Биосфера — это оболочка Земли, существующая более 3,8 миллиарда лет. В пределах этой жилищной сферы есть несколько слоев разного состава, в которых развиваются все формы жизни и геологические структуры. Уникальные свойства биосферы создают условия для взаимодействия живых организмов с неорганическими элементами среды их обитания.
Важность биосферы для нашей планеты
Жизнь на нашей планете многочисленна и разнообразна. Своим существованием он обязан биологической оболочке, внутри которой сложились уникальные условия для углеродных форм органического вещества. В глобальной экосистеме биология формирует геологическую среду.
[зеленый] Среди представителей биологических видов — растения, животные, грибы, микроорганизмы и человек. [/зеленый]
Ценность биосферы для Земли неоценима. В этой среде организмы постоянно взаимодействуют с продуктами жизнедеятельности, неорганическими веществами и энергией солнца. Создается пищевая цепочка, которая создает внутри оболочки ряд условий:
- атмосфера наполнена пригодными для дыхания газами во время фотосинтеза (поглощение углекислого газа, выделение кислорода);
- формируется рельеф планеты (осадочные породы);
- видовое разнообразие развивается.
Главное значение экосистемы для нашей планеты — непрерывное продолжение жизни, где конец жизненного цикла представляет собой благодатную почву для следующего поколения. В органических структурах солнечная энергия циклически накапливается, а затем преобразуется. Это жизненный цикл, который создает условия, подходящие для развития растений, животных и других биологических видов.
История концепции
В середине 18 века французский врач Ф. Вик-д’Азир высказал идею связи жизни со всем окружающим миром. Впервые представление о существовании единой оболочки, внутри которой находятся живые организмы или продукты их жизнедеятельности, было выведено французским натуралистом Ж. Б. Ламарком в начале 18 века. В середине второй половины XIX века (1875 г.) другой ученый, австрийский геолог Э. Зюсс, ввел в оборот термин «биосфера».
По терминологии Э. Зюсса, биосфера — это «тонкая пленка жизни», окутывающая земную поверхность и определяющая ее внешний вид.
Панспермия — теория космического транспорта биомассы
Основоположником и создателем учения о преобразовании планеты живыми организмами был В. И. Вернадский. В начале ХХ века (1926 г.) советский ученый определил активное участие биологических видов в формировании геологических структур планеты. При разработке учения академик не исключил концептуальную связь совокупной экосистемы с теорией панспермии (космического переноса биомассы).
Границы оболочечной диффузии
Размер раковины ограничен областями, в которых может развиваться органическая жизнь (биомасса). Высота и глубина жилой зоны составляют:
- верхний предел проходит в тропосфере на высоте 15-20 км от поверхности земли (ограничен озоновым слоем на уровне начала стратосферы);
- нижняя граница углубляется в литосферу до глубины от 3,5 до 7,5 км;
- в пределах между земной поверхностью и атмосферой глубина гидросферы достигает 10 км.
[зеленый] Самая высокая концентрация биомассы находится на границе тропосферы и литосферы. Его общий средний объем составляет 550 миллиардов тонн углерода. [/ Green]
Слои и оболочки биосферы
Чтобы понять масштабы обитаемой оболочки Земли, необходимо знать, из чего состоит биосфера. Оболочка имеет сферическую форму и полностью окружает планету, создавая тесную связь экосистем. Морфологическая структура биосферы представлена следующими слоями:
- атмосфера;
- литосфера;
- гидросфера.
Внешние слои контактируют с биосферой, в которую живые организмы попадают только случайно. Ниже литосферы находится метабиосфера, которая образовалась из живых форм, существовавших в ней ранее, но необитаема в настоящее время. Верхняя атмосфера — это парабиосфера. В этом пространстве организмы могут существовать условно, не размножаясь и не доживая до естественной смерти.
В глобальном смысле, во всех этих слоях земного пространства воздействие живой среды на неживую среду происходит или имело место один раз. Общее название всех оболочек — мегабиосфера. Учитывая деятельность человека в космическом пространстве у Земли (расширение космоса), конгломерат слоев называется панбиосферой.
Атмосфера (воздушная оболочка)
Слой газа, в состав которого входят кислород, азот, углекислый газ, является неотъемлемой частью биосферы. Химические соединения отвечают за респираторные процессы и переход мертвого органического вещества в минералы, образуют биомассу и участвуют в фотосинтезе. Атмосфера защищена озоном, слой которого защищает живые организмы от вредных ультрафиолетовых лучей.
Литосфера (твердая оболочка)
Один из слоев биосферы — литосфера, объединяющая земную кору и часть мантии. Жизненные формы распространены только в верхнем слое почвы. Бактерии обнаруживаются на глубине 2–3 м от поверхности (в некоторых случаях микроорганизмы обнаруживаются на глубине до 4 км). Почвенный слой состоит из минеральных и органических остатков биомассы. В новом цикле роста формы жизни получают пищу из почвы, а затем удобряют ее в течение жизни и даже после смерти.
Гидросфера (водная оболочка)
Гидросфера содержит все водные ресурсы планеты, включая снег и лед, водяной пар, донные отложения. Вода, составляющая этот слой биосферы, является основным условием существования углеродных форм жизни и растений. Большинство органических веществ животного происхождения поглощает и выделяет энергию в воде.
Состав и структурное строение биосферы
Состав биосферы отличается разнообразием веществ. Составляющие компоненты находятся в состоянии непрерывного движения. В. И. Вернадский классифицировал основные компоненты обитаемой биологической оболочки, разделив их на 4 группы. В химический состав глобальной экосистемы входят следующие вещества:
- Живое вещество. В эту категорию входят флора, фауна, представители микромира и другие живые организмы. Органические и углеродистые формы жизни участвуют в геохимических процессах, формируя планету. [зеленый] Общая масса живого вещества составляет 0,01-0,02% от общей массы неживого вещества. [/ green]
- Биогенное вещество. В эту категорию входят все продукты переработки, которые изменяются в течение циклов рождения, питания, воспроизводства, смерти, распада и других функциональных процессов биомассы. Шкала питательных веществ соответствует залежам нефти и угля, осадочным породам и другим следам прежней жизнедеятельности организмов.
- Инертное вещество. К этому классу относятся породы, лава, блоки метеоритов, образовавшиеся без участия переработки биомассы.
Лава — пример инертного вещества
- Биоинертное вещество. Класс веществ, образованных из инертной материи при участии органических форм жизни. Основными представителями биоинертного вещества являются почва и донные отложения.
Помимо основных категорий выделяют радиоактивное вещество, подвергающееся деградации, и вещество космического происхождения. Учитывая структуру биосферы, концентрация веществ неоднородна в разных частях земной поверхности.
Как биосфера связана с другими оболочками на планете?
Биосфера представляет собой обитаемую оболочку на поверхности и частично под поверхностью земли. Его связь с другими оболочками заключается во взаимном проникновении и взаимодействии: в границы среды обитания жизненных форм входят:
- гидросфера (без грунтовых вод);
- верхняя часть литосферы;
- нижняя часть атмосферы.
С космической точки зрения вся деятельность организмов сосредоточена в этом маленьком пространстве.
[зеленый] Жизненные формы напрямую связаны со всеми панцирями, поскольку они формируют в них условия окружающей среды. [/ green]
Основные функции и свойства
Все геологические и биохимические процессы в глобальной экосистеме определяются функциями биомассы. Есть несколько основных функций биосферы:
- обработка энергии (поглощение или поглощение, преобразование, передача тепла и солнечного света по пищевой цепочке);
- концентрация химических элементов;
- усвоение и выделение газа;
- окислительно-восстановительные реакции внутри среды обитания;
- разложение;
- минерализация биоинертного вещества.
В течение жизненного цикла и последующего распада органические формы обеспечивают перенос химических веществ из одной структурной оболочки в другую.
Свойства, необходимые для возникновения и развития жизни
Все свойства биосферы удовлетворяют условиям, при которых возможно возникновение и эволюция живых организмов. К основным факторам, которые поддерживают баланс в вашей жизни, относятся:
- наличие солнечной энергии;
- наличие воды;
- фотосинтез растений;
- разложение мертвого органического вещества.
Эти свойства сохраняют видовое разнообразие и обеспечивают биотическую циркуляцию.
Круговорот вещества в биосфере
Непрерывный процесс эволюции жизни и геологических образований на нашей планете происходит при переходе (трансформации) химических веществ. Эти условия применимы для биомассы, которая обеспечивает циркуляцию вещества в биосфере. Биогенная цепочка состоит из нескольких фаз:
- поступление и усвоение питательных веществ;
- вернуть их в среду обитания после обработки пищевых продуктов или смерти потребителя;
- разложение и минерализация органических веществ.
В процессе трансформации химические элементы постоянно связываются и высвобождаются, перемещаясь по горизонтали и вертикали через всю обитаемую оболочку.
Биотическая циркуляция происходит при участии следующих представителей биомассы:
- производители — создатели органического вещества (растения, бактерии);
- потребители — потребители органического вещества (животные);
- деструкторы — разрушители органического вещества (микроорганизмов, грибов).
Производители образуют восходящую ветвь, а потребители и редукторы — нисходящую ветвь цикла. Взаимодействие компонентов биомассы направлено на непрерывное производство и разложение веществ.
Периоды развития биосферы
Следы обитаемой оболочки, окружающей Землю, были обнаружены в осадочных породах эонского архея (около 3,5 миллиарда лет назад). Археологические находки той эпохи свидетельствуют о существовании древнейших органических остатков. Зарождение многогранной жизни на Земле началось с первых представителей биомассы, которых можно считать:
- одноклеточные водоросли;
- простейшие прокариоты.
Более простые органические формы приобрели половое размножение только к концу архея, дав начало эволюционным процессам.
Мелово-палеогеновое вымирание
Эволюция биомассы характеризуется временной дестабилизацией после крупномасштабных катастроф (вымирание динозавров).
Постоянное обновление биомассы сформировало разнообразие видов. Многочисленные животные и растения внесли свой вклад в расширение биогенного цикла и формирование геологического аспекта планеты. В процессе развития биосферы сформировался основной принцип биомассы: только живые и биоинертные вещества участвуют в бионическом круговороте.
Настоящее состояние и прогнозируемое будущее
Появление человека на ранних этапах не повлияло на развитие биосферы. Деятельность людей и ресурсы, которые они потребляют, гармонично вписываются в круговорот веществ. С наступлением периода, когда люди научились изменять условия окружающей среды, баланс в биосфере был нарушен. Желание человека приспособить обитаемый панцирь к своим потребностям постоянно дестабилизирует экосистему.
Отрицательными факторами равновесия жилой оболочки являются:
- техногенное воздействие на флору и фауну (вымирание растений, животных);
- чрезмерное потребление биоинертных и инертных веществ.
[красный] Деструктивный подход человечества к экологии и условиям потребления ресурсов приводит к разрушению среды обитания форм жизни. Биосфера не успевает восстановить компоненты, необходимые для поддержания жизненных процессов. Ситуация усугубляется загрязнением воздуха, парниковыми газами. [/ Red]
Биосферные заповедники
Группа конгони в саванне заповедника Мореми в Африке, Ботсвана
Сохранение биосферы — одна из важнейших экологических задач человечества. С этой целью в различных частях света создаются заповедники глобальной экосферы — особо охраняемые природные территории. Биосферные заповедники призваны решать следующие задачи:
- сохранение уникальных генофондов растений и животных с согласованным потреблением ресурсов;
- следить за окружающей средой, изучая собранные данные.
Охраняемые территории созданы под эгидой ЮНЕСКО. 701 заповедник в 124 странах мира внесен в Список всемирного наследия.
Жилая среда на других планетах
Существование биосферы на других планетах остается предметом открытых дискуссий в научных кругах. Глобальная экосистема представляет собой уникальный конгломерат, сочетающий в себе следующие параметры:
- кислородная атмосфера;
- водная среда;
- плодородная почва.
[зеленый] Эта комбинация создает условия для существования и развития углеродной формы жизни во всем ее разнообразии. [/ green]
С одной стороны, биосфера присуща только Земле и не обнаружена ни на одной из исследованных планет или космических объектов. С другой стороны, наши знания о космосе еще не настолько обширны, чтобы подтвердить или опровергнуть наличие обитаемой оболочки на других планетах. Третье мнение, в пользу наличия такого явления, допускает существование обитаемого панциря. Гипотетическая биосфера должна иметь другие параметры окружающей среды и формы жизни, основанные на других химических элементах.
Комментирование закрыто