Состав и границы биосферы

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотиче­ской части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физи­ческой средой порового пространства; 2) атмосферным возду­хом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т. п. Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов бла­годаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечи­вая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис.12).

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

— стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

Солнечная радиация

Рис. 12 Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы.

Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет их в планетарном масштабе и биосфера. Границы биосферы приведены на рисунке 13.

При общем рассмотрении биосферы как планетарной системы особое значение приобретает представление о веществе как о некой общей живой массе планет.

Под живым веществом В. И. Вернадский понимает количество живых организмов планеты как единое целое. Их химический состав подтверждает единство природы - стоит из тех же элементов, что неживая природа.

Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.

По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд. т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса живо­го вещества встречается практически повсюду — в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.

«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным воз­можностям и масштабу приспособляемости организмов, кото­рые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считает, что этот захват про­должается.

На рисунке 13 наглядно показаны границы биосферы – от высот атмосферы, где царят холод н низкое давление, океана, где давление достигает 12 тыс. атм. Это стало возможным потому, что пределы толерантности температуры организмов — от абсолютного нуля до -180 °(некоторые бактерии могут существовать в вакууме). Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов — от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов).

Рис. 13. Распределение живых организмов в биосфере:

1 — озоновый слой; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 - обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных водах (глубина дана в метрах).

Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факто­рам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможно­сти к распространению.

Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их место обитания, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях, если бы не было почв.

Почвы — важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с Мировым океаном решающее влияние на всю гло­бальную экосистему в целом. Именно почвы обеспечивают пи­тание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразны и их плодо­родие тоже разное.

Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности. Наиболее бо­гаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация идет медленно. Наименее богаты гумусом лес­ные почвы, где минерализация по скорости опережает гуми­фикацию.

Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом почв понимается большая группа почв, формирую­щихся в однородных условиях, характеризующихся опреде­ленным почвенным профилем и направленностью почвообра­зования.

Поскольку важнейшим почвообразующим фактором явля­ется климат, то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической зональностью: арктические и тун­дровые почвы, подзолистые почвы, черноземы, каштановые, серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и желтоземы. Время формирования почв зависит от интенсивности гуми­фикации. Скорость накопления гумуса в почвах можно опреде­лить в единицах, измеряющих мощность (толщину) гумусово­го слоя по отношению к времени их формирования, например, в мм/год: за 2500—3000 лет, серые и бурые лесные почвы — за 800 — 1000 лет, подзолистые примерно за 1500 лет. Скорость образо­вания почв зависит и от типа материнской породы — на гранитах во влажном тропическом климате для образования настоя­вшей почвы надо 20 000 лет.

Почва является граничным слоем между атмосферой и био­сферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто сме­шение живого и неживого компонентов природы, но и их взаи­модействие в рамках почвенной экосистемы. Главное назначе­ние этой экосистемы — обеспечение круговорота веществ в био­сфере.