2.3. Структура біосфери. Жива речовина

Перші уявлення про біосферу як «зону життя» дав відомий французький природознавець Ж.Б. Ламарк, а термін «біосфера» ввів у науку австрійський геолог Е. Зюсс (1875 р.). Проте цілісне вчення про біосферу створив В.

Біосфера (грец. біос — життя, сфера — оболонка) — оболонка Землі, в якій існує життя.

Біосфера — це цілісний комплекс усіх екосистем планети, відкрита термодинамічна система, яка зовні отримує енергію і речовини для синтезу органічних сполук і виділяє у природне середовище відходи, що забезпечує її стійкість.

Біосфера охоплює три геологічні сфери:

– нижну частину атмосфери (від поверхні Землі до озонової оболонки, близько 25—30 км);

– всю гідросферу (до найбільшої глибини — Маріанської улоговини у Тихому океані — 11 030 м)

– верхню частину літосфери, де вода перебуває в рідкому стані (до глибини приблизно 5 км)

Межі біосфери визначаються межами поширення й активної роботи живої речовини. Верхня межа біосфери в атмосфері, на думку одних учених, проходить на висоті вершин Гімалаїв (10 км над рівнем моря), на думку інших, — досягає нижніх шарів стратосфери (30 км), де ще трапляються в досить великій кількості спори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активно вегетують. Іноді верхньою межею біосфери вважають озоновий шар (25—30 км над поверхнею планети), вище від якого живе зазвичай гине під дією космічних випромінювань.

Межа біосфери в літосфері також чітко не окреслена. Починаючи з глибин 0,5—2 м від земної поверхні кількість живої речовини зменшується в логарифмічній послідовності. На глибинах понад 10 м породи, як правило, вже стерильні. Та навіть у товщі стерильної породи іноді трапляються острівці життя. Найбільші глибини, де знайдено живу речовину, — 2—3 км. У нафтових родовищах на цих глибинах виявлено свою, «нафтову», мікрофлору. Нафта залягає також і на значно більших глибинах — до 5—7 км.

Межі біосфери в гідросфері окреслені чітко: біосфера охоплює всю гідросферу, в тому числі найбільші океанічні западини до 11 км, де існує значна кількість глибоководних видів.

Сукупність усіх живих організмів на планеті В.Вернадський назвав "живою речовиною".

За В.Вернадським речовина біосфери складається з:

– живої речовини – сукупності усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів;

– біогенної речовини – продукту життєдіяльності організмів (торф, крейда, горні сланці, апатит);

– косної речовини – речовини неживої природи (гірські породи, мінерали);

– біокосної речовини – продукту взаємодії живої речовини і неживої матерії (ґрунт, мул, природні води);

– радіоактивної речовини – радіонуклідів ⁴⁰К, ²³⁵ІІ, ²³²Тh та продукти їх розпаду, які зумовлюють існування радіогенної теплоти;

– космічної речовини – (космічного пилу та метеоритів).

Типи речовин біосфери наведено в табл. 1.

Таблиця 1 Маса головних резервуарів біосфери

Планету населяє приблизно 500 тис. видів рослин і 1,5 млн видів тварин.

Видовий склад і біомаса живої речовини наведені в табл. 2.

Таблиця 2.

Жива речовина Землі

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць – организмів (індивідумів), які своєю чергою групуються в – види.

Кожен організм має свою програму розвитку і діяльності, записану у вигляді певної сукпності генів – генотип. Ця програма реалізується в характерних, притаманних лише даному організмові зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці.

Сукупність усіх ознак та властивостей, що визначаються генотипом, називається фенотипом.

За рахунок фенотипу організм оптимальною мірою пристосовується до зовнішнього середовища, перебуває з ним у найбільш гармонійних відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча і не ідентичні генотипи і фенотипи.

Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд.

Втрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності і порушує гармонію в взаємовідносинах живої і неживої речовини.

Функції живої речовини в біосфері:

Газова функція здійснюється зеленими рослинами у процесі фотосинтезу – при цьому атмосфера поповнюється киснем, а також рослинами і тваринами, які виділяють вуглекислий газ у процесі дихання. Відбувається також колообіг азоту, який тісно пов'язаний з життєдіяльністю мікроорганізмів.

Концентраційна функція проявляється у здатності живих організмів акумулювати різноманітні хімічні елементи, у тому числі мікроелементи, із зовнішнього середовища (грунт, вода, атмосфера). Так, морські водорості концентрують йод, діатомові водорості і злаки - кремній, молюски та ракоподібні - мідь тощо.

Окислювально-відновна функція виражається у хімічних перетвореннях речовин у процесі життєдіяльності організмів У ґрунті, водному та повітряному середовищах утворюються солі, оксиди, різноманітні нові речовини як результат окислювально-відновних реакцій. З діяльністю мікроорганізмів пов'язане формування залізних та марганцевих руд, вапняків.

Геохімічна функція здійснюється у процесі обміну речовин у живих організмах (живлення, дихання, виділення), розкладу відмерлих організмів і продуктів їх життєдіяльності до простих вихідних речовин.

Функції живої речовини у біосфері наведено на рис. 4.

Рис. 4. Функції живої речовини у біосфері

Жива речовина значно прискорила й змінила колообіги різних речовин – води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо.

Жива речовина активно регулює геохімічну міграцію атомів, завдяки чому зберігається стабільність біосфери і здійснюється еволюція як живих організмів, так і всієї біосфери в цілому.

Цей особливий вид стану рівноваги, що постійно змінюється, В.І Вернадський називав динамічною рівновагою.

Динамічна рівновага характерна не лише для біосфери, в такому стані знаходяться атмосфера, земна кора та мантія.

У результаті діяльності біосфери на земній кулі сформувався озоновий екран, який перехоплює більшу частину жорсткого космічного випромінювання та створює сприятливі умови життя на поверхні планети.

Основні властивості живої речовини:

– високоорганізована внутрішня структура;

– здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансформувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;

– здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього, якщо ці коливання сумісні з життям;

– здатність до самовідтворення шляхом розмноження.