Строение, свойства, функционирование биосферы как гигантской экологической системы

Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20 - 30 км), часть литосферы, особенно кору выветривания, и всю гидросферу (около 11 км). Нижняя граница опускается в среднем на 2 - 3 км на суше и на 1 - 2 км ниже дна океана. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания.

Основным элементом биосферы является живое вещество - совокупность ее живых организмов. «Живые организмы, - писал Вернадский, - являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей. Для того, чтобы в этом убедиться, мы должны выразить живые организмы как нечто целое и единое. Так выраженные организмы представляют живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением».

Живое вещество распространено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропических лесов) и гидросферы, где в массе развиваются зеленые растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы. Более 90 % всего живого вещества биосферы, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97 - 98 % биомассы суши). Общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1,8 - 2,5 . 1018 г (в пересчете на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы биосферы (3 . 1024 г). Тем не менее Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития.

Основной источник биохимической активности организмов - солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми фотосинтезирующими микроорганизмами. Существование биосферы определяется многоступенчатым процессом фотосинтеза, в результате чего лучистая солнечная энергия преобразуется через растения, водоросли и некоторые бактерии в сложные, богатые энергией органические соединения, представляющие собой основу жизни. Суммарная интенсивность фотосинтеза земных растений образует так называемую первичную продукцию.

Кроме первичной, существует вторичная продукция фотосинтеза. Она образуется в процессе передачи энергии от растительных организмов к растительноядным животным и биоредуцентам - потребителям мертвого органического вещества.

Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 2 млрд. лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый экран, защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения; фотосинтез и дыхание зеленых растений поддерживают современный газовый состав атмосферы. Появление кислорода в первичной бескислородной атмосфере Земли рассматривается как важнейший этап эволюции биосферы.

Биосфера имеет мозаичное строение, слагаясь из отдельных относительно самостоятельных частей. Эти части, получившие название биоценозов и экосистем, представляют собой своеобразную уменьшенную модель биосферы (рис. 2.1). Поэтому, изучая биоценозы и экосистемы, мы познаем закономерности существования биосферы в целом.

Рис. 1. Уменьшенная модель биосферы (структура биогеоценоза)

Термин «биогеоценоз» предложил русский ученый В.Н. Сукачев в 1948 г. Это понятие близко к понятию «экосистема». Сейчас все чаще применяется термин «экосистема», хотя в нашей стране и в ряде других стран пользуются и термином «биогеоценоз». Так как биогеоценоз = экосистема, то иначе можно сказать, что биосфера - это совокупность отдельных биогеоценозов, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.

Структурной единицей биосферы является экосистема, характеризующая собой совокупность на определенном участке земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий).

В структуре экосистемы выделяют следующие четыре комплекса (звена):

- неживую природу, из которой экосистема черпает средства к жизни и куда выделяет продукты обмена;

- живые растения, обеспечивающие органическим веществом и энергией все живущее (первичные продуценты);

- организмы, живущие за счет питательных веществ, созданных продуцентами - консументы (потребители), образующие вторичную продукцию;

- организмы, разлагающие органические соединения до исходных продуктов, - редуценты (бактерии, грибы, простейшие ).

Экосистемы являются основными рабочими единицами биосферы, ее материально-энергетическими ячейками, однако их автономность относительна, так как свойства биосферы обусловливают свойства экосистемы и наоборот. Сходные организмы, обитающие в неодинаковых условиях среды, образуют разные экосистемы. Например, еловый лес в Московской области и в горах Кавказа - разные экосистемы. Изучение экосистем сейчас находится в центре внимания современной экологии и теснейшим образом связано с проблемами охраны природы.

Другие статьи по экологии

Криогенные адсорбционно-каталитические устройства
Для удаления остатков токсичных веществ из емкостей, имеющих один подводящий патрубок, можно рекомендовать адсорбционные вакуумные насосы. Такие насосы служат для удаления газов из замкнутого объема ...

Имитационная модель динамики численности русского осетра
Современные экологические исследования включаются в проблему, затрагивающую динамику развития сложных надорганизменных и внутриорганизменных процессов. В этих исследованиях большое значение ...

Отходы, образующиеся при производстве продукции, сточные воды, выбросы в атмосферу, методы их утилизации, переработки
Таблица № 3. Наименование отходов Куда складируются Перио-дичность образования Условия (метод) и место захоронения, обезврежив. утилизации ...