Что такое Биосфера
Что такое биосфера, и какую роль она играет в жизни планеты и человека?
Биосфера - это сфера жизни, то есть область существования и жизнедеятельности ныне живущих организмов. Живые организмы населяют всю гидросферу (водную оболочку Земли) - до дна самых глубоких океанических впадин (более 11 тыс.м), нижние слои атмосферы (воздушную оболочку Земли) - до высоты около 20 км, и верхние слои литосферы (твердую оболочку Земли), куда живые существа могут опускаться с подземными водами на глубины до 1-2 км.
Говоря о биосфере, мало отметить, что она состоит только из живых организмов. Это активная оболочка Земли, в которой совокупная жизнедеятельность живых организмов проявляется как основной средообразующий фактор. Известная нам современная аэробная (кислородная) биосфера - не первая из существовавших на Земле оболочек жизни. До нее существовала и даже заложила основу большинства энергетических запасов планеты анаэробная (бескислородная) Биосфера, основным населением которой были хемосинтезирующие бактерии (например: серобактерии, железобактерии и др.). Начало нашей Биосферы заложили сине-зеленые водоросли, побочным продуктом жизнедеятельности которых явился кислород, кардинально изменивший состав атмосферы и губительный для организмов, приспособленных жить в бескислородной среде. При этом мы и сегодня можем встретить представителей предыдущей сферы жизни - например, в банках с ботулизмом, на болотах, где в результате метанового брожения загораются болотные огни, в термальных серных источниках глубоко под водой.
Согласно разработкам академика В.И. Вернадского, вещество биосферы включает в себя следующие компоненты:
• живое вещество - биологическая масса современных живых организмов;
• биогенное вещество - все формы мертвого органического вещества, а также торф, уголь, нефти и газ биогенного происхождения;
• биокосное вещество - смесь биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, ил, природные воды);
• косное вещество - горные породы.
Все элементы биосферы тесно связаны между собой и образуют гигантский биологический круговорот, который начинается с поглощения энергии солнца зелеными растениями. Растения, в свою очередь, составляют основу для существования всех остальных групп организмов. На выходе из биосферного круговорота находятся неорганические соединения, остающиеся после деятельности бактерий, простейших, грибков и других микроорганизмов, разлагающих остатки жизнедеятельности высших живых существ.
Самой существенной особенностью биосферы является биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.
Исходя из этого следует, что такое свойство живой материи, как разнообразие, является прямым следствием геохимических процессов, протекающих в биосфере, и специфика этих процессов является первой характеристикой сферы жизни. Вспоминая про Биосферу, можно сказать, что для нее были характерны иные биогеохимические функции, чем для нашей биосферы.
Другими характеристиками биосферы являются возможность саморегуляции, изменчивость и развитие. И эти свойства биосферы, несмотря на ее малую совокупную массу по сравнению с массой других сфер Земли, позволили ей в результате интенсивной работы коренным образом изменить условия существования на планете.
Древние микроорганизмы, растения и животные участвовали в создании мощных запасов ископаемого топлива, толщ известняков, фосфоритов, некоторых руд и глинистых пород, содержащих железо, алюминий, марганец и другие металлы. Растительный покров существенно определил водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств планеты. Современные живые организмы также играют ведущую роль в очищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение многих химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам, как показали работы русского естествоиспытателя, основателя современного научного почвоведения В.В. Докучаева, формируется почва и поддерживается ее плодородие.
На основании применения системного подхода в изучении и построении моделей биогеохимических циклов, открытых Вернадским, в начале 70-х годов британский химик и изобретатель Джеймс Лавлок и американский микробиолог Линн Маргулис выдвинули идею о том, что биосфера сама создает и поддерживает условия, необходимые для существования жизни и является саморегулирующейся системой. Исходя из этой идеи, биосфера - суперсистема Жизни, которая взаимодействует с неживой частью Земли для создания относительно узких параметров окружающей среды, позволяющих существовать большинству форм жизни.
К сходным выводам приходит и современный российский ученый В.Г. Горшков: «Биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах... Таким образом, только те виды, которые обеспечивают работу по поддержанию окружающей среды, могут образовывать сообщества и составлять земную биоту».
Исходя из вышесказанного, более ясным становится понимание роли, которую играет разнообразие живых существ на нашей планете: функцию поддержания условий для существования жизни может выполнять только сложная система, состоящая из множества живых организмов, в то время как ни один из них по отдельности на это не способен. Ни одно из известных нам живых существ не может существовать вне зависимости от других живых существ и среды своего обитания.
Работая в программе по исследованию жизни на других планетах, Дж. Лавлок выводит следующее положение, что если рассматривать жизнь как глобальную целостность, ее присутствие может быть обнаружено через изменение химического состава планет. Действительно, если рассмотреть состав земной атмосферы с точки зрения химического равновесия и сравнить его с составом атмосферы ближайших к нам планет, то проявляется интереснейшая закономерность: в составе земной атмосферы содержится 21% молекулярного (восстановленного) кислорода - одного из сильнейших окислителей, и молекулярного азота, в то время как газовый состав атмосфер других планет солнечной системы представлен, в основном, восстановленными формами - оксидами серы, углерода, азота и аммиаком, а кислород и азот лишь в малых количествах.
Не менее интересные закономерности можно проследить, сравнивая температурные режимы планет: амплитуда температурных колебаний на Земле гораздо меньше, чем, например, на Марсе или Венере. При этом следует заметить, что существование живых организмов может поддерживаться в достаточно узком температурном интервале, когда вода находится в жидкой фазе. Именно в этом интервале поддерживается средняя глобальная приземная температура, которая составляет 15°С. Объяснением подобного феномена служит предположении о действии механизмов биотической регуляции климата и всей окружающей среды. Таким образом, можно говорить о том, что « Жизнь создает условия для Жизни».
Поэтому даже если допустить, что в будущем люди научатся эффективно синтезировать дешевую пищу и станут независимыми от растений и животных в этом отношении, то регуляция газового состава атмосферы и поддержание стабильных параметров окружающей среды, пригодной для нашего существования, останутся основными функциями биосферы.
Именно биосферные механизмы позволяют планете удерживать неустойчивый баланс между перегревом и переохлаждением атмосферы планеты.
Нарастающее антропогенное загрязнение атмосферы нарушает этот баланс и уже сегодня приводит к неблагоприятным климатическим изменениям. Климатообразующая, климаторегулирующая функция биосферы подрывается также сокращением ее общей продуктивности в связи с антропогенным разрушением природных сообществ. Жизнь должна контролировать условия сразу на всей планете и для этого иметь биомассу не меньше определенного уровня. В настоящее время суммарная биомасса живого вещества на планете снижена и, по оценкам многих ученых, близка к критическому пределу, что ставит под угрозу сохранение важнейших параметров среды. Причины, приводящие к этому, рассматриваются в следующих главах.
