Підручник Екологія
3.4. біосфера
Простір, що займає сучасну біосферу, охоплює приземний шар атмосфери, поверхневі горизонти земної кори континентів та гідросферу Землі. Верхня межа основного шару біосфери розташована на висоті кількох десятків метрів над поверхнею рослинного покриву на суші чи над океаном; нижня по горизонту ґрунтових вод або максимального проникнення коренів рослин і тварин, що риють. В океані вона обмежена шаром проникнення сонячного проміння, достатнім для здійснення фотосинтезу (не більше 100 м) або глибиною збереження біологічної активності в донних опадів. За цими межами залишається нікчемна частина живих організмів, але знаходяться величезні маси продуктів їх життєдіяльності і в атмосфері (гази, пари води), і в гідросфері (розчинена та зважена органіка).
У таблиці 3.2 зіставлені деякі кількісні показники біосфери та інших геосфер Землі. Маса живої речовини біосфери порівняно мала. Якщо її розподілити по всій поверхні планети, то вийде шар всього в 1,5 см. Ця «плівка життя» (вираз В.І.Вернадського), складаючи менше 10”6 маси інших оболонок Землі, має незрівнянно велику різноманітність, і оновлює свій склад у мільйон разів швидше.
Біота біосфери обумовлює переважну частину хімічних перетворень планети. Звідси судження В.І.Вернадського про величезну перетворюючу геологічну роль живої речовини. Протягом органічної еволюції живі організми тисячоразово (для різних кругообігів від 103 до 105) пропустили через себе, через свої органи, тканини, клітини, кров усю атмосферу, весь обсяг Світового океану, більшу частину маси ґрунтів, величезну масу мінеральних речовин. І не тільки«пропустили», але й відповідно до своїх потреб видозмінили все земне середовище.
Порівняння біосфери з іншими геосферами Землі
Різноманітність складу, V*
Час обороту складу, років
Літосфера (кора вивітрювання)
*Індекс різноманітності за Шенноном
** Жива речовина в розрахунку на суху вагу
Біомаса, продуктивність та основні функції біосфери.
Судячи з оцінок біомаси та продуктивності біомів (табл. 3.1), сумарна біомаса біосфери (з розрахунку на суху речовину) становить близько 2 трлн т, щорічна продукція біомаси в 10 разів менша. Жива речовина біосфери на 99,5% представлена біомасою наземних рослин. Сумарна продуктивність біоти біосфери охарактеризована у табл. 3.3. Загальна кількість енергії, що перетворюється біотою біосфери за рік, перевищує 1022 Дж. Завдяки здатності трансформувати сонячну енергію в енергію хімічних зв'язків рослини та інші організми виконують низку фундаментальних біогеохімічних функцій планетарного масштабу.
Газова функція. Живі істоти постійно обмінюються киснем та вуглекислим газом із навколишнім середовищем у процесах фотосинтезу та дихання. Рослини відіграли вирішальну роль у зміні відновного середовища на окислювальну в геохімічній еволюції планети та у формуванні газового складу сучасної атмосфери. Вони строго контролюють концентрації О2 та СО2, оптимальні для всієї сучасної біоти.
Концентраційна функція. Пропускаючи через своє тіло великі обсяги повітря та природних розчинів, живі організми здійснюють біогенну міграцію та концентрування хімічних елементів та їх сполук. Це стосується не тільки біосинтезу органіки, але й таких явищ, як будівництво раковин і скелетів, утворення коралових островів, товщ осадових.вапняків, родовищ сірки, деяких металевих руд, скупчень залізомарганцевих конкрецій на дні океану тощо. Ранні етапи біологічної еволюції проходили у водному середовищі. Організми навчилися вилучати з розбавленого водного розчину необхідні їм речовини, багаторазово збільшуючи їх концентрацію у своєму тілі.
Кількісна характеристика біомаси та продуктивності сучасної біосфери
Показник біомаси та продукції
Біомаса живої речовини біосфери
Суха речовина біомаси біосфери
Органічне речовина біомаси біосфери
Річна продукція живої речовини (брутто)
Суха речовина продукції
Органічна речовина продукції
Річне споживання та виділення СО2
Річний обмін метаболічної води
Річне споживання та виділення кисню
Річний приплив нетто-енергії фотосинтезу (Дж • 1018)
Окисно-відновна функція живої речовини тісно пов'язана з біогенною міграцією елементів та концентруванням речовин. Багато речовин у природі стійкі і не піддаються окисленню за звичайних умов, наприклад, молекулярний азот одне із найважливіших біогенних елементів. Але живі клітини мають настільки ефективні каталізатори ферменти, що здатні здійснювати багато окислювально-відновних реакцій у мільйони разів швидше, ніж це може відбуватися в абіогенному середовищі.
Інформаційна функція живої речовини біосфери. Саме з появою перших примітивних живих істот на планеті з'явилася й активна (жива) інформація, що відрізняється від тієї мертвої інформації, яка є простим відображенням структури. Організми виявилися здатними до отримання інформації шляхом з'єднання потоку енергії з активною молекулярною структурою,грає роль програми. Здатність сприймати, зберігати і переробляти молекулярну інформацію здійснила випереджальну еволюцію в природі і стала найважливішим екологічним системотворчим
фактором. Сумарний запас генетичної інформації біоти біосфери оцінюється у 1015 біт. А загальна потужність потоку молекулярної інформації, пов'язаної з обміном речовин та енергії у всіх клітинах глобальної біоти, досягає 1036 біт/с (Горшков та ін., 1996).
Перелічені функції живої речовини біосфери звернені переважно до зовнішніх чинників існування. Всі разом вони складають потужну функцію середовищ. Робота рослин зумовила сучасний склад атмосфери. Від складу атмосфери залежить радіаційний і тепловий режим на планеті, спектральний склад сонячного світла, що досягає поверхні Землі. Рослинний покрив істотно визначає водний баланс, розподіл вологи та кліматичні особливості великих просторів. Живі організми відіграють провідну роль самоочищенні повітря, річок і озер, від них багато в чому залежить сольовий склад природних вод і розподіл хімічних речовин між сушею і океаном. Завдяки рослинам, тваринам та мікроорганізмам створюється ґрунт та підтримується його родючість. Нарешті, біота головне багатство планети і навколишнього середовища обдарувала людину їжею, одягом, безліччю інших речей. Слід чітко уявляти, що навколишнє середовище це не фіксована фізична даність, а живе дихання природи, кожну мить відтворюване роботою безлічі живих істот.
p align="justify"> Середоутворююча функція біосфери пов'язана з середовищерегулюючим функцією біотичної регуляцією навколишнього середовища. Нижче, при розгляді параметрів біотичного кругообігу буде показано, що біота в глобальному масштабі здатна з великою точністю та довгечас підтримувати на постійному рівні важливі параметри довкілля, незважаючи на виняткову складність та динамічність регульованої системи. Таким чином, біота біосфери формує та контролює стан навколишнього середовища.