В.И. Вернадский и учение о биосфере

Миллиарды лет Солнце дарит Земле свою энергию. Долгие годы эффект от этого был сравнительно небольшим – энергия бесследно исчезала в бескрайнем космосе. И только с появлением жизни на Земле часть солнечной энергии стала использоваться живыми организмами на строительство своего тела и на преобразование окружающей среды. Те живые организмы, которые около 3 млрд. лет назад начали использовать для жизни энергию химических реакций и Солнца, настолько преобразовали нашу планету, что трудно найти место, где бы не ощущалось влияние живых существ. Оно распространяется и на атмосферу – ее газовый состав, концентрация кислорода и углекислого газа, наличие аэропланктона (бактерий, спор растений и грибов, мелких беспозвоночных)определяется всеми растениями и животными планеты (биотой). Отложения известняков и гранитов, сланцев и каменного угля – это следы деятельности живых организмов за многие миллионы лет. Около 10 километров вверх и примерно столько же вниз – вот вам и вертикальные пределы деятельности животных и растений на Земле. А вместе все это дает представление о биосфере. Наряду с гидросферой, атмосферой и литосферой она образует оболочку нашей планеты, определяемую как сферу обитания и жизнедеятельности живых организмов.

Впервые о биосфере как «области жизни» писал Ж.-Б. Ламарк. Собственно термин «биосфера» в 1875 г. Предложил австрийский ученый Э. Зюсс.

Биосфера – это особая наружная оболочка Земли, чей состав, структура и энергетический потенциал определяются совместной деятельностью живых организмов, т.е. это область распространения жизни.

Биосфера включает:

· живое вещество – совокупность всех живых организмов (микроорганизмов, грибов, растений, животных);

· биогенное вещество – минеральные или органические вещества, созданные в результате жизнедеятельности живых организмов (газ, нефть, каменный уголь, известняки и т.д.);

· косное вещество – формируется без участия живых организмов (вулканизм, геотектонические процессы, метеориты ит.д.);

· биокосное вещество – создается живыми организмами вместе с неживой природой (почвы).

Косное вещество биосферы

– включает в себя три основные оболочки Земли: атмосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Границы биосферы определяются абиотическими факторами, которые ограничивают существование живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и зависит от озонового слоя, который задерживает ультрафиолетовое излучение. В гидросфере жизнь обнаружена на всех глубинах Мирового океана. В литосфере живые организмы встречаются до глубины 3,5 – 7,5 км, это зависит от температуры земной коры и от уровня проникновения жидкой воды.

Атмосфера, или газовая оболочка Земли, состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа, озона и инертных газов. Атмосфера оказывает огромное влияние на физико-химические и биологические процессы на поверхности земли и в водной среде. Для дыхания всем живым организмам необходим кислород; углекислый газ – источник углерода при фотосинтезе и хемосинтезе; азот в результате деятельности азотофиксирующих бактерий переходит в форму нитратов, усваиваемых растениями.

Гидросфера, или водная оболочка Земли, составляет около 70% поверхности Земного шара. Наибольшие запасы воды сосредоточены в Мировом океане (до 95%), остальные 5% приходятся на пресные водоемы (озера, реки и т.д.). В воде обитает огромное количество живых организмов, причем их типовое разнообразие значительно выше, чем на суше. Состояние гидросферы – важнейший фактор, определяющий климатические условия различных географических областей.

Литосфера – это твердая оболочка Земли, включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Жизнь в литосфере главным образом сосредоточена в ее верхнем, плодородном слое – почве, глубина которого не превышает нескольких метров. В строении почвы выделяют несколько горизонтов (сверху вниз): верхний, называемый опадом, далее следует гумусовый слой, обеспечивающий плодородие почв, и третий, состоящий в основном из смеси песка и глины.

Толщина коры под континентами составляет, в среднем, 35–40 км. Там, где на суше расположены молодые высокие горы, она часто превышает 50 км (например, под Гималаями достигает 90 км). Под океанами кора более тонкая – в среднем около 7–10 км, а в некоторых районах Тихого океана – всего 5 км. Границы земной коры определяются по скорости распространения сейсмических волн. Сейсмические волны дают информацию и о свойствах мантии. Установлено, что верхняя мантия состоит, главным образом, из силикатов магния и железа. Состав нижней мантии остается загадкой, однако высказывается предположение, что она содержит оксиды магния и кремния. Заключения о составе земного ядра были сделаны на основании не только анализа сейсмических волн, но и расчетов плотности и изучения состава метеоритов. Считается, что внутреннее ядро представляет собой твердый сплав железа и никеля. Внешнее ядро, по-видимому, жидкое и имеет несколько меньшую плотность. Некоторые специалисты считают, что оно содержит до 14% серы.