УЧЕНИЕ В. И. ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ. ОБЪЕКТЫ ЭКОЛОГИИ. ЭКОСИСТЕМА

Взаимодействие физического и биологического миров лежит в основе концепции построения экологической системы.

Все экосистемы Земли являются подразделениями, составными частями единой гигантской экосистемы, охватывающей всю поверхность планеты.

Биосфера — это общепланетарная оболочка, та область Земли, где существует или существовала жизнь и которая подвергается или подвергалась ее воздействию. Биосфера охватывает всю поверхность суши, моря и океаны, а также ту часть недр Земли, где находятся породы, созданные деятельностью живых организмов.

В биосфере развивается жизнь во всех ее формах, здесь обитают животные, растения, микроорганизмы. Можно выделить три компонента биосферы:

литобиосфера — верхняя часть земной коры, лежащая на 2-,

3 км ниже поверхности Земли;

^ гидробиосфера — реки, озера и Мировой океан с его морями;

тропобиосфера — нижний слой атмосферы.

Перечисленные составные части биосферы находятся в разных фазах: литосфера — в твердой; гидросфера — в жидкой; тропосфера — в газообразной. Этим обусловлено чрезвычайное разнообразие условий жизнедеятельности живых организмов в биосфере. Рассмотрим составные части биосферы.

Атмосфера — газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси газов, паров воды, пыли. Атмосфера обменивается веществом с космосом. Космическая пыль, метеоритные материалы, теряющие легкие газы (водород, гелий), радиация Солнца — обеспечивают тепловой режим поверхности планеты и процессы ионизации атомов, диссоциации молекулярных газов атмосферы.

Большая часть атмосферы имеет однородный, кислородно-азотный состав. Постоянным компонентом атмосферы является вода, которая существует в разных формах и концентрациях.

Атмосфера подразделяется на тропосферу, где во взвешенном состоянии присутствуют твердые и жидкие частицы — аэрозоли; стратосферу; мезосферу; термосферу; экзосферу; ионосферу — область высокого разрежения верхних слоев атмосферы, состоящую из различных ионов элементов.

В атмосфере, а точнее в первой ее составляющей — тропосфере, верхние границы жизни определяются озоновым экраном — тонким слоем газа озона, который находится на высоте 16-20 км от литосферы и гидросферы. Озон задерживает губительные ультрафиолетовые лучи Солнца, поглощая ультрафиолетовую радиацию,

он разлагается на молекулярный и атомный кислород (рис. 1).

Гидросфера — совокупность всех вод Земли: материковых — глубинных, почвенных, поверхностных; океанических; атмосферных. Подавляющая часть массы природных вод (94%) — это воды Мирового океана. Океан насыщен жизнью до самых глубоких впадин (10—11 км).

Гидросфера находится в тесной связи как с атмосферой — через парообразную влагу, так и с литосферой — посредством подземных вод, а также с живым веществом биосферы.

Литосфера — верхняя «твердая» оболочка земли, постепенно переходящая с уменьшением глубины в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает земную кору и верхнюю мантию Земли. В глубину твердой части Земли активная жизнь проникает местами до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Результаты жизнедеятельности организмов в виде осадочных пород прослеживаются еще глубже. Размножение, рост, обмен веществ и активность живых организмов за миллиарды лет полностью преобразовали эту часть нашей планеты.

Всю массу живых организмов Вернадский назвал «живым веществом Земли» — это четвертый компонент биосферы. В химический состав живого вещества входят те же атомы, которые составляют неживую природу, но в ином соотношении. В ходе обмена веществ живые существа постоянно перераспределяют химические элементы в природе, т. е. меняется химизм биосферы. Вернадский говорил, что на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной последствиями, чем живые организмы, взятые в целом. В результате размножения, роста, обмена веществ, активности живых организмов за миллиарды лет полностью преобразовались все компоненты биосферы.

За сцеа^ фотосинтезирующих живых организмов изменился химический состав атмосферы.

02 + О 03.

Газовый состав современной атмосферы представлен кислородом, азотом, углекислым газом. Большая часть углекислого газа в атмосферу попадает в результате процессов дыхания живых организмов, сгорания органического топлива, процессов разложения мертвого вещества. Избыточное содержание углекислого газа С02 в атмосфере приводит в настоящее время к повышению температуры вблизи поверхности Земли, так называемому, парниковому эффекту. Это связано со способностью С02 поглощать тепловую энергию, излучаемую поверхностью атмосферы. Результатом жизнедеятельности бактерий, как действия косвенного фактора, является атмосферный азот N2.

Фотосинтезирующие организмы связали и превратили в химическую работу огромное количество солнечной энергии. Часть этой энергии накопилась в виде залежей угля, нефти, торфа и других полезных ископаемых. Живые организмы превратили солнечную энергию в энергию химических связей биологически активных соединений.

За счет живых организмов возникли горные породы на Земле. Некоторые организмы обладают способностью избирательно поглощать и накапливать в себе отдельные элементы в больших количествах, чем они есть в окружающей среде. Например: многие морские виды животных концентрируют в своих скелетах кальций Са, кремний Si, фосфор Р и, отмирая, создают иа дне водоемов большие толщи осадочных пород: залежи известняков, мела, кремнистых сланцев, фосфоритов. Такие породы называются органогенными, так как они обязаны своим происхождением живым организмам. Жизнью создан на поверхности суши почвенный слой. В почве тесно связаны между собой минеральные компоненты, разлагающиеся органические вещества, многочисленные микро- и макроорганизмы.

Таким образом, за период своего существования живое вещество преобразовало составные части биосферы: атмосферу Земли —

тропосферу, создав озоновый экран Земли; гидросферу, изменив состав вод океана; а также литосферу, состав почвы, горных пород. В результате деятельности живого вещества современная биосфера включает нижнюю часть атмосферы, верхняя граница биосферы охватывает всю тропосферу и нижнюю часть стратосферы — 20 км над поверхностью Земли; верхнюю часть литосферы, нижияя граница биосферы расположена на глубине 3 км от поверхности суши;

всю гидросферу — 0,5 км ниже диа океана.

Наиболее благоприятные зоны биосферы для развития жизни формируются в экотопах — переходных областях биосферы, где происходит наложение различных сфер, вследствие чего разнообразие условий существования организмов максимально (рис. 2). Характерным примером экотопа является исключительно насыщенная жизнью высокопродуктивная береговая зона водоемов. Здесь располагаются многочисленные гнездовья птиц, поселения околоводных млекопитающих, нерестилища рыб, интенсивно развивается прибрежная и высшая водная растительность.

На первичное состояние биосферы, которая образовалась и развивалась в результате естественной эволюции жизни на Земле, активно влияет деятельность человека в виде технических и технологических объектов (ТЭЦ, АЭП, АЭС, города, дороги, гидротехнические сооружения и др.).

В результате антропогенного воздействия, являющегося пятым компонентом биосферы, в атмосферу выбрасываются кроме углекислого газа токсичные газообразные соединения азота, серы, хлора и другие, которые способствуют образованию озона в нижних слоях атмосферы. Образование озона в результате фотохимических реакций приводит к гибели живых организмов.

Газообразные вещества наносят вред в первую очередь растениям, при попадании этих веществ через устьица нарушается внутреннее строение листьев. Например, очень чувствительны к диоксиду серы SO2 лишайники и хвойные породы деревьев, которые и являются индикаторами этого загрязнителя. При концентрации SO2 50 мкг/м3, а различных сульфатов 6-10 мкг/м3 возникают негативные реакции у человека.

Изменения в гидросфере вызывают отходы животноводческих ферм, состоящие из мочевины, аммиака и др. Накопление токсич

ных тяжелых металлов радиоактивных отходов, пестицидов и др. приводит к нарушению естественного круговорота веществ, препятствует процессам самоочищения биосистем. К серьезным изменениям в литосфере привели уничтожение лесов, сельскохозяйственная деятельность человека.

В результате антропогенного воздействия биосфера в настоящее время трансформировалась в биотехносферу. На сегодняшний день техносфера охватывает большую часть биосферы, оставляя в первичном, естественном состоянии лишь малую ее часть (рис. 2).

Границы техносферы продолжают расширяться и даже выходят за пределы оболочки Земли. Элементами техносферы являются многочисленные искусственные спутники и другие космические аппараты. Природа пока еще рассматривается как неистощимый ресурс для человека, поэтому пресс на нее со стороны техносферы неуклонно увеличивается. Эталоны первичной биосферы сохранились в настоящее время только в отдельных не затронутых этим прессом участках, где предприняты попытки создания биосферных заповедников.