А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006
Глава 1. Учение о биосфере
Биосфера - (греч . bios - жизнь , sphaira -
шар) - это оболочка Земли, включающая область распространения жизни и часть
вещества планеты, которое состоит в постоянном обмене с живыми организмами.
Впервые представление о биосфере как наружной оболочке нашей планеты было предложено
Ж.Б. Ламарком(1744-1829) в начале 19-го века. В научный обиход термин
"биосфера" ввел австрийский ученый Э. Зюсс (1875), выделивший ее как
одну из земных оболочек.
Основы научного понимания биосферы заложил русский
ученый Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). По Вернадскому биосфера -
область существования живого вещества, которая включает нижние слои атмосферы
(до озонового пояса - на высоте около 25 км), всю гидросферу (до максимальных
глубин) и верхнюю часть литосферы. Однако определение биосферы, отмечал В.И.
Вернадский, только как области жизни неполно. Биосфера включает:
1) живое вещество;
2) биогенное
вещество, т.е. органоминеральные или органические продукты, созданные живым
веществом (каменный уголь, нефть, торф, известняк, гумус и т.д.);
3) биокосное
вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой природой (вода, атмосфера,
осадочные породы).
Чем же отличаются живые организмы от остальных
(косных) природных веществ? Отвечая на этот вопрос, обычно говорят, что живые
существа - это те, которые могут размножаться, двигаться и т.д. Это утверждение
не полностью отражает суть отличия живого вещества. Основной отличительной
способностью живого от неживого вещества является способ использования энергии.
Живое вещество - это уникальный природный объект,
обладающий способностью принимать и использовать энергию, идущую из Космоса.
Улавливая энергию, прежде всего в виде солнечного света, живой организм может
удерживать ее в качестве энергии сложных органических соединений, передавать
или трансформировать в механическую, химическую, электрическую, тепловую и
другие виды энергии. Косные (неживые) вещества не обладают возможностями столь
сложных преобразований энергии. Обычно они принимают энергию и рассеивают ее в
окружающую среду. Вторая особенность живых организмов - их уникальная
способность к самовоспроизведению. Производство новых, идентичных по структуре
и функционированию поколений является не только копированием, но и
характеризуется изменчивостью признаков из поколения в поколение. А это
приводит к гибкой адаптивности и способности приспособления живых организмов к
условиям обитания в процессе эволюции. Таким образом, можно отметить особые
отличия живого вещества по сравнению с косной природой. Они заключаются в
присутствии в живом организме химических соединений, обладающих: способностью к
самовоспроизведению; способностью создавать полимерные оболочки, служащие
защитой и ограждением живого вещества от косного; способностью осуществлять
химические реакции в условиях обычных параметров среды и способностью
передавать химическую энергию с высокой скоростью.
Живые организмы различаются по массе - от микробов
весом тысячные доли грамма до кашалотов весом 100 т и более; по продолжительности
жизни - от нескольких часов у бактерий, до 5000 лет и более у японской
криптомерии. Самой существенной особенностью биосферы является биогенная
миграция атомов химических элементов, стимулируемая солнечной энергией.
"При этом организмы связаны, - отмечал В.И.Вернадский, - с окружающей
средой биогенным током атомов: своим дыханием и размножением".
Биосфера является мощной геологической силой,
формирующей равновесие газов, жидкой и твердой фаз Земли и поставляющей
огромную часть свободной энергии для усиления техносферы.
Пределы биосферы ограничиваются физическими
условиями существования живых организмов. По современным представлениям, существование
жизни обусловлено границами температур от +160 до –250°С и давлением от 0,001 до 3000 атм. Нижняя граница жизни в водной
среде проходит на глубине 11500 м, в литосфере (в земной коре) - на глубине
более 3000 м (на глубине 4500 м в нефтеносных водах обнаружены микроорганизмы).
Верхняя граница распространения жизни в атмосфере обусловлена высотой озонового
слоя, служащего для живых организмов защитной средой от смертоносного ультрафиолетового
излучения Солнца и расположенного на высоте 25-45 км над уровнем моря.
Последнее время в атмосфере обнаружены некоторые
виды жизнеспособных микроорганизмов в состоянии покоя на высоте около 80 км.
Жизнь встречается и на вершинах высочайших в мире гор на высоте 8839 м выше
уровня моря.
Биомасса современной биосферы составляет около 2,5
трлн. т сухого вещества (около 99% этой массы приходится на зеленые растения).
Образование нового органического материала, т.е. чистая ежегодная
продуктивность биосферы, составляет около 10% (150-200 млрд. т сухого
вещества). При этом примерно 1/3 от годового суммарного показателя производства
биомассы составляют морские фотосинтезирующие растения и микроорганизмы (хотя
они имеют вес примерно в 100 раз меньше, чем наземные виды).
Каков же общий объем биосферы? Жизнь в биосфере
сосредоточена примерно в диапазоне нескольких десятков километров выше и ниже
поверхности Земли. Поскольку радиус нашей планеты составляет около 6400 км
(4000 миль), а толщина слоя атмосферы 288 км (180миль), можно подсчитать, что
слой биосферы (тонкий) составляет менее 1% общего объема планеты. А
геологический объем биосферы, который определяется с учетом непрерывного
отложения части объема производимой ею биомассы, находящейся вне цикла пищевой
цепи, составляет, по современным данным, более 4% от общего объема нашей планеты.
Энергия биосферы характеризуется
следующим показателем: в умеренных и тропических широтах величина солнечной
радиации, достигающей Земли, составляет около 700 Вт/м2. Часть этой
энергии теряется при прохождении через атмосферу, облака и т.д. Растениям и
микроорганизмам, существующим за счет фотосинтеза, остается энергии примерно
150-200 Вт/м2, из которых они усваивают 0,2-1%, т.е. 0,5-3 Вт/м2.
Общая величина энергии за год, получаемой путем биосинтеза в биосфере,
составляет 40×1012 Вт.
В.И.Вернадский считал наличие фотосинтезирующих организмов решающим фактором
активной жизни биосферы, так как именно они осуществляют постоянную связь между
нашей планетой и космосом, используя солнечную энергию для получения различных
химических элементов. "К сожалению, - писал В.И.Вернадский, - наши
современные знания не позволяют учесть, какую часть всего живого вещества составляет
зеленый мир растений".
В наше время учеными составлены
мировые карты растительности и почв, установлено, что в живом веществе Земли
основная роль принадлежит растительным фотосинтезирующим организмам, которые
составляют 95-99% всей массы живого вещества. Суммарные запасы фитомассы Земли,
по данным ученных, оцениваются в 2402,5×109
т (количества органического вещества измеряется в единицах сухого веса);
суммарная годичная продукция фитомассы суши оценивается в 171,54×109 т.
1.1. Техносфера
1.2. Ноосфера
1.3. Космосфера
|