РОЗДІЛ 3. ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ. ЛЮДИНА І БІОСФЕРА

 

§36.БІОСФЕРА ТА її МЕЖІ

 

Які оболонки оточують планету Земля? Розвиток Землі, як й інших планет Сонячної системи, має свою тривалу геологічну історію. За цей час сформувалися її зовнішні оболонки: тверда (літосфера), рідка (гідросфера) і газоподібна (атмосфера) (мал. 149).

Літосфера (від грец. літос - камінь і сфера - куля) - зовнішня тверда оболонка планети завтовшки 50-200 км. Вона складається з поверхневого шару осадочних порід (крейда, вапняк, кремнезем тощо), сформованого за участі живих істот, а також граніту (середній шар) і базальту (нижній шар).

Сукупність усіх водойм (океанів, морів, річок тощо) утворює водну оболонку Землі - гідросферу, яка займає майже 71% поверхні планети. Ця оболонка може бути завтовшки понад 11 км.

Газову оболонку, розташовану над поверхнею літосфери і гідросфери, називають атмосферою (від грец. атмос - пара). її нижню частину заввишки до 15-18 км (у помірних широтах - до 8-12 км) називають тропосферою (від грец. тропос - зміна). Тут міститься зважена в повітрі водяна пара. Внаслідок нерівномірного нагрівання поверхні Землі вона формує хмари, здатні пересуватись на значні відстані. Температура тропосфери, особливо її нижніх шарів, непостійна.

Над тропосферою розташована стратосфера (від лат. стратус - шар) заввишки 80 км. Біля верхньої межі цього шару виникає північне сяйво (свічення газів, спричинене потоком електрично заряджених частинок, які випромінює Сонце). В атмосфері на висотах між 7-8 км (над полюсами), 17— 18 км (над екватором) і 50 км сформувався особливий озоновий екран (від грец. озон — пахучий). До його складу входить озон (О3), який утворився під дією сонячної радіації з кисню (О2). Озоновий екран має виняткове значення для існування наземних біогеоценозів і біосфери в цілому, оскільки відбиває короткохвильове ультрафіолетове сонячне випромінювання, яке згубно діє на живу матерію.

 

Мал. 149. Оболонки планети Земля:

1 - літосфера; 2 - гідросфера;

3  - тропосфера; 4 - озоновий екран;

5  - стратосфера; 6 - північне сяйво

Мал. 150. Межі

біосфери (м):

1 - базальт; 2 - граніт;

3  - осадочні породи; 4 - океан;

5  - припливно- відпливна зона; 6-8 - тропічні, широколисті та хвойні ліси; 9 - альпійські луки;

10 - гірська тундра; 11 - крига

Що таке біосфера? Поняття «біосфера» (від грец. біос - життя) запропонував 1875 року австрійський учений Едуард Зюсс. Вчення про біосферу створив видатний український учений В.І. Вернадський. На його думку, біосфера не є окремою єдиною оболонкою Землі, це лише частина її геологічних оболонок, населених живими організмами. Живі організми поширені у верхніх шарах літосфери, нижніх атмосфери і по всій глибині гідросфери. У глиб літосфери живі організми можуть проникати на відносно незначні відстані (наприклад, на глибині 2-4 км переважно в нафтоносних пластах можуть мешкати лише деякі групи бактерій). Проникнення живих істот у глиб літосфери обмежене високою температурою (понад +100° С) гірських порід і підземних вод на глибинах 1,5-15 км. Поширення організмів в атмосфері (переважно спор і цист мікроорганізмів) обмежене озоновим екраном, оскільки вище нього майже все живе гине під дією космічного випромінювання.

Тож найбільшу концентрацію живих організмів спостерігають там, де умови їхнього існування найсприятливіші: на межі окремих геологічних оболонок Землі: літосфери і атмосфери, атмосфери і гідросфери, літосфери і гідросфери.

Отже, біосфера - це сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдина глобальна екосистема вищого порядку (мал. 150).

В.І. Вернадський заклав основи нової науки – біогеохімії -       вчення про геохімічну діяльність живих організмів. Біогеохімія вивчає роль живих організмів у перетворенні зовнішніх оболонок нашої планети: руйнуванні гірських порід, процесах ґрунтоутворення, формуванні осадочних порід, колообігу, перерозподілі та концентрації хімічних елементів у біосфері.

Що таке ноосфера? Ще в першій половині XX століття В.І. Вернадський передбачав, що біосфера поступово розвиватиметься у ноосферу*. Спочатку він розглядав ноосферу як особливу оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов висновку, що ноосфера (від грец. ноос - розум) - це новий стан біосфери, за якого визначальним фактором стає розумова діяльність людини. За В.І. Вернадським, під впливом наукової думки і людської праці біосфера поступово переходить у свій новий стан - ноосферу. Людство все більше відрізняється від інших компонентів біосфери як нова надпотужна геологічна сила. Завдяки науковій думці, втіленій у технічних досягненнях, людина опановує ті частини біосфери, куди раніше не проникала.

*Цей термін запропонували 1927 року французькі філософи Едуард Леруа та П’єр Тейар де Шарден.

Ноосфері як якісно новому етапу в розвитку біосфери властивий тісний зв’язок законів природи і факторів, які визначають розвиток людського суспільства. Цей зв’язок опирається на науково обґрунтоване раціональне використання природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність колообігу речовин і потоків енергії в окремих біогеоценозах і біосфері загалом. Характерною особливістю розвитку ноосфери є екологізація всіх сфер життя людини. Тому до розв’язання будь-яких проблем людина має підходити з позицій екологічного мислення.

Отже, ноосфера - це якісно нова форма організації біосфери, яка формується внаслідок її взаємодії із людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи і людини.

Що таке жива речовина біосфери? Сукупність усіх організмів нашої планети В.І. Вернадський назвав живою речовиною. Основними її характеристиками є сумарна біомаса, хімічний склад і енергія. Енергія живої речовини насамперед проявляється в здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на нашій планеті відрізняється значною стійкістю до змін інтенсивності дії різних екологічних факторів. Так, у стані анабіозу організми здатні витримувати значні коливання температури (від абсолютного нуля до +100° С й вище), тиску (від сотих часток атмосфери до 1 000 атмосфер і більше на великих океанічних глибинах). Фактично живі організми відсутні лише в товщі льодовиків і в кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін з довкіллям, під час якого через організми проходять різні хімічні елементи. Для здійснення процесів життєдіяльності живим істотам необхідні певні речовини і енергія, які вони дістають з довкілля, значно його змінюючи. Внаслідок постійного обміну речовин з навколишнім середовищем різні хімічні елементи надходять у живі організми, можуть у них накопичуватись і виходити у довкілля лише через деякий час або лише після їхньої загибелі.

 

Володимир Іванович Вернадський

(1863-1945)

Ви також пам’ятаєте, що зелені рослини виконують у біосфері космічну роль, вловлюючи енергію сонячного світла і перетворюючи її в енергію хімічних зв’язків, синтезованих ними органічних сполук. Сумарна первинна продукція автотрофних організмів у кінцевому підсумку визначає і біомасу біосфери в цілому.

Учені підрахували, що завдяки фотосинтезу продуценти щорічно створюють приблизно 160 млрд т сухої органічної речовини, з якої 1/3припадає на екосистеми Світового океану, а 2/3 - суходолу.

Як вам уже відомо, енергія далі разом з їжею надходить від рослин до рослиноїдних організмів, від них - до хижаків і т.д. Таким чином постійний колообіг речовин і потоки енергії забезпечують функціонування біосфери як єдиної цілісної екосистеми.

Які біохімічні функції живої речовини? Жива речовина біосфери виконує різноманітні функції, пов’язані з процесами обміну речовин у живих організмах: газову, окиснювально-відновну, концентраційну.

Газова функція живої речовини полягає в тому, що живі істоти в процесі своєї життєдіяльності впливають на газовий склад атмосфери, Світового океану і ґрунту. Аеробні організми в процесі дихання поглинають із довкілля кисень і виділяють туди вуглекислий газ. Рослини і ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Деякі організми (наприклад, певні групи бактерій) можуть впливати на концентрацію в довкіллі й інших газів (метану, сірководню, азоту тощо).

Окиснювально-відновна функція живої речовини полягає в тому, що за допомогою живих організмів у атмосферному повітрі, воді та ґрунті окиснюються чи відновлюються певні хімічні сполуки. Наприклад, залізобактерії здатні окиснювати сполуки заліза, денітрифікуючі - відновлювати нітрати і нітрити до молекулярного азоту чи його оксидів.

Концентраційна функція полягає у поглинанні живими істотами з довкілля і накопиченні у своєму організмі певних хімічних елементів. Так, молюски.

форамініфери, десятиногі раки, хребетні тварини накопичують у своїх організмах сполуки кальцію; радіолярії і діатомові водорості - сполуки силіцію тощо.