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

Новый сорбент на основе природных материалов для очистки гальванических стоков
Пористые углеродные материалы как сорбенты человечество использует на протяжении многих столетий. Еще в XVІІI веке была открытая способность древесного угля очищать разные жидкости и поглоща ...

Технологическая схема механической очистки сернисто-щелочных стоков (II система канализации)
Сернисто-щелочные стоки по канализации поступают на две параллельно работающие двухсекционные нефтеловушки (Нс- 1,2). В нефтеловушках происходит осаждение взвешенных механических примесей размером ...

Полиакриламидные флокулянты
Флокулянты - это водорастворимые высокомолекулярные соединения, которые при введении в дисперсные системы адсорбируются или химически связываются с поверхностью частиц дисперсной фазы и объе ...