14. Учение о биосфере. Состав и структура биосферы. Функции живого вещества. Круговороты веществ:биологический и экологический. Роль живых организмов в круговоротах в-в

Заслуга в разработке стройного, целостного научного учения о биосфере, как "области жизни", принадлежит русскому академику В.И. Вернадскому (1926). В основе его учения лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

По современным представлениям, биосфера - это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Вещественный состав биосферы в соответствии с учением В.И. Вернадского включает в себя семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

• живое вещество - совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету (люди, животные, птицы, растения, рыбы, микроорганизмы и т.д.);

• биогенное вещество - органические и органоминеральные вещества, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории Земли и являющиеся источником чрезвычайно мощной энергии (все формы детрита, а также торф, уголь, известняк, нефть, газ биогенного происхождения и т.д.);

• косное вещество - совокупность всех неживых тел, образующихся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы и т.д.);

• биокосное вещество - совокупность неживых тел, образованных в результате жизнедеятельности живых организмов (почва, кора выветривания, ил, природные воды, приземный воздух атмосферы и т.д.);

• вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);

• рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

• вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и т.д.

В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:

• энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);

• биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);

• информационный (принципы организации и управления в живой природе);

• пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);

• ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду

Живое вещество - это совокупность всех форм жизни в биосфере.

Единство действия живого вещества в биосфере, сформулированное В. И. Вернадским, считается одним из основных законов всего органического мира.

Другое важное обобщение, сделанное В. И. Вернадским и названное им как биогеохимический принцип, заключается в том, что в биосфере с помощью живого вещества постоянно совершается биогенная миграция химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.

Важнейшая функция биосферы - регулярное создание живого вещества. Количество живого вещества всех групп растительных и животных организмов составляют биосферу.

Основными функциями живого вещества в биосфере являются:

• Газовая - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Они строго контролируют концентрации газов, оптимальные для всей биоты. Преобладающая масса газов на Земле (азот, метан) имеет биогенное происхождение.

• Концентрационная - "захват" из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Пропуская через своё тело большие объёмы природных веществ, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. В теле живых организмов в основном концентрируются водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, кремний, кальций, калий, хлор, сера. Это объясняет неоднородность химического состава биосферы и её отличие от химического состава неживого вещества планеты.

• Энергетическая - связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

• Окислительно-восстановительная - окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, P, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

• Информационная - для живых организмов активная информация записана в молекулярной накопленной живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

• Деструктивная - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) - сапрофитные грибы и бактерии.

• Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

• Средообразующая - преобразование физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности организмов.

• Рассеивающая - функция, противоположная концентрационной, - рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п.

• Биогеохимическая деятельность человека - превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода - нефти, угля, газа и др.

• Круговоротом веществ называют взаимный обмен веществами между различными природными телами. На Земле различают два круговорота веществ: большой, или геологический, и малый, или биологический.

• Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Этот круговорот в системе "магматические породы - осадочные породы - метаморфические породы (преобразованные температурой и давлением) - магматические породы" происходят за счет процессов магматизма, метаморфизма, литогенеза и динамики земной коры. Символом круговорота веществ является спираль: каждый новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма глубоким изменениям

Малым, или биологическим, круговоротом веществ называют обмен химическими элементами (атомами) между живыми организмами и косными компонентами биосферы: атмосферой, гидросферой и литосферой.

Биологический круговорот характеризуется наличием четырех обязательных взаимосвязанных компонентов:

1. запаса химических веществ и энергии;

2. продуцентов;

3. консументов;

4. редуцентов.