Биосфера как оболочка Земли¶

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их деятельностью; совокупность всех экосистем планеты, включающая живые организмы, продукты их жизнедеятельности и участки неживой природы, вовлечённые в биологический круговорот веществ. Термин введён австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году, а целостное учение о биосфере разработал российский учёный Владимир Вернадский в 1920-х годах.

¶Общая характеристика

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Её границы определяются условиями, пригодными для существования живых организмов: наличием жидкой воды, подходящими температурами и защитой от жёсткого космического излучения.

Общая масса живого вещества оценивается примерно в 2,4·10¹² тонн, что ничтожно мало по сравнению с массой Земли, однако именно живые организмы формируют газовый состав атмосферы, почвы, осадочные породы и круговороты ключевых элементов.

¶Состав и компоненты

По Вернадскому, биосфера включает несколько типов вещества:

• живое вещество — совокупность всех живых организмов;
• биогенное — созданное и переработанное организмами (уголь, нефть, известняки);
• косное — неживое, не связанное с деятельностью жизни (магматические породы);
• биокосное — результат совместной работы живого и неживого (почва, природные воды);
• радиоактивное, рассеянное и космическое вещество.

Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно: наибольшая концентрация приурочена к поверхности суши и верхним слоям океана, где достаточно света и тепла.

¶Функции живого вещества

Вернадский и его последователи выделяют несколько ключевых биогеохимических функций:

1. Газовая — выделение и поглощение газов (кислород, углекислый газ, азот).
2. Окислительно-восстановительная — химические превращения элементов.
3. Концентрационная — накопление атомов определённых элементов в организмах.
4. Деструктивная — разложение органики и возврат веществ в среду.
5. Средообразующая — преобразование физико-химических условий среды.
6. Транспортная — перенос вещества и энергии.

¶Круговороты веществ

Устойчивость биосферы обеспечивается замкнутыми круговоротами. Круговорот углерода связывает фотосинтез, дыхание, разложение и горение; круговорот азота включает фиксацию атмосферного азота бактериями, нитрификацию и денитрификацию; круговорот воды перераспределяет влагу между океаном, атмосферой и сушей. Нарушение этих циклов ведёт к накоплению отходов и изменению климата.

¶История развития

Возраст биосферы сопоставим с возрастом древнейших следов жизни — около 3,5–3,8 млрд лет. Ключевые этапы:

• возникновение жизни — появление первых прокариот;
• кислородная революция (около 2,4 млрд лет назад) — накопление кислорода благодаря цианобактериям;
• появление эукариот и многоклеточных;
• выход жизни на сушу (около 400 млн лет назад);
• формирование современной биосферы в кайнозое.

¶Ноосфера

Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу — состояние, при котором разумная деятельность человека становится определяющим фактором развития планеты. Концепция предполагает, что человечество должно осознанно управлять биогеохимическими процессами, не разрушая среду.

¶Антропогенное воздействие

Хозяйственная деятельность человека существенно изменила биосферу: вырубка лесов, промышленные выбросы, загрязнение вод, утрата биоразнообразия, изменение климата. Ряд исследователей считает, что воздействие достигло масштаба, сопоставимого с геологическими процессами, что отражено в дискуссии о «антропоцене» — предлагаемой новой геологической эпохе.

¶Значение и охрана

Биосфера — среда обитания человечества и источник всех возобновляемых ресурсов. Её сохранение обеспечивается системой охраняемых природных территорий, международными соглашениями (например, Конвенцией о биологическом разнообразии) и мониторингом состояния экосистем. Изучение биосферы ведётся на стыке экологии, геохимии, биологии и наук о Земле.