Структура биосферы

Биосфера включает в свой состав как витасферу (совокупность живых организмов), так и суммарные результаты деятельности ранее существовавших организмов: атмосферу, гидросферу, литосферу.

Область, в которой регулярно встречаются живые организмы, называется эубиосфера (собственно биосфера). Общая толщина эубиосферы ≈ 12-17 км.

По отношению к эубиосфере выделяют следующие слои биосферы:

– апобиосфера – лежит над парабиосферой – живые организмы не встречаются;

– парабиосфера – лежит над эубиосферой – организмы попадают случайно;

– эубиосфера – собственно биосфера, где организмы встречаются регулярно;

– метабиосфера – лежит под эубиосферой – организмы попадают случайно;

– абиосфера – лежит под метабиосферой – живые организмы не встречаются.

Аэробиосфера – включает нижнюю часть атмосферы. В состав аэробиосферы входят:

а) тропобиосфера – до высоты 6...7 км;

б) альтобиосфера – до нижней границы озонового экрана (20...25 км).

Озоновый экран – это слой атмосферы с повышенным содержанием озона. Озоновый экран поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое губительно действует на все живые организмы. В последние десятилетия в приполярных областях наблюдаются «озоновые дыры» – области с пониженным содержанием озона.

Гидробиосфера – включает всю гидросферу. Нижняя граница гидробиосферы ≈ 6...7 км, в отдельных случаях – до 11 км.К гидробиосфере относятся:

а) аквабиосфера – реки, озера и другие пресные воды;

б) маринобиосфера – моря и океаны.

Террабиосфера – поверхность суши. К террабиосфере относятся:

а) фитосфера – зона обитания наземных растений;

б) педосфера – тонкий слой почвы.

Литобиосфера. Нижняя граница литобиосферы ≈ 2...3 км (реже – до 5...6 км) на суше и ≈ 1...2 км ниже дна океана. Живые организмы в составе литобиосферы встречаются редко, однако осадочные породы в составе биосферы возникли под влиянием жизнедеятельности организмов.

Стабильность и развитие (эволюция) биосферы. Закон необходимого разнообразия У.Р.Эшби. Закон глобального круговорота веществ. Малый (биологический) и большой (биосферный) круговорот веществ. Закон однонаправленного потока энергии. Учение В.И. Вернадского о ноосфере. Глобальные экологические проблемы.

Закон необходимости разнообразия (закон Эшби ):при создании проблеморазрешающей системы необходимо , чтобы эта система имела большее разнообразие , чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать такое разнообразие . Иначе говоря, система должна обладать возможностью изменять своё состояние в ответ на возможное возмущение; разнообразие возмущений требует соответствующего ему разнообразия возможных состояний. В противном случае такая система не сможет отвечать задачам управления, выдвигаемым внешней средой, и будет малоэффективной. Отсутствие или недостаточность разнообразия могут свидетельствовать о нарушении целостности подсистем, составляющих данную систему.

Закон глобального круговорота веществ.

Круговорот веществ - многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли.

Большой (биосферный, геологический) круговорот веществ - круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Эти процессы происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. Эти процессы протекают под влиянием внешней энергии Солнца. Эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые - к их сглаживанию. Магматические горные породы в результате выветривания преобразуются в осадочные. В подвижных зонах земной коры они погружаются вглубь Земли. Там под влиянием высоких температур и давлений они переплавляются и образуют магму, которая, поднимаясь на поверхность и застывая, образует магматические породы.

Малый круговорот(часть большого, биологический, биотический) - поступление веществ из почвы и атмосферы в живые организмы с соответствующим изменением их химической формы, возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности организмов и с посмертными остатками и повторное поступление в живые организмы после процессов деструкции и минерализации с помощью микроорганизмов, происходит на уровне экосистемы. Биогеохимический круговорот химических элементов - циклические процессы перемещения и трансформации химических элементов в пределах биосферы, происходящие между ее (био)хорологическими подразделениями: биогеоценозами, ландшафтами и т.п.

Глобальный биогеохимический круговорот вещества на планете представляет собой систему сложно переплетенных циклов отдельных элементов, связанных друг с другом по аналогии с деталями часового механизма.

Вместе с тем отличительная черта биологических круговоротов – их неполная замкнутость. Запасы биогенных веществ, мало доступные для живых организмов и медленно вовлекающиеся поэтому в биологический круговорот, составляют так называемый резервный фонд того или иного химического элемента в биосфере (например, кальция в карбонатных породах). Другая часть, интенсивно циркулирующая между телами организмов и окружающей средой, называется подвижным, или обменным, фондом. Соотношения между резервным и обменным фондами в биосфере у всех биогенных элементов различны.

Основными преобладающими по объему газами атмосферы, концентрация которых практически не изменяется, являются – азот и кислород.

Средняя глобальная температура у поверхности земли в настоящее время составляет - + 14,7 ⁰ С.

Соответствие между этапами эволюции биосферы и их началом – химическая - 4,5 млрд лет, биологическая – 3,5 млрд. лет, антропогенез – около 3 млн.лет.

Соответствие между этапами эволюции биосферы и основными событиями, которые в это время происходили - химическая - синтез простейших органических соединений, биологическая – возникновение прокариотических организмов, антропогенез – возникновение рода австралопитеков.

Закон физико-химического единства живого вещества– живое вещество физико-химически едино. Следствия:

Принцип функционирования биосферы – получение ресурсов и переработка отходов происходят в процессе круговорота всех элементов.

Закон необратимости эволюции – организмы, популяции, вид не может вернуться к прежнему состоянию, которое было уже осуществлено в ряду его предков, так как гибель (исчезновение) особи (вида) означает исчезновение навсегда уникального генотипа (геофонда).

Закон незаменимости биосферы: биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях; нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Закон биогенной миграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества – биогенная миграция.

Закон единства «организм-среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.

Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о «круговороте энергии» нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.