Биосфера

Биосферой называют оболочку нашей планеты, которая отвечает за поддержание условий для существования живых организмов. Некоторые ученые используют близкий по смыслу термин — экосфера, что означает совокупность всех экосистем на Земле.

В масштабах всей планеты это достаточно тонкий, но при этом и очень устойчивый слой. После многочисленных глобальных катаклизмов, которые приводили к массовым вымираниям, биосфера каждый раз восстанавливалась, а жизнь принимала все новые формы. В этой статье мы поговорим о сущности биосферы, ее границах, составе и значении для жизни. Кроме того, мы вспомним ученых, изучавших биосферу, и приведем несколько занимательных фактов о ней.

Что такое биосфера

Если говорить простыми словами, биосфера — это совокупность всех мест на нашей планете, в которых могут существовать живые организмы. Согласно общепринятому мнению, она начала формироваться одновременно с появлением первых живых организмов на Земле — около 3,8 млрд лет назад. Однако вопрос о возрасте биосферы остается открытым, так как в 2010-х ученые нашли в Австралии и Канаде биогенные образования, сформированные 4,1 и 4,3 млрд лет назад соответственно.

Значительную роль в образовании биосферы и появлении разнообразных форм жизни сыграл процесс фотосинтеза. Поглощая энергию Солнца, организмы в океанах начали выделять кислород, который впоследствии стал ключевым источником питания клеток и вошел в состав питательных веществ (белков, жиров, углеводов и витаминов), необходимых для развития сложных форм жизни. Сегодня фитопланктон, цианобактерии и водоросли выделяют 90% кислорода на нашей планете.

Границы биосферы

Биосфера охватывает верхнюю часть литосферы и поверхность планеты, всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Совокупная толщина этой оболочки оценивается в 25 километров. Сейчас мы более подробно рассмотрим границы и особенности каждого из слоев биосферы.

• Литосфера. Ученым до сих пор не удалось измерить точную глубину, на которой способна существовать жизнь. Считается, что биосфера начинается в земной коре на глубине 3-4 километров под поверхностью суши и дном океанов. В глубоких слоях обитают анаэробные бактерии, которые не нуждаются в свободном кислороде. В нескольких сотнях метров от поверхности начинают встречаться аэробные формы жизни.
• Террасфера. Так называют всю поверхность суши, включая верхние слои почвы, вершины деревьев и горные склоны. Протяженность, или можно сказать «глубина» террасферы неоднородна и зависит от конкретных условий в разных частях нашей планеты. Она начинается на глубине 8 метров под поверхностью, где находятся норы крупных червей, и заканчивается на высоте около 80 метров, где гнездятся некоторые виды птиц. Обитаемую часть литосферы и террасферу, как правило, объединяют в единый слой — геосферу.
• Гидросфера. Это весьма внушительная по своему объему часть биосферы, так как 70% поверхности Земли покрыто водой, а глубина Мирового океана достигает 11 километров в Марианском желобе. Интересно, что некоторые виды рыб живут даже в самых глубоководных областях, куда почти не поступает солнечный свет, температура составляет около 0 °C, а давление в 1 000 раз превышает атмосферное.
• атмосфера. К биосфере относится вся тропосфера и нижняя часть стратосферы — общая высота ограничена озоновым слоем и составляет от 15 до 20 километров. Большая часть птиц не поднимается на высоту свыше 2 километров, однако есть исключения. Например, горные гуси мигрируют на высоте 8 километров, а грифы Рюппеля способны подниматься выше 11 километров. Постоянными обитателями атмосферы являются микроорганизмы, которые существуют благодаря водяному пару и каплям, составляющим облака. В стратосфере жизнь встречается очень редко, так как из-за низкой концентрации воды условия не подходят для размножения.

Состав и свойства биосферы

Принятую в современной науке классификацию состава биосферы в 1926 году предложил российский и советский ученый Владимир Вернадский. Ему удалось доказать, что не только среда определяет возможность для существования жизни, но и сами организмы преобразуют неживую природу. Основываясь на этом факте, Вернадский выделил 4 типа материи в структуре биосферы.

• Живое вещество. Это совокупность всех живых организмов в разных слоях биосферы. Их общая масса оценивается в 3,6 * 10¹² (3 600 млрд) тонн. Среди главных функций живого вещества можно отметить преобразование энергии и поддержание газового состава атмосферы. Например, животные выдыхают углекислый газ, который поглощают растения, выделяющие, в свою очередь, кислород.
• Косное (неживое) вещество. Так называют материю, которая сформировалась на ранних этапах эволюции Земли, без какого-либо участия живых организмов. К этому типу относятся горные породы, вулканические образования и минералы. Среди примеров косного вещества можно отметить песок, соль, гранит, кварц и различные виды руды. Основными функциями неживой материи являются формирование рельефа местности и создание ресурсов.

• Биокосное вещество. Это неживая материя, которая была создана в процессе преобразования живыми организмами. Иными словами, она находится на границе живой и неживой природы. Отличным примером биокосного вещества является плодородная почва. Растения насыщают грунт органическими веществами, микроорганизмы расщепляют их на более простые составляющие, а животные стимулируют циркуляцию грунтовых газов и поставляют удобрения.
• Биогенное вещество. Это вещество образовано при непосредственном участии древних живых организмов или продуктов их жизнедеятельности. Например, большая часть известняка сформировалась из останков морских организмов, каменный уголь — из торфа (продукта гниения болотных растений). Одним из самых важных в современном мире биогенных веществ является нефть. По распространенной теории, она формировалась в течение сотен миллионов лет под большим давлением. Материалом служили осевшие на дно океана останки древних растений и животных.

Ученые, изучавшие биосферу

Первым определение биосферы предложил австрийский геолог Эдуард Зюсс в 1875 году. Этим понятием он определил совокупность мест на поверхности, в которых обитает или потенциально может обитать жизнь. Однако в широкое научное употребление этот термин вошел лишь спустя полвека — после того, как его расширил Владимир Вернадский, бывший близким другом Зюсса. Вернадский отвел важную роль самим живым организмам, отметив, что их деятельность напрямую влияет на формирование биосферы. Исследователь был убежден, что азот, кислород и углекислый газ появились в атмосфере в результате биологических процессов. Именно российский ученый заложил основы экологии — науки о биосфере.

Значительный вклад в развитие экологии сделал английский ботаник Артур Тенсли. В 1935 году он определил понятие экосистемы, описав процесс обмена веществом между организмами и окружающей средой. Научные труды Тенсли были оценены на государственном уровне, так как дали механизмы для управления природными ресурсами. Под его руководством были организованы многочисленные заповедники и организации по защите природы от негативного влияния человека.

Интересные факты о биосфере

• По оценкам ученых, на Земле существует 10³⁰ живых клеток. Это колоссальное число, так как оно превышает количество звезд в наблюдаемой Вселенной.
• Примерно 99% массы всего живого составляют растения. Таким образом, на животных, грибы и микроорганизмы приходится всего лишь 1% биомассы.
• В разные годы исследователи создавали искусственные биосферы — замкнутые экосистемы, которые позволяли оценить возможность поддержания жизни за пределами Земли. В СССР было реализовано 3 проекта БИОС, где растения служили источником пищи и кислорода для участников. Эксперименты проводились на Земле, но их участников называли «членами экипажа», так как были воссозданы условия дальнего полета.

• Верхний предел температуры, при котором может существовать известная микробная жизнь, находится на отметке 122 °C. Именно при такой температуре выживает бактерия Метанопирус, найденная на стенках глубоких гидротермальных источников — «черных курильщиков».
• В биосфере происходит постоянный круговорот углерода. Атомы этого элемента передаются по пищевым цепочкам и оказываются в атмосфере посредством дыхания. Умершие организмы служат пищей для редуцентов — грибов и бактерий, которые выделяют углекислый газ и тем самым питают растения.

***

Биосфера имеет важнейшее значение, так как она поддерживает жизнь на Земле в течение миллиардов лет. Разные части биосферы способствуют балансу и стабильности экосистем. Взаимодействие живой и неживой природы определяет возможность для круговорота веществ, регулирует климатические изменения, защищает планету от солнечной радиации и ультрафиолета. Осознавая важность биосферы, человечество должно стремиться к рациональному использованию природных ресурсов, поддержанию разнообразия живых организмов и бережному отношению к окружающей среде.

Изображение на обложке: Freepik