Современные представления о биосфере

Понятие о биосфере появилось в науке еще в XIX в.

Академик В.И. Вернадский (1863—1945) под биосферой понимал область земного шара, занятую живым веществом (совокупность живых организмов). Границы био­сферы определяются условиями, в которых возможна жизнь. Она включает в себя нижнюю часть атмосферы (тропосферу), в кото­рой обитают споры и мельчайшие микроорганизмы, встречаю­щиеся на высоте более 10 км; всю водную оболочку (гидросфе­ру)— жизнь в ней проникает до самого дна (около 11 км) и верхнюю твердую часть поверхности Земли (литосферу) — на глубине до 3 км обнаружены микроорганизмы в нефтеносных слоях горных пород.

С возникновением жизни па Земле между органическим миром и неживой природой установились тесные взаимозависи­мости. Организмы, получая пищу из неживой природы, оказыва­ли в свою очередь активное воздействие па все оболочки Земли.

Из общего количества живого вещества в биосфере значи­тельная доля приходится на сухопутные организмы, причем все животные составляют только 1-3% от массы всех растений. На суше уменьшение количества живого вещества наблюдается при движении от экватора к полюсам. Во влажных тропиках масса растений на 1 га составляет 500 т, а в тундре всего 12 — 25 т.

Решающую роль в образовании биосферы сыграло появле­ние растений на Земле. Выделение кислорода в процессе жизнедеятельности растений способствовало усилению обмена между живой и неживой природой, что привело к бурному разви­тию различных форм жизни. Растения за миллиарды лет своего существования очистили атмосферу от углекислого газа и в те­чение последних 50 млн. лет поддерживают постоянный газовый состав (21% кислорода и 78% азота).

Зеленым растениям человечество обязано накоплением в нед­рах Земли различных ресурсов: каменного угля, торфа, горючих газов и сланцев. Наконец, растения способствовали образованию на поверхности суши нового вещества — почвы.

Организмы поглощают из окружающей среды химические элементы и строят из них свои тела. В общем большом количе­стве элементов имеется около 20, которые обязательно входят в состав живого вещества, — углерод, водород, кислород, азот, фосфор, железо и др. На долю кислорода приходится 65—70% веса живого вещества, а на долю кислорода вместе с углеродом, водородом и азотом — 98%.

Таким образом, биосфера формировалась и преобразовыва­лась под воздействием живых организмов.

Непрерывное взаимодействие живой и неживой природы осу­ществляется благодаря бесконечному круговороту веществ в природе. С развитием живого вещества на Земле постоянно расширяется его воздействие на неорганическую при­роду. В биосфере все время совершается круговорот веществ. Из неживой природы химические элементы переходят в живые организмы, из одного живого организма в другой, затем снова возвращаются в неживую природу.

Различают два типа круговорота: геологический — круговорот веществ между океаном и сушей и биологический — циркуляция веществ между почвой, растениями и животными.

В биологическом круговороте можно выделить несколько циклов: первый — взаимодействие элементов почвы и микроорганизмов; второй — усвоение растениями веществ, образованных в первом цикле; третий — усвоение животными органических веществ, образованных растениями и микроорганизмами; четвертый — отмирание растений и гибель животных, продукты распада снова поступают в биологический круговорот.

Чтобы биосфера продолжала существовать, чтобы химические и биологические процессы в ней не прекращались, необходимо постоянное участие в круговороте биологически важных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота и др.). Покажем это на нескольких примерах.

Для образования органических веществ растениями, для их жизнедеятельности необходим углекислый газ. Если бы не было его притока, растения погибли.

Источником азота для образования органических веществ служат азотсодержащие вещества почвы и воды (нитраты). Растения усваивают азотсодержащие вещества из почвы, которые затем поступают в животные организмы. Когда животные и растения умирают, то гнилостные бактерии разрушают про­дукты распада до аммиака. Аммиак превращается бактериями в азотсодержащие вещества, и цикл завершается. Клубеньковые бактерии бобовых могут усваивать азот непосредственно из воздуха и отдавать его растениям.

В великий круговорот веществ включены не только неорга­нические вещества, но и живые существа. Различают три группы живых существ: первая группа (в основном это зеленые растения), которая из неорганических веществ создает органические. Вторая группа, которая питается за счет органических веществ, созданных организмами первой группы. В этой группе можно выделить растительноядных животных, которые питаются расте­ниями, и плотоядных животных, которые питаются раститель­ноядными. Третья группа включает организмы (бактерии, гри­бы), которые разлагают органические вещества. Они прекрасно живут в разных условиях и обходятся любой пищей, их не пугают ни высокие, ни низкие температуры, ни высокое давление, ни со­леность — были бы вода и пища. Бактериям принадлежит огром­ная роль в биологическом круговороте веществ.

Жизнь растений и животных определяется условиями их существовании. Например, в суровом и холодном климате, где почва промерзает на большую глубину, не могут расти деревья. Показателем неразрывной связи живых организмов со средой обитания является способность их вырабатывать различные приспособления к тем или иным условиям существования. Растения и животные в местах своего обитания находятся в тесной связи друг с другом. Совместное существование растений или животных на определенном участке и при определенных условиях называют сообществом. Растительное сообщество называют фитоценозом, животное — зооценозом. К растительным сообществам относятся леса, луга, поля. Границы зооценоза, как правило, совпадают с фитоценозом. Поэтому говорят о животных леса, луга, поля, пруда, озера. Все растения и животные, населяющие среду обитания с более или менее однородными условиями существования, представляют собой биоценоз. Биогеоценоз — это своего рода сообщество растений и животных, находящихся в постоянном взаимодействии непосредственном контакте с почвой или водной средой. Био­геоценоз может занимать участок от нескольких квадратных метров до многих квадратных километров. Примером биогеоце­ноза является небольшое озеро или пруд.

Огромную роль в изменении и формировании новых биогео­ценозов играет человек. Человеком распаханы многие сотни миллионов гектаров почвы — на них уничтожен естественный растительный покров и создан новый — из культурных растений; созданы многие тысячи крупных и мелких водоемов, изменивших климат, растительность и животный мир расположенных рядом территорий; горные разработки перевернули многие миллиарды кубометров грунта и горных пород; на огромных территориях сведены леса — главные поставщики кислорода и регуляторы водного режима суши.

Используя природные ресурсы, человек вызывает и отрицательные последствия: загрязнение воздуха и водоемов, безмерное уничтожение лесов, неумеренный вылов рыбы, распашку тер­риторий с почвами, которые легко поддаются эрозии. Все это в наше время вызывает тревогу и остро ставит вопрос о необходимости охраны природы.

Охрана природы стала для населения земного шара одной из первоочередных задач. Основной смысл ее заключается в том, чтобы рационально использовать природу, способствуя сохране­нию и преумножению ее богатств.

В России и других странах охра­на природы вошла как обязательный элемент в программу со­здания коммунистического общества. Верховный Совет СССР в 1972 г. и Верховные Советы всех союзных республик приняли законы об охране природы. В речи о 50-летии Советского госу­дарства Л.И. Брежнев говорил: «Хозяйственное, рачительное использование естественных ресурсов, забота о земле, о реках и чистом воздухе, о растительном и животном мире — нес по наше кровное коммунистическое дело. Мы должны сохранить и украсить нашу землю для нынешнего и будущего поколении советских людей».