Биосфера

Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Первые представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли восходят к Жану-Батисту Ламарку. Сам термин «биосфера» ввёл австрийский геолог Эдуард Зюсс в 1875 году, понимая её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «лик Земли». Целостное учение о биосфере создал Владимир Иванович Вернадский, на формирование его взглядов большое влияние оказали работы Василия Васильевича Докучаева о почве как естественноисторическом теле. Основы этого учения, изложенные Вернадским в 1926 году в книге «Биосфера» и развивавшиеся им до конца жизни, сохраняют своё значение в современной науке.

Границы и состав биосферы

Биосфера охватывает:

Часть атмосферы — до высоты озонового экрана (20 — 25 км).
Всю гидросферу (океаны, моря, реки, озёра).
Часть литосферы — особенно кору выветривания. Нижняя граница опускается в среднем на 2 — 3 км на суше и на 1 — 2 км ниже дна океана.

Вернадский рассматривал биосферу не просто как среду обитания, а как целостную систему. Он выделил в ней семь геологически взаимосвязанных типов веществ:

Живое вещество — совокупность всех живых организмов.
Биогенное вещество — создаётся и перерабатывается живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.).
Косное вещество — образуется без участия жизни (например, изверженные горные породы).
Биокосное вещество — результат совместного действия живых организмов и неорганических процессов (например, почва).
Радиоактивное вещество.
Рассеянные атомы.
Вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Живое вещество как геологическая сила

Центральное звено концепции Вернадского — представление о живом веществе, то есть совокупности всех живых организмов, выраженной через их химический состав, массу и энергию.

Ключевые характеристики живого вещества:

Распределение: Крайне неравномерно. Максимум биомассы сосредоточен в приповерхностных слоях суши (особенно в тропических лесах) и в верхних слоях гидросферы. Более 90% всего живого вещества приходится на наземную растительность.
Масса: Общая масса живого вещества оценивается в 1,8 — 2,5 × 10¹⁸ г (в сухом весе), что составляет ничтожную долю массы всей биосферы (около 3 × 10²⁴ г). Тем не менее, именно живое вещество Вернадский считал мощнейшим геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития.
Энергетическая основа: Основной источник активности — солнечная энергия, улавливаемая в процессе фотосинтеза зелёными растениями и некоторыми бактериями. Фотосинтез привёл к накоплению в атмосфере свободного кислорода и формированию озонового экрана, защищающего жизнь от жёсткого излучения.

Функционирование биосферы

Жизнь существует в форме сложных сообществ — биоценозов. Организмы и среда их обитания неразрывно связаны, образуя целостные динамические системы — биогеоценозы (экосистемы).

Ключевые процессы:

Круговорот вещества и энергии: Питание, дыхание, размножение и связанные с ними процессы создания и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот.
Биогеохимические циклы: С круговоротом связана миграция атомов химических элементов (прежде всего биогенных: C, H, O, N, P, S и др.). Атомы большинства элементов бесчисленное число раз проходят через живое вещество. Например:
- Весь кислород атмосферы обновляется за 2000 лет.
- Углекислый газ — за 200 — 300 лет.
- Вся вода биосферы — за 2 млн лет.
Аккумуляция элементов: Разные организмы избирательно накапливают элементы: железобактерии — железо, моллюски и кораллы — кальций, диатомовые водоросли — кремний и т. д.

Благодаря деятельности живого вещества на планете сформировались почвы, образовались залежи горючих ископаемых и поддерживается относительное постоянство условий, необходимых для жизни (гомеостаз).

Современный контекст: антропогенное влияние и ноосфера

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда масштабы деятельности человека стали сравнимы с геологическими процессами.

Воздействие человека включает:

Коренное преобразование территорий (вырубка лесов, осушение болот, урбанизация, создание водохранилищ).
Интенсификацию круговорота веществ через добычу ископаемых, сжигание топлива, создание новых синтетических веществ.
Глобальное загрязнение среды (нет ни одного участка суши или моря, не затронутого деятельностью человека).

Эти воздействия ставят под угрозу гомеостатический баланс биосферы. Учение о биосфере как целостной системе стало научной основой для развития экологии, природоохранной деятельности и рационального природопользования.

Вернадский в 1944 году развил идею о переходе биосферы в качественно новое состояние — ноосферу (сферу разума), когда развитие биосферы будет направляться разумной деятельностью человечества. Выход человека в космос расширяет потенциальные границы ноосферы за пределы биосферы Земли.