Межі біосфери

Розглянемо, які з реально існуючих на Землі фізико-хімічних умов обмежують розвиток життя, а значить, і визначають межі біосфери.

По-перше, це достатня кількість вуглекислого газу і кисню. Встановлено, що на Гімалаях зона поширення зеленої рослинності обмежена висотою 6200 м, де парціальний тиск вуглекислого газу удвічі нижчий, ніж на поверхні моря. Однак і вище життя остаточно не завмирає - там зустрічаються деякі види павуків і комах. Харчуються вони пилком та іншими органічними залишками, занесеними вітром.

По-друге, це достатня кількість води (причому обов'язково - в рідкій фазі!), яка могла б забезпечити нормальний хід процесів життєдіяльності. На поверхні Землі ділянки, де життя було б обмежена цим фактором, зустрічаються надзвичайно рідко.

   По-третє, сприятливий термічний режим, що виключає як занадто високі температури (викликають згортання білків), так і занадто низькі (припиняють роботу ферментів). Чемпіонами з виживання є прокаріоти. Деякі їх види живуть в місцях постійного снігового покриву, інші - на територіях з високими температурам вище 100 °С.

   По-четверте, це наявність «прожиткового мінімуму» елементів мінерального живлення - фактор, значною мірою обмежує розвиток життя на великих площах в океанах, але вкрай рідко зводить його до нуля.

   По-п'яте, висока солоність водного середовища, що перевищує концентрацію солей у морській воді приблизно в 10 разів. Штучні території, де відбувається постійне випарювання вологи, утворюються розсоли, які практично «стерильні». Позбавлені життя і підземні води з концентрацією солей понад 270 г/л.

До середини XIX ст. панувало переконання, що в океані на значній глибині життя відсутнє. «Нуль тваринного життя» проводили на глибині 540 м. Нижче розташовані шари водної товщі вважали не життєдайними і називали азойними (від грец. заперечення «а» і «зоон» - тварина). В ході подальших досліджень, «нуль тваринного життя» опускався все нижче і нижче, поки в 40-50-ті роки нашого століття результати експедицій на судах «Витязь» (СРСР) і «Галатея» (Данія) остаточно не довели, що океан заселений до максимальних своїх глибин. Правда, живими глибоководні організми ніхто не бачив - до того моменту, коли 23 січня 1960 батискаф «Трієст» не торкнулася дна Маріанської западини. У точці занурення глибина океану досягала 10919 м; температура води за бортом становила 2,4 ° C, а тиск - приблизно 1100 атм. Саме там було виявлено голотурії - своєрідні, досить примітивні безхребетні, які ще називають «морськими огірками».

Щодо полярних морів, у морі Росса, товщина льоду на якому сягала 420 м і морські води, були ізольовані крижаним панциром від сонячного світла і прямого впливу атмосфери принаймні протягом 120 тис. років, телевізійними камерами та іншими інструментами дослідження, що були спущені в ополонку, виявлено у водній товщі досить різноманітне співтовариство організмів, що складалося з діатомових водоростей, форамініфер, ракоподібних і бактерій. Серед них були знайдені абсолютно незвичайні, раніше не відомі науці види.

Отже, вся поверхня суші (за винятком дуже обмежених ділянок) і океанічної безодні відповідають «полю існування» життя в розумінні В. І. Вернадського, отже, відносяться до біосфери.

Що ж стосується верхніх шарів атмосфери, то тут поширений тільки так званий «аеропланктон» - бактерії, дріжджові грибки, спори цвілевих грибів, мохів та лишайників, а також віруси, водорості, цисти найпростіших та ін. Життєздатні мікроорганізми знайдені на висоті до 77 км. Більшість мікроорганізмів, однак, гине на меншій висоті в перші хвилини або навіть секунди після того, як потрапляють в повітряну стихію. Для інших живих мікроорганізмів повітряне середовище також не є сприятливим середовищем, і вони впадають у стан анабіозу.

Конкретизуючи визначення В. І. Вернадського, до біосфери можна віднести ті зони Землі, де існують аборигенні співтовариства живих організмів. Чи відповідають цій умові приземні шари атмосфери? Мабуть, так - адже тут стабільно мешкають комахи та птахи. Серед комах є активні хижаки, які харчуються в результаті полювання у повітрі, а на землю опускаються тільки час від часу переважно для нічлігу. У свою чергу, серед птахів багато комахоїдних, що полюють за своєю здобиччю в польоті (стрижі, яким довгі крила ускладнюють зліт. Ця обставина змушує їх більшу частину життя проводити в безпосадочному польоті. У повітрі вони не лише харчуються, але і п'ють, купаються та ін.). Рекордсменом є передчасно загиблий білоголовий сип, що зіткнувся з літаком на висоті 12,5 км. Вище розташовується парабіосфера.

   Складніше з нижньою межею у поверхні землі. Вернадський припускав, що вся осадова оболонка Землі заселена бактеріями. Пізніші роботи, однак, не підтвердили це припущення. Виявилося, що розподіл мікроорганізмів у підземних водах - а, значить, і нижня межа біосфери в межах континентів - визначається температурою вод, режимом їх циркуляції і концентрацією в них мінеральних солей. Живі бактерії зустрічаються в підземних водах з температурою до 100 °С, хоча найбільш активна їх життєдіяльність обмежена «тільки» 80 °С. Гранична концентрація мінеральних солей складала: 270 г/л. При глибокому бурінні в Поволжі та Західному Сибірі активна і різноманітна за складом анаеробна мікрофлора була знайдена на глибині 1-3 км, а іноді й глибше. У той же час, якщо мінералізація вод перевищує вказану межу бактерії не зустрічалися і на менших глибинах. Такі позбавлені життя (або «азойні») зони були виявлені в Ангаро-Ленському басейні вже на глибині близько 500 м, і в Волго-Камському - на глибині близько 1200 м.

   Що ж стосується донних відкладів Світового океану і внутрішньоконтинентальних водойм, то тут нижня межа поширення живих організмів визначається вмістом в середовищі Оксигену. Показано, наприклад, що в зоні сірководневого забруднення Чорного моря відклади виявляються стерильними вже на глибині 5 см від поверхні дна. У Тихому та Індійському океанах мікрофлора мешкає в донних відкладах до глибини 10-12 м, а в Каспійському морі - не менше ніж на 114 м нижче поверхні морського дна. Існує припущення (ще недоведене), що заселеним може виявитися 200-250-метровий шар донних відкладів.

   Потужність біосфери по вертикалі, таким чином, в океані складає всю товщину океанських вод включаючи в тім числі і найглибшу впадину (Маріанський жолоб) Світового океану (11022 м), і значно варіює по товщині у донній плівці, а на континентах – у тонкому наземному і потужному підземному шарах. Вся денна поверхня нашої планети належить до зони біосфери.

Згідно сучасних уявлень необіосфера в Атмосфері простягається приблизно до озонового екрану (у полюсів 8-10 км, екватора 17-18 км, над всією поверхнею Землі 20-25 км). За межею озонового екрану життя не існує через наявність руйнівних космічних ультрафіолетових променів.

В Літосфері життя протікає на декілька метрів в глибину, обмежуючись в основному ґрунтовим покривом, проте в окремих тріщинах і печерах воно поширюється на сотні метрів вглиб [Воронков, с.33]..

   Розподіл живих організмів у біосфері показано на рис. 1.

Рис. 1. Розподіл живих організмів у біосфері (по Кадару, 1965):

1 - мешканці печер;

2 - мікроорганізми підземних середовищ існування; ще нижче - донна плівка життя

Межі палеобіосфери в Атмосфері приблизно співпадають з необіосферою, під водою і в літосфері – відносять осадові породи, які були перероблені діяльністю живих організмів (товщиною від сотень метрів до десятків кілометрів).