Оболочка Земли - биосфера

Биосфера

.

Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистемаЗемли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году^[1].

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Существует и другое, более широкое  определение: Биосфера — область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.

]Местоположение биосферы

Биосфера включает в себя верхние  слои литосферы, в которых ещё  живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.

Границы биосферы

• Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновоеультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
• Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температуройденатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
• Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включаядонные отложения.

Структура Биосферы:^[2]:

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·10¹² т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·10¹⁸ т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.
2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.
3. Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.
4. Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.
5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.
6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.
7. Вещество космического происхождения.

]Слои биосферы^[3]

Весь слой воздействия жизни  на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространством человекообразной экспансии в околоземном пространстве — панбиосферой.

Аэробиосфера

Субстратом для жизни в атмосфере  микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки — атмосферная влага, источником энергии — солнечная  энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков  простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство — более тонкий слой, чемтропосфера). Выше простирается слой крайне разреженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются — парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.

Геобиосфера

Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для  которых служит земная твердь. Геобиосфера  состоит из области жизни на поверхности  суши — террабиосфера (с террабионтами), разделяемую на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли — литобиосфера (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы — эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов — гипотеррабиосфера и слой, где возможно лишь обитание анаэробов — теллуробиосфера. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже — в гипобиосферу. Метабиосфера — все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.

В глубинах литосферы есть 2 теоретических  уровня распространения жизни —  изотерма 100 °C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении кипит, и изотерма 460 °C, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.

Гидробиосфера

Гидробиосфера — весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами — распадается  на слой континентальных вод — аквабиосфера (с аквабионтами) и область морей и океанов — маринобиосфера (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя — относительно ярко освещённую фотосферу, всегда очень сумеречнуюдисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты — афотосфера.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера — эубиосфера.

Зарождение жизни

Жизнь на Земле зародилась ещё в архее — примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденныепалеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд. лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты — одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.

Будущее биосферы

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния  биосферы, некоторые из них связаны  с деятельностью человечества.

Некоторые философы, например, Дэвид  Пирс, выступают за модификацию биосферы с целью избавления от страданий  всех живых существ и создание в буквальном смысле рая на земле  .

Большой вклад в развитие учения о биосфере внёс В. И. Вернадский.

 

 

 
Экосистема

Экосистема, или экологическая система (от греч. οἶκος — жилище, местопребывание и греч. σύστημα — система) — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Термин введён английским экологом Артуром Тенсли в 1935 году. Понятие экосистемы абстрактное, то есть не привязано к какому либо конкретному участку территории, в отличии от биогеоценоза, который обычно привязан к какой-либо конкретной территории^[1].

Концепция экосистемы

Экосистема — сложная, самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основная характеристика экосистемы — наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы^[2]. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой. Не каждая биологическая система является в достаточной степени самодостаточной и саморегулируемой, обычно такие подсистемы называются фациями^[3]. Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света^[1], который является следствием термоядерной реакции, — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем^[4] курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций^[4][5].

Строение  экосистемы

 

Строение экосистемы (биогеоценоза) по Реймерсу Н. Ф.

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится наавтотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты^[6] компоненты, которые формируют трофическую структуру экосистемы.

[Структурные компоненты экосистемы

Структурными компонентами являются^[2]:

1. климатический режим, определяющий основные физические характеристики среды;
2. неорганические соединения;
3. органические соединения;
4. продуценты;
5. макроконсументы;
6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, грибы и бактерии, простейшие.

Последние три компонента являются биомассой экосисте                    Функциональные компоненты экосистемы

 

Трофическая структура экосистемы

1. автотрофы — организмы, производящие первичную продукцию;
2. биофаги — организмы, поедающие других живых организмов;
3. сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Это разделение показывает временную и функциональную связь  в экосистеме, — органическое вещество образуется, затем преобразуется, затем разлагается^[2] (см. рисунок).

Структурно-функциональные компоненты экосистемы

1. Экотоп — определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов,микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде^[7].
2. Климатоп — характеристика биогеоценоза, сочетание физических и химических характеристик воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов^[8].
3. Эдафотоп — часть косной среды преобразованной организмами^[7].
4. Биотоп — преобразованный биотой экотоп. Иначе — участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза^[9].
5. Биоценоз — исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп)^[10]. Иногда биоценоз разделяют на фитоценоз и зооценоз.

Устойчивость  экосистем

Экосистема имеет прямые и обратные связи, которые поддерживают гомеостаз экосистемы в некоторых пределах параметров окружающей среды^[6]. Выделяют два типа гомеостаза: резистентный — способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии (см. Принцип Ле Шателье — Брауна) и упругий — способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы^[11]. Иногда выделяют третий аспект устойчивости — устойчивость экосистемы по отношению к изменениям характеристик среды и изменению своих внутренних характеристик^[12]. Устойчивость экосистемы обычно не зависит от числа видов и сложности устройства^[6].