Структура, компоненты и состав биосферы

Биосфера – сложная по составу, строению и организованности оболочка. В.И. Вернадский выделил следующие компоненты биосферы:

- живые организмы (живое вещество);

- биогенные компоненты (геологические породы, созданные деятельностью живого вещества: уголь, нефть, известняки и др.);

- костное вещество (в его образовании живое не учавствует: геологические породы вулканического и сейсмического происхождения);

- биокостное вещество (создаётся с помощью живых организмов: океанические воды, почва) вещества;

- вещества космического происхождения (метеоритное вещество).

Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер, которые существовали столько же, сколько существует Земля. Фундаментальным отличием живого вещества от косного является эволюционный процесс, непрерывно создающий новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара.

Таким образом, биосфера, по В.И.Вернадскому, - это одна из геологических оболочек земного шара, глобальная экосистема Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов - живого вещества.

Биосфера включает в себя все живые организмы, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли и обитающие в гидросфере (на глубине до 8-10 км), атмосфере (на высоте до 85 км, наибольшее скопление – до 10-15 км), и литосфере (от десятков метров до глубины, где температура не превышает 100 ⁰С – в молодых складчатых областях – 1,5-2 км, на кристаллических щитах – до 7-8 км, в среднем – до 3–3,5 км). Распределение организмов в биосфере приведено на рис. 3.1.

Верхняя граница биосферы, по Вернадскому, является лучистой (лимитируется прямым ультрафиолетовым излучением), а нижняя – термическая (лимитируется температурой). Таким образом, общая толщина оболочки биосферы составляет несколько десятков километров. Структура биосферы и её окружения приведена на рис. 3.2.

Приблизительная масса биосферы составляет 3*10²⁴ г, а объём – 10*10²⁴ см³, в том числе литосферы – 0,6*10²⁴ см³, гидросферы – 1,4*10²⁴ см³ и тропосферы – 8*10²⁴ см³ (приблизительная масса тропосферы – 0,004*10²⁴ г, гидросферы – 1,4*10²⁴ г, а литосферы толщиной 3 км на суше и под дном океана 0,5 км – масса 1,6*10²⁴ г). Приблизительная масса биосферы составляет 0,05% массы Земли, объём – 0,4 % объёма Земли. Масса живого вещества едва достигает (3…5)*10^-8 % массы Земли и близко (0,7-1,0)*10^-8 % массы биосферы.

Живое вещество, в том числе и человечество, изменяет историю всех химических элементов, выступает как глубокий и мощный геологический процесс. В течение сравнительно незначительного в историческом отношении времени через живые организмы может пройти всё вещество биосферы. Так весь кислород планеты – продукт фотосинтеза, обновляется каждые 2000 лет, а все молекулы углекислоты – через каждые 300-600 лет. В.И. Вернадский выделил 5 функций живого вещества: газовая (порождение газов), концентрационная (накопление химических элементов в своих телах), окислительно-восстановительная (регулирование кислотного режима), биохимическая (размножение и перемещение в пространстве); биогеохимическая деятельность человечества (использование человеком химических элементов для своих нужд).

1 – озоновый слой; 2 – граница снегов; 3 – почва; 4 – животные, обитающие в пещерах; 5 – бактерии

Рисунок 3.1 – Распределение организмов в биосфере (слева шкала – в метрах)

Рисунок 3.2 – Структура биосферы