который связывал понятие «биосферы» только наличием в трех сферах земной оболочки (литосферы, атмосферы и гидросферы) живых организмов, В.И.Вернадский им отводил роль главнейшей преобразующей силы. То есть В.И.Вернадский различает газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера) оболочки земного шара как составляющие биосферы, области распространения жизни. С другой стороны, ученый подчеркивал, что биосфера – не просто пространство, в котором обитают живые организмы; ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической деятельности в настоящем и прошлом. Всю совокупность живых организмов он назвал живым веществом, все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими он обозначил как косное вещество. Им была выделена и третья группа вещества биосферы – это биокосное вещество, к которому причислял комплекс взаимодействующих живого и косного веществ – продукты распада и переработки горных пород живыми организмами (например, почва). И последняя группа вещества биосферы – это биогенное вещество, образования органического происхождения, созданные живыми организмами и состоящие из растительных и животных остатков - известняки, уголь, торф, нефть, мел, почвенный гумус и т.д. В.И.Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер или палеобиосфер.

Учение В.И.Вернадского о биосфере произвело переворот в геологии, взглядах на причины ее эволюции. До его трудов в геологических явлениях и эволюции верхних слоев земной коры первенство отводилось физико-химическим процессам выветривания. В.И.Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и механизмы разрушения ими горных пород, круговорота веществ, изменения водной и атмосферной оболочек. Верхняя граница необиосферы (современной биосферы) в атмосфере простирается примерно на высоту 25-30км, фактически до озонового слоя, за пределами которого жизнь невозможна из-за губительных космических ультрафиолетовых лучей. Нижняя граница в гидросфере – эта вся толща Мирового океана до 11км занята жизнью, сюда можно отнести и донные отложения где, по мнению исследователей, возможно существование живых организмов. В литосферу жизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров (рис. ).

Рис. Распространение организмов в биосфере:

1-уровень озонового слоя; 2-граница снегов; 3-почва; 4-пещерные животные; 5-бактерии в нефтяных залежах

Таким образом, современная биосфера является итогом длительного исторического развития всего органического мира в его взаимодействии с неживой природой. По В.И.Вернадскому, биосфера представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов – живого вещества. Человечество входит в эту систему как ее составная часть.

Вопросы для обсуждения

1. Что такое биосфера?

2. Вклад В.И.Вернадского в учение о биосфере?

3. Роль живых организмов в формировании биосферы?

4. Живое, косное и биокосное вещество по В.И.Вернадскому?

5. Границы биосферы?

6. Как вы объясните происхождение угля , торфа, нефти?

17. Биосфера как основная среда жизни.

Воздушная, водная и почвенная оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но и выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.

17.1 Гидросфера.

Она состоит из Мирового океана, континентальных и подземных вод. Происхождение воды на Земле до сих пор полностью не объяснено: по мнению одних специалистов она продукт синтеза водорода и кислорода, при выделении их из недр Земли на первых этапах ее существования, другие предполагают, что вода попала на нашу планету при ее формировании из космического пространства.

Мировой океан - водная оболочка Земли, за исключением водоемов суши и ледников Антарктиды, Гренландии, полярных архипелагов и горных вершин. Мировой океан составляют – Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый океаны. Воды Мирового океана, вдаваясь в сушу, образуют моря и заливы. Моря – это относительно изолированные части океана, а заливы вдаются в сушу не столь значительно как моря, и по своим свойствам мало отличаются от Мирового океана. Воды Мирового океана и его составных частей имеют некоторые общие признаки:

• все они сообщаются друг с другом;

• уровень водной поверхности в них практически одинаков;

• соленость в среднем составляет 35% и имеет горько-соленый вкус за счет растворенного в них большого количества минеральных солей.

Подземные воды – это воды, находящиеся в порах, трещинах, кавернах, пустотах, пещерах, в толще горных пород, под поверхностью Земли. Эти воды могут находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Подземные и поверхностные воды взаимосвязаны: одни являются зонами питания, другие – зонами разгрузки. Подземные воды по своему происхождению подразделяются на:

• ювенильные, образовавшиеся при магменных процессах;

• инфильтрационные, сформированные за счет просачивания атмосферных осадков сквозь толщу проницаемых почв и грунтов на водонепроницаемых слоях;

• конденсационные, скопившиеся в горных породах при переходе водяного пара в грунтовой атмосфере в жидкое состояние;

• воды, погребенные осадками в поверхностных водоемах.

Растениями используется для своей жизнедеятельности капиллярная и гравитационная вода. К последней относится подземная вода, которая перемещается в недрах земной коры под действием гравитации Земли. Подземные воды имеют различную температуру, в основном соответствующем температуре вмещающих пород. Глубинные подземные воды, которые находятся вблизи магматических очагов, являются источниками горячих вод. Фонтанирующие горячие источники называют гейзерами.

При фильтрации сквозь горные породы, обладающие различным минеральным и химическим составом, подземные воды естественным образом пополняют себя растворенными веществами. Так постепенно формируются минеральные воды.

Считается, что жизнь первоначально зародилась в океане, поэтому свойства океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни. В частности, это сходство состава ионов химических элементов в тканях всех живых организмов и водных, и наземных, включая и растения, с составом морской воды. Хотя в количественном отношении они могут заметно отличаться, из-за избирательного извлечения из среды тех или иных солей. Обитатели этой специфической среды жизни адаптированы к таким ее особенностям:

• химизму воды, который обусловил осмотические отношения организма в водной среде;

• наличие растворенных и взвешенных веществ, имеющих в основном органогенное происхождение имеют большое значение как фактор питания;

• высокая плотность и вязкость воды. Плотность воды примерно в 800-1000 раз выше плотности воздуха, поэтому организмы сталкиваются с мощными силами гидродинамического сопротивления, что обусловило формирование органов и типов движения, снижающих это сопротивление;

• отсутствие связи с субстратом из-за высокой плотности водной среды открыло возможность существования растений и животных в толще воды без обязательной связи с дном. В связи с чем сложились комплексы живых организмов, «парящих» в воде;

• низкое содержание кислорода, обусловило в процессе эволюции высокую эффективность работы дыхательной системы, для крупных животных, тогда как для других это осуществлялось через всю поверхность тела.

• прозрачность и электропроводность водной среды, определили комплекс специальных приспособлений, свойственные лишь обитателям водной среды.

Перечисленные особенности гидросферы как среды жизни определили наиболее важные черты водных экосистем. В соответствии со структурным делением водоемов на бенталь (область дна) и пелагиаль (толща воды) все организмы гидробионты подразделяются на виды, связанные с дном – бентос, и формы, обитающие в пелагиали – пелагос. В свою очередь пелагос из-за разных глубинных зон формирует в океане сообщества эпи- (примерно до 200м), бати- (до 6000м) и абиссопелагиали (более 6000м; рис. ). Эти сообщества содержат пассивно парящие в толще воды формы – планктон – и активно плавающих животных - нектон. Пелагические виды, обитающие на границе водной и воздушной сред, это животные и растения, связанные с поверхностной пленкой воды и объединяемые под названием нейстон (личинки комаров, плавунцов, водомерки, некоторые брюхоногие моллюски и др.). Другая пелагическая группа этой зоны гидросферы – плейстон – характеризуется тем, что часть их тела находится в воде, а часть в воздухе. Например, ряски, лилии, белые кувшинки сифонофоры и др. Фитопланктон - основной первичный продукт органического синтеза в морских водоемах, за счет которого существуют гетеротрофные водные организмы, обитают на поверхности воды.

Бентические организмы материковой отмели океана формируют сообщества литорали, где выделяют супралитораль (зона брызг), собственно литораль (зона приливов и отливов) и сублитораль (не обнажающаяся часть материковой ступени – до глубины 200м). Литоральная зона хорошо выражена в крупных озерах. Крутой материковый склон океана заселен представителями батиальной (до 6000м), абиссальной и ультраабиссальной фауны, в этих зонах растения отсутствуют. В океане и крупных озерах зона деятельности фотосинтезирующих растений определяется глубиной проникновения солнечного света – эту зону называют эуфотической, глубина ее составляет в среднем около 200м.

Континентальные водоемы отличаются от системы Мирового океана меньшими глубинами и большим диапазоном солености. По характеру подвижности водных масс различают водоемы стоячие или лентические и текучие или лотические. Стоячие водоемы (озера, пруды, водохранилища) подразделяются на пресные и соленые.

Таким образом, специфические особенности воды как среды обитания определили формирование, принципиальные черты строения и функционирования организмов обитателей этой среды – гидробионтов, а разнообразные условия в пределах гидросферы – широкий диапазон жизненных форм растений и животных.

Вопросы для обсуждения

1. Состав Мирового океана?

2. Общие признаки вод Мирового океана?

3. Происхождение подземных вод?

4. Особенности морской воды как среды жизни?

5. Гидробионты, населяющие различные толщи водных экосистем?