Биосфера

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ
Биосфера представляет собой многоуровневую систему, включающую подсистемы
различной степени сложности. Границы биосферы определяются областью
распространения организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере (рис. 24.1). Верхняя
граница биосферы проходит примерно на высоте 20 км. Таким образом, живые
организмы расселены в тропосфере и в нижних слоях стратосферы. Лимитирующим
фактором расселения в этой среде является нарастающая с высотой интенсивность
ультрафиолетовой радиации. Практически все живое, проникающее выше озонового слоя
атмосферы, погибает. В гидросферу биосфера проникает на всю глубину Мирового
океана, что подтверждает обнаружение живых организмов и органических отложений до
глубины 10—11 км. В литосфере область распространения жизни во многом определяет
уровень проникновения воды в жидком состоянии — живые организмы обнаружены до
глубины примерно 7,5 км.
Живые организмы (живое вещество). В настоящее время описано около 300 тыс. видов
растений и более 1,5 млн. видов животных. Из этого количества 93% представлено
сухопутными, а 7% — водными видами животных. Суммарная биомасса организмов
сухопутных видов образована на 99,2% зелеными растениями (2,4 • 1012 т) и на 0,8%
животными и микроорганизмами (0,2 • 1011 т). В океане, напротив, на долю растений
приходится 6,3% (0,2 • 109 т), а на долю животных и микроорганизмов — 93,7% (0,3 • 1010
т) совокупной биомассы. Несмотря на то что океан покрывает немногим более 70%
поверхности планеты, в нем содержится лишь 0,13% биомассы всех живых существ,
обитающих на Земле.
Расчеты показывают, что растения составляют около 21% всех учтенных видов. Однако
на их долю приходится более 99% биомассы, тогда как вклад животных в биомассу
планеты (79% видов) составляет менее 1%. Среди животных 96% видов приходится на
долю беспозвоночных и только 4% на долю позвоночных, среди которых млекопитающие
составляют примерно 10%.
Приведенные соотношения иллюстрируют фундаментальную закономерность
организации биосферы: в количественном отношении преобладают формы, достигшие в
процессе эволюции относительно низких степеней морфофизиологического прогресса.
Живое вещество по массе составляет 0,01—0,02% от косного вещества биосферы,
однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря совершающемуся
в живых организмах обмену веществ. Так как субстраты и энергию, используемые в
обмене веществ, организмы черпают из окружающей среды, они преобразуют ее уже тем,
что в процессе своего существования используют ее компоненты.
Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет 232,5 млрд. т сухого
органического вещества. За это же время в масштабе планеты в процессе фотосинтеза
синтезируется 46 млрд. тонн органических углеродсодержащих веществ. Для этого
требуется, чтобы 170 • 109 т С02 прореагировало с 68 • 109 т Н20.
Таким образом, в результате фотосинтеза ежегодно образуется 115х х 109 т сухого
органического вещества и 123 • 109 т 02. В течение года в процесс фотосинтеза
вовлекаются также 6 • 109 т азота, 2 • 109 т фосфора и другие элементы, например
калий, кальций, сера, железо. Приведенные цифры показывают, что живое вещество
является наиболее активным компонентом биосферы. Оно производит гигантскую
геохимическую работу, способствуя преобразованию других оболочек Земли в
геологическом масштабе времени.
Биотический круговорот. Главная функция биосферы заключается в обеспечении
круговоротов химических элементов. Глобальный биотический круговорот
осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в
циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами.
Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие
жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя
неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают
органическое вещество, которое другими живыми существами (гетеротрофами —
потребителями и деструкторами) разрушается, с тем чтобы продукты этого разрушения
могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.
Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды между
океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными
течениями переносится на многие километры. Выпадая на поверхность суши в виде
осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений
и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с
растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими
частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется
около 1 млрд. т Н20 (на образование 1 г водяного пара необходимо 2,248 кДж). Энергия,
затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу (рис. 24.2). Циркуляция
воды между Мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в
поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с
неживой природой.