Биосфера — глобальная экосистема

Вопрос 1. Расскажите о структуре биосферы.

Биосфера - это та часть Земли, в пределах которой существует жизнь (причем в активной форме, а не в виде спор, пыльцы и т. п.). Также биосферу можно определить как особую оболочку Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью всех живых организмов нашей планеты. Структурно биосфера охватывает часть воздушной оболочки (атмосферы), водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть литосферы. Она состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества: живое вещество - совокупность всех живых организмов (животные, растения, грибы, микроорганизмы);

биогенное вещество - органоминеральные продукты, созданные в результате жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, газ, торф, известняки и др.);

Косное вещество, образованное без участия живых организмов (горные вулканические породы);

Биокосное вещество, созданное совместно живыми организмами и неорганическими процессами (почва, ил).

Вопрос 2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, - атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера является воздушной оболочкой Земли. Она содержит кислород, необходимый для дыхания организмов, и углекислый газ, используемый автотрофами в ходе фотосинтеза. Будучи частично прозрачной для излучения Солнца, атмосфера позволяет видимой части спектра, а также тепловому (инфракрасному) излучению достигать поверхности Земли. Атмосфера также обладает теплоизолирующими свойствами, замедляя остывание ночной стороны нашей планеты. Осадки, ветра и другие атмосферные явления играют важнейшую роль в существовании экосистем.

Гидросфера - водная оболочка. Для населяющих ее организмов огромное значение имеют освещенность, температура, соленость конкретного водоема. Для биосферы в целом очень важна большая теплоемкость воды и то, что она, замерзая, формирует ледяной покров, под которым сохраняется жизнь. Условия обитания в гидросфере гораздо стабильнее, чем на суше. Это и сделало океан колыбелью жизни (хорошо адаптировавшийся вид может сотни миллионов лет процветать в океане без видимых изменений).

Литосфера - твердая оболочка Земли. Она поставляет для создания почвы косное вещество (горные породы). Это же косное вещество является для живых организмов источником минеральных солей, а бактерии - хемосинтетики (серобактерии, железобактерии) используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений.

Вопрос 3. Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?

Границы распространения живых организмов в биосфере определяются абиотическими факторами: количеством осадков, температурой, давлением, содержанием кислорода, уровнем ультрафиолетового излучения и др. Там, где эти факторы сильно отклоняются от оптимальных значений, жизнь становится невозможной (высокогорье, полярные зоны, пустыни, вулканы, пещеры).

Признаки жизни в атмосфере обнаруживаются вплоть до высоты 20 км (уровень озонового слоя), где можно встретить споры, бактерий, мельчайших членистоногих. Однако полноценные экосистемы располагаются вблизи поверхности планеты (в горах - до высоты 3-5 км). Водная оболочка Земли заселена практически полностью; живые организмы встречаются даже на дне Марианской впадины (глубина более 11 км). Вместе с тем основная часть биомассы сосредоточена в верхних слоях гидросферы, где возможно существование фотосинтетиков. Жизнь в литосфере почти полностью сосредоточена в почве, толщина которой может достигать нескольких метров. Однако бактерии в месторождениях полезных ископаемых (например, нефти) обнаружены на глубине до 3-4 км.

Вопрос 4. Как формируется биокосное вещество биосферы?

Биокосное вещество образуется в результате взаимодействия живых организмов и неорганической природы. Примерами биокосного вещества являются ил и почва. Первый этап почвообразования - это почти исключительно физико-химические процессы: солнечные лучи вызывают неравномерное нагревание горных пород, происходит их выветривание, вымывание и т. д. Но параллельно с этим начинают действовать и постепенно выходят на первый план биологические факторы: накопление органических остатков и за счет активности редуцентов формирование перегноя и гумуса. Начальные шаги в этом направлении осуществляют "пионеры жизни" - лишайники и цианобактерии, способные существовать практически на голых камнях и ускорять их разрушение. Затем, по мере накопления доступных для высших растений запасов минеральных веществ, к почвообразованию подключаются мхи, травы, кустарники и т. д.

Вопрос 5. Охарактеризуйте распределение биомассы на земном шаре.

Общая масса живых существ на нашей планете составляет около 2,43 1012 т. Биомасса водных организмов составляет лишь немногим более 1/1000 (0,13%) от этой величины; остальные живые существа обитают на суше. Биомасса организмов суши на 99,2% представлена растениями, на 0,8% - животными, грибами и микроорганизмами. Распределение биомассы в Мировом океане имеет обратную закономерность: 93,7% - животные и лишь 6,3% - растения и микроорганизмы. Плотность биомассы увеличивается от полюсов к экватору, что в первую очередь связано с климатическими факторами. Максимальная плотность наблюдается в тех районах, которые в течение всего года обеспечены теплом и влагой (тропические леса, мелководье теплых морей и пр.).