2. Основные понятия экологии

2.1. Биосфера

В 1875 г. профессор Венского университета Эрих Зюсс ввел в науку понятие "биосфера" – сфера жизни.

Впервые идея влияния жизни на природные процессы Земли была обоснована на рубеже ХIХ и ХХ столетий в трудах В. В. Докучаева, который указал на зависимость почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растений и животных.

В 20-х годах нашего столетия В. И. Вернадский создал учение о "биосфере", в котором показал, что живые организмы являются главным фактором преобразования земной коры. До В. И. Вернадского земные процессы рассматривались как чисто физические, химические или физико-химические (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.). Вернадский впервые создал учение о геологической роли животных организмов, показав, что их деятельность является главным фактором преобразования земной коры.

Биосферой (от греч. bios - жизнь, sfer - шар) В. И. Вернадский называл совокупность тех составляющих планеты, в которых существует или когда-либо существовала жизнь, и которые подвергаются или подвергались воздействию живых организмов.

Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много и они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания, и, в конечном счете, представляют в глобальных масштабах фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.

По современным данным Земля существует более 4,5 млрд. лет, а, жизнь и, следовательно, и биосфера – более 3,5 млрд. лет.

За время существования Земли менялся ее облик, шли горообразовательные процессы, менялся климат и др. Эти изменения не могли не сказаться на эволюции живых организмов.

Первоначальная атмосфера состояла главным образом из водорода, водяного пара, метана, азота, оксидов углерода с примесью серы.

Первые формы жизни на Земле были анаэробными (жившими без кислорода). Свободный кислород современной атмосферы является продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений - реакции протекающей за счет энергии солнечных лучей при участии хлорофилла зеленых растений, при которой из воды и углекислоты синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород, который и заполнил атмосферу.

m СО₂ + n H₂O + энергия = С_mH_nO_k + n O₂.

В результате фотосинтеза образуются различные органические соединения, простейшим из которых является глюкоза (C₆H₁₂0₆). В общий круговорот материи, связанной с построением органического вещества, вовлекаются и другие элементы, входящие в состав живого: N, P, S, K, Ca, Al, Na, Ag. Продуктивность планетарного фотосинтеза может быть выражена количеством воды и углекислого газа, потребляемых растениями земного шара в течение года. Ученые рассчитали, что за 10 млн. лет в фотосинтез включается масса воды, равная объему всей гидросферы. В течение примерно 7 лет растения поглощают количество углекислоты, равное его объему в атмосфере. В течении 3000-4000 лет обновляется весь кислород атмосферы.

После гибели организма происходит обратный процесс – разложение органического вещества путем окисления, гниения до углекислого газа и воды. Небольшая часть углекислоты почвы фиксируется микроорганизмами, не содержащими хлорофилл (хемосинтез). Некоторые виды бактерий способны окислять аммиак до солей азотной кислоты с выделением энергии и использовать ее для синтеза органических веществ из углекислоты, воды, кислорода, минеральных соединений почвы.

Всю совокупность организмов на планете В. И. Вернадский назвал живым веществом. Кроме живого вещества биосфера состоит из косного, биогенного и биокосного вещества.

Косное вещество – это совокупность веществ, в образовании которых живые организмы не участвуют (магматические породы, минералы, вода и др.).

Биогенное вещество создается и перерабатывается живыми организмами (каменный уголь, битум, известняки, нефть).

Биокосное вещество – создается одновременно живыми организмами и косными процессами (почвы, природные воды планеты и др.).

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры - литосфере (4 и более км.), в нижних слоях воздушной оболочки земли - атмосфере (на высотах до 25-27 км, до озонового слоя), и в водной оболочке земли (гидросфере) до глубины 10-11 км. Живые организмы могут существовать в широком диапазоне изменения физических и климатических параметров среды (при температурах от почти абсолютного нуля до +180 ^оС., давлении от долей атмосферы на большой высоте, до тысячи и более атмосфер на больших глубинах). Живые организмы могут существовать и в широком диапазоне химических условий среды. Уксусные угрицы – в чанах с бродящим уксусом, ряд микробов – в растворах солей, серные бактерии - в децимолярном растворе серной кислоты. Некоторые живые организмы могут существовать при действии ионизирующих излучений дозой в 3 млн. раз превышающей естественный радиационный фон Земли.

Распределение жизни отличается крайней неравномерностью. Она слабо развита в пустынях, тундрах, глубинах океана, высоко в горах, тогда как в других участках биосферы чрезвычайно обильна и разнообразна.

Наиболее высокие концентрации живого вещества наблюдаются на границах раздела сред: в пограничном слое литосферы и атмосферы, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и, особенно, в лиманах, где почва, вода и воздух близко соседствуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский назвал "пленками жизни".