Биомасса организмов Земли (по Н. И. Базилевичу и др.)

УРОК 87

Тема: «Биосфера - глобальная экосистема»

В начале XIX в. понятие (не термин) «биосфера» было введено в науку великим французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком (1744-1829). Термин «биосфера» для определения земной оболочки, занятой жизнью, одновременно с терминами «гидросфера» и «литосфера» в конце XIX в. утвердил в научном обиходе знаменитый австрийский геолог Э. Зюсс (1831-1914). Зюсс писал: «Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер небесном теле, а именно - органическая жизнь... На поверхности материалов можно выделить самостоятельную биосферу...» Создав новый термин, которому было суждено такое блестящее будущее, Э. Зюсс не дал ему научного определения. Автор современного учения о биосфере В. И. Вернадский (1863-1945) стал употреблять термин «биосфера» с 1911 г., но впервые дал его определение в 1923 г. и с тех пор не менее 15 раз его уточнял, подчеркивая, что биосфера - это «особая охваченная жизнью оболочка» Земли - область распространения живого вещества на планете.

Биосферой В. И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов (верхняя часть литосферы, гидро- и тропосфера). Значение организмов обусловлено их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Всю совокупность организмов на планете В. И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Закон константности, сформулированный В. И. Вернадским, гласит:

Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть величина постоянная (константа).

Общий вес живого вещества оценивается величиной 12 1,8-2,5*10 т (в сухом весе) и составляет лишь незначительную часть массы биосферы (3*10 т). Если живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем толщиной только в 2 см.

Биомасса организмов Земли (по Н. И. Базилевичу и др.)

Тем не менее, ведущим фактором, преобразующим лик Земли, является жизнь. Ее особенность заключается не только в ускорении химических реакций - некоторые реакции вне организма вообще не происходят, при нормальных температурах и давлениях. Л. С. Берг говорил: «Организмы осуществляют с физической точки зрения невероятное». Так, жиры и углеводы окисляются в организме при температуре около 37°С, а вне его - при температурах 400-500°С.

Синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условиях осуществляется при температуре 500°С и давлении 300-500 атм. А микроорганизмы с легкостью проводят эту реакцию при обычной температуре и атмосферном
давлении.

В 20-х годах нашего века В. И. Вернадский разработал представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью, и впервые создал учение о
геологической роли живых организмов.

Биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своими «входом» и «выходом». Ее «вход» - это поток солнечной энергии, поступающей из космоса, «выход» - те образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые в силу каких-либо причин ускользнули из биотического круговорота. Образно говоря, это выход в «геологию». На языке современной науки биосферу называют саморегулируемой кибернетической системой, обладающей свойствами гомеостаза. Согласно закону необходимого разнообразия Эшби, кибернетическая система только тогда обладает устойчивостью для стабилизации внешних и внутренних факторов, когда она имеет достаточное внутреннее разнообразие.

Земля как планета характеризуется значительным разнообразием природных условий. Это определяется ее шарообразной формой, ее движением вокруг Солнца и вокруг собственной оси, что, в свою очередь, обусловливает широтное и сезонное изменение интенсивности поступления солнечной активности; значительное разнообразие природных условий создается и сложным рельефом Земли. Но основное разнообразие биосферы Земли создается живыми организмами. Считают, что в современной биосфере представлено около 2 млн. видов живых организмов (за все время существования биосферы их было не менее 1 млрд!).

Характерной особенностью биосферы как динамической системы является ее неравномерность (неравновесность) - следствие работы живого вещества и притока солнечной энергии.

Не менее важной отличительной особенностью биосферы является ее «обводненность». Вернадскому очень нравилось определение жизни как «одушевленной воды», данное французским биологом Р. Дюбуа, и он неоднократно приводил его в своих произведениях. Поэтические строки о воде принадлежат другому великому французу - Антуану де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты - сама жизнь...»

Еще одна характерная особенность биосферы - это ее неразрывная связь с космосом (в наибольшей степени - с Солнцем). Впервые ее заметили еще в-прошлом веке. Так, в 1852 г. швейцарский астроном Рудольф Вольт рассчитал зависимость магнетизма Земли от цикличности пятнообразования на Солнце. Однако датой рождения гелиобиологии обычно считают 1915 г., когда в Московском археологическом институте был прочитан доклад «Периодическое влияние Солнца на биосферу Земли» (его сделал восемнадцатилетний А. Л. Чижевский).

Несколько лет назад ученые из Главной астрономической обсерватории АН УССР Л. Р. Колоколова и А. Ф. Стеклов выдвинули гипотезу о наличии на спутниках Юпитера биосферы иного типа, чем земная, - биосферы, развивающейся под слоем льда. Такой гипотетический тип биосферы украинские ученые предложили назвать «эндобиосферой» (от греч. епйоп - внутри). Исследования в море Росса, где толщина льда достигала 420 м, привели к обнаружению сообществ организмов, состоящих из диатомовых водорослей, фораминифер, ракообразных и бактерий.