Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами¶
Биосфера — внешняя оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их жизнедеятельностью. Термин ввёл австрийский геолог Эдуард Зюсс в 1875 году, а научное обоснование концепции было дано Владимиром Ивановичем Вернадским в трудах 1920-х годов. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, где условия допускают существование жизни.
¶Границы и структура
Биосфера простирается от высоты около 100 км в атмосфере (граница, за которой ультрафиолетовое излучение Солнца уничтожает живые клетки) до глубины 11–12 км в литосфере и океане. Верхняя граница определяется интенсивностью ультрафиолетового излучения, нижняя — проникновением воды и органических веществ в горные породы.
Внутри биосферы выделяют несколько сред обитания:
- Атмосферная оболочка — обитаем только нижний слой тропосферы (высоты до 10–15 км), где встречаются бактерии, споры грибов и растений, пыльца, переносимые ветром.
- Гидросфера — океаны, моря, реки, озёра и подземные воды; наиболее обширная по объёму среда обитания, где сосредоточено до 90 % всей биомассы планеты.
- Литосфера — верхние слои земной коры до глубины 2–3 км, населённые преимущественно бактериями и археями.
¶История изучения
Первые представления о жизни как о планетарном явлении возникли в XIX веке. В 1866 году Эрнст Геккель ввёл понятие «биология Земли». Эдуард Зюсс в книге «Лица Земли» (1893) описал биосферу как сферу жизни, но не дал её научной разработки.
Основоположником современного учения о биосфере стал Владимир Вернадский. В работах «Очерки геохимии» (1924) и «Биосфера» (1926) он показал, что живые организмы — мощная геологическая сила, преобразующая химический состав атмосферы, гидросферы и верхних слоёв литосферы. Вернадский выделил понятие «биогеохимических циклов» — круговоротов веществ, в которых участвуют живые организмы. Идеи Вернадского развивали его ученики и последователи, в том числе Владимир Обручев, Алексей Павлов и позднее — Валентин Садовников и другие исследователи.
¶Биомасса и распределение жизни
Общая масса живого вещества Земли оценивается примерно в 2,4–2,5 трлн тонн сухого вещества. Распределение биомассы крайне неравномерно:
| Среда | Доля биомассы | Примечание |
|---|---|---|
| Суша | около 80–85 % | Преобладают растения, прежде всего древесина |
| Океан | около 1–2 % | Преобладают фитопланктон и бактерии |
| Подземная биосфера | оценки разнятся | Преобладают бактерии и археи |
На суше основная масса вещества приходится на древесные растения — древесина составляет около 90 % всей суши биомассы. В океане доминируют микроскопические водоросли фитопланктона и бактерии.
¶Биогеохимическая роль
Живые организмы непрерывно переносят и преобразуют химические элементы. Круговорот кислорода, углерода, азота, фосфора и серы поддерживается деятельностью растений, животных и микроорганизмов. Фотосинтезирующие организмы создали кислородную атмосферу Земли; бактерии участвуют в фиксации азота, окислении и восстановлении серы, разложении органических остатков.
Вернадский подчёркивал, что химический состав биосферы — результат совместной работы живого вещества и геологических процессов. Концентрация кислорода в атмосфере (около 21 %) поддерживается именно биологическим фотосинтезом, а не абiotic процессами.
¶Эволюция биосферы
Биосфера не статична: её структура и химизм менялись вместе с эволюцией жизни. Первые микроорганизмы появились более 3,5 млрд лет назад в бескислородной атмосфере. Около 2,4 млрд лет назад кислородный фотосинтез привёл к «великому кислородному событию» — накоплению свободного кислорода в атмосфере, что изменило условия обитания и привело к вымиранию анаэробных организмов.
Позже сформировались многоклеточные растения, животные и грибы, освоившие сушу в палеозое (около 470 млн лет назад). Каждый крупный этап эволюции сопровождался перестройкой биогеохимических циклов.
¶Антропогенное влияе
Деятельность человека с начала промышленной революции стала существенным фактором изменения биосферы. Выбросы углекислого газа, загрязнение водоёмов, вырубка лесов, утрата биоразнообразия и изменение климата — все эти процессы затрагивают круговороты веществ и структуру живого вещества. Термин «ноосфера» (сфера разума), введённый Вернадским совместно с учением Тейяра де Шардена, обозначает стадию развития биосферы, в которой человеческий разум становится определяющим фактором её преобразования.
¶Смежные понятия
Понятие биосферы тесно связано с экологией, геохимией, географией и астробиологией. В астробиологии поиск жизни на других планетах опирается на представления о биосфере как о системе, изменяющей химизм планеты и оставляющей наблюдаемые признаки (биомаркеры) в атмосфере и на поверхности.
Источники:
- Вернадский В. И. Биосфера. — Л.: Наука, 1926.
- Вернадский В. И. Очерки геохимии. — М.-Л.: Госхимтехиздат, 1924.
- Зюсс Э. Лица Земли. — СПб., 1893.
- Садовников В. В. Биосфера и биогеохимические циклы. — М.: КМК, 2009.
- Громов Б. В., Мамкаева Г. А. Биосфера: структура, функционирование, эволюция. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2006.