Характеристика биосферы: основы, функции и структура

Все мы являемся частью живой оболочки - биосферы. Это уникальная экосистема не только нашей планеты, но и галактики в целом. Конечно, последние исследования подтвердили, что органика была обнаружена и на Марсе, и на различных астероидах, но такое разнообразие жизненных форм присуще только Земле. Если вы готовы немного расширить свой кругозор и выйти за рамки школьной программы, самое время подробнее поговорить о характеристике биосферы, ее структуре и основных функциях.

Понятие биосферы и ее сущность

Биосфера - это условная оболочка Земли, которую заселяют живые организмы. Почему условная? Дело в том, что другие оболочки планеты (земная, водная и воздушная) обрамляют планету непрерывным слоем. Сначала идет земная и океаническая кора (литосфера), затем гидросфера (она объединяет все водные объекты), после - атмосфера (воздушная оболочка, плавно переходящая в космическое пространство). Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя, ведь живые организмы равномерно распределены по всей поверхности Земли и могут обитать во всех трех стихиях.

Сущностные характеристики биосферы уходят в самую древность, но все же это самая "молодая" оболочка нашей планеты. Жизнь на Земле зародилась относительно недавно, всего 3,8 миллиардов лет назад, что, по сравнению с возрастом планеты, сущий пустяк. Существует два понятия биосферы:

• Первое определяет оболочку как совокупность всей органики на планете. Именно оно послужило основой термина, который используется по сей день.
• Второе понятие было предложено В. И. Вернадским, он считал, что биосфера - это неразрывное единство и взаимодействие живой и неживой природы, в широком смысле этих определений.

Тем не менее, основные характеристики биосферы обусловлены именно ее органической составляющей. Ведь это ее принципиальное отличие от других оболочек Земли.

Учение о биосфере и происхождение термина

Концепция живой оболочки была предложена в 19 веке. Жан Батист Ламарк дал краткую характеристику биосфере, в то время как официального названия еще даже не существовало. В 1875 году австрийский палеонтолог и геолог Эдуард Зюсс впервые предложил термин "биосфера", который используется по сей день.

Огромный вклад в изучение всего живого на Земле внес советский философ и биогеохимик В. И. Вернадский, он прославился благодаря созданию целостного учения о биосфере. В его трудах живые организмы выступают как мощнейшая сила, которая непрерывно участвует в преобразовании планеты Земля.

Границы обитания живых организмов

Общая характеристика биосферы начинается с описания границ, в пределах которых могут обитать живые организмы. Некоторые из них довольно живучие, и могут выдержать даже самые критические условия.

Границы биосферы:

• Верхняя граница. Определяется атмосферой, а конкретно озоновым слоем Земли, это примерно 15-20 километров. Чем ближе к экватору, тем мощнее защитный экран планеты. Выше озонового слоя жизнь попросту невозможна, ведь ультрафиолетовое излучение несовместимо с жизнедеятельностью клеток организмов. К тому же, с высотой существенно сокращается количество кислорода, а это также губительно для живых существ.
• Нижняя граница. Определяется литосферой, максимально возможная глубина не превышает 3,5 - 7,5 километров. Все зависит от критического повышения температуры, при которой происходит денатурация белковых структур. Однако большая часть живых организмов сосредоточена на глубине всего нескольких метров, это - корневая система растений, грибки, микроорганизмы, насекомые и животные, обитающие в норах.
• Границы в гидросфере. Живые организмы могут существовать в абсолютно любых частях океана: от поверхности воды (планктон, водоросли) до дна глубоководных желобов. К примеру, ученые доказали, что жизнь существует даже в Марианской впадине на глубине 11 километров.

Структура живой оболочки

К основным характеристикам биосферы можно отнести ее структуру. Вернадский выделял несколько типов веществ, которые слагают живую оболочку. Причем они могли иметь как органическое, так и неорганическое происхождение:

1. Живое вещество. Сюда можно отнести все, что имеет клеточную структуру. Однако масса живого вещества в структуре биосферы невелика и составляет буквально одну миллионную часть всей оболочки. Характеристика живого вещества биосферы сводится к тому, что это самая важная часть нашей планеты. Ведь именно живые организмы постоянно воздействуют на облик Земли, меняя структуру ее поверхности.
2. Биогенное вещество. Это структуры, которые создаются и перерабатываются живыми организмами. Удивительно, но на протяжении миллионов лет, живые существа пропустили через системы своих органов практически весь мировой океан, огромный объем атмосферных газов и большую массу минеральных веществ. В результате этих процессов образуются полезные ископаемые органического происхождения, такие как нефть, карбонатные породы и уголь.
3. Косное вещество. Это продукты неживой природы, которые образовались без непосредственного участия живых организмов. Сюда можно отнести горные породы, минералы и неорганическую часть почвы.
4. Биокосное вещество. Мы помним о том, что живые организмы постоянно воздействуют планету. В результате этого образуются вещества, которые являются продуктами распада и разрушения косных структур. К этой группе можно отнести почву, кору выветривания и осадочные породы органического происхождения.
5. Также в структуру биосферы можно включить вещества, которые находятся в состоянии радиоактивного распада.
6. Отдельную группу составляют атомы, которые непрерывно создаются в процессе ионизации под влиянием космического излучения.
7. С недавних пор в структуру биосферы были включены вещества, имеющие внеземное (космическое) происхождение.

Живое вещество в составе других оболочек Земли

Если подробно останавливаться на характеристике и составе биосферы, то нельзя не рассмотреть особенности жизнедеятельности живых организмов в других оболочках планеты:

• Аэросфера. Живые организмы не могут находиться в атмосферных слоях во взвешенном состоянии, субстратом для жизни аэробионтов служат микроскопические водяные капли, а солнечная активность и аэрозоли выступают в роли источника неиссякаемой энергии. Организмы, обитающие в атмосфере, делятся на три группы. Тропобионты - ведут активную жизнедеятельность в пространстве от верхушек деревьев до кучевых облаков. Альтобионты - организмы, которые способны выжить в условиях разреженного воздуха. Парабионты - случайно попадают в самые высокие слои атмосферы. На такой высоте они теряют способность к размножению, а их жизненный цикл существенно сокращается.

• Геобиосфера. Субстратом и средой обитания для геобионтов служит земная кора. Эта оболочка также включает в себя несколько уровней, на которых обитают специфические формы жизни. Террабионты - организмы которые обитают непосредственно на поверхности суши. В свою очередь, террабиосфера делится еще на несколько оболочек: фитосфера (зона от макушек деревьев до поверхности земли) и ипедосфера (почвенный слой и кора выветривания). Эоловая зона - высокогорные области, к которых невозможна жизнь даже высших растений. Типичными представителями этой зоны являются эолобионты. Литобиосфера - глубинные слои земной коры. Эта зона делится на гипотеррабиосферу (место, где могут обитать аэробные (нуждающиеся в кислороде) формы жизни) и теллуробиосфера (здесь возможно выживание лишь анаэробных (не нуждающихся в кислороде) организмов). Кроме того, в литобиосфере можно встретить литобионтов, которые обитают в подземных водах и порах горных пород.

• Гидробиосфера. Эта область охватывает все водные объекты (кроме подземных вод и влаги атмосферы) нашей планеты, включая ледники. Жители морей и океанов именуются гидробионтами, которые в свою очередь делятся на: Аквабионты - обитатели континентальных вод. Маринобионты - живые организмы морей и океанов. В толще воды выделяется три уровня жизни, в зависимости от количества солнечных лучей, которые проникают внутрь: Фотосфера - самая освещенная зона. Дисфотосфера - всегда сумеречная область океана (не более 1% инсоляции). Афотосфера - зона абсолютной темноты.

От тундры до тропических лесов. Классификация биомов планеты

Характеристика биосферы неразрывно связана с понятием биом. Под этим термином понимаются крупные биологические системы, которые имеют некий преобладающий тип растительности или специфические особенности ландшафта. Всего их девять. Ниже представлена краткая характеристика основных биомов биосферы:

• Тундра. Обширное безлесное пространство, которое занимает северные части Евразии и Северной Америки. Растительность этой зоны не богата, в основном это лишайники, сезонные травы и мхи. Животный мир более разнообразен, особенно в теплые месяцы года, когда начинается сезон миграции многих видов птиц и и животных.
• Тайга. Основной вид растительности этой области - хвойные леса. Биом занимает около 11 % территории всей суши. Несмотря на суровые погодные условия, в тайге чрезвычайно разнообразный растительный и животный мир.

• Листопадные леса. Располагаются в умеренной зоне. Сезонность климата и достаточное количество влаги позволили развиться определенному типу растительности этого биома. В основном это широколиственные породы деревьев. Кроме того, эти леса являются домом для множества млекопитающих, птиц и грибов, не говоря о насекомых и микроорганизмах.
• Степи. Этот биом представлен азиатскими степями и классическими прериями Северной Америки. Чаще всего это безлесные открытые пространства, так как сказывается существенный дефицит влаги. Но животный мир все так же разнообразен.
• Средиземноморская зона. Территория вокруг одноименного моря отличается жарким и довольно засушливым летом и весьма комфортной прохладной зимой. Типичная растительность представлена жестколистными лесами, колючими кустарниками и травами.
• Пустыни. К сожалению, более 30 % суши занимают области совсем не благоприятные для обитания живых организмов. Пустынные зоны встречаются по всей Африке и Австралии, в Южной Америке, а также на Юге, Юго-Западе и в Центре Евразии. Растительность и животный мир этих регионов довольно скудные.
• Саванны. Этот биом представляет собой открытые пространства, которые полностью покрыты травой и единичными деревьями. Несмотря на то, что это довольно бедные почвы, животный мир этой зоны поражает своим разнообразием. Саванны характерны для Африки, Южной Америки и Австралии.
• Колючее (тропическое) редколесье. Эту зону отличают причудливые формы колючих кустарников и многовековые деревья - баобабы. Из-за неравномерного распределения осадков, растительность этого биома довольно редкая. Тропическое редколесье можно встретить на Юго-Западе Азии и в Африке.

• Тропические леса. Это самая влажная зона нашей Планеты. Растительность этого биома поражает своей масштабностью и разнообразием. Широколиственные дождевые леса располагаются в бассейнах крупных полноводных рек, таких как Амазонка, Ориноко, Нигер, Замбези, Конго. А также покрывают территории полуостровов и архипелагов Юго-Восточной Азии.

Основные функции живой оболочки в природе

Самое время рассмотреть основные функции биосферы и их характеристику:

• Энергетическая. Эту функцию осуществляют растения, которые участвуют в процессе фотосинтеза. Аккумулируя солнечную энергию, они либо распределяют ее между другими компонентами живой оболочки, либо накапливают в отмерших органических частицах. Так появляются горючие полезные ископаемые (уголь, торф, нефть).
• Газовая. Живые организмы участвуют в непрекращающемся газовом обмене.
• Концентрационная. Некоторые формы жизни имеют способность выборочно накапливать биогенные элементы из внешней среды. В последующем они могут служить источником этих веществ.
• Деструктивная. Живые организмы постоянно воздействуют на окружающую среду, разлагая и перерабатывая ее поверхность. Именно так формируется косное и биокосное вещество.
• Средообразующая. Биосфера сохраняет баланс благоприятных и неблагоприятных условий среды, которые необходимы для полноценной жизнедеятельности организмов.

Свойства биосферы

Так как живая оболочка представляет собой очень сложную систему, то характеристика биосферы не может обойтись без основных свойств, которые определяют ее специфику:

1. Централизованность. Все процессы в живой оболочке сосредоточены вокруг живых организмов, они занимают центральное место в учении о биосфере.
2. Открытость. Биосфера может существовать только за счет поступления энергии извне, в данном случае это солнечная активность.
3. Саморегулируемость. Биосфера представляет собой "целостный организм", который, подобно живому существу, обладает способностью к гомеостазу.
4. Разнообразие. На земле обитает огромное количество животных, растений, микроорганизмов и грибов.
5. Обеспечение круговорота веществ. Именно за счет живых организмов осуществляется фотосинтез и круговорот веществ. В характеристике биосферы эти два процесса занимают одно из главных мест.

Эволюция и история развития живой оболочки Земли

Если дать характеристику биосферы с точки зрения эволюции, то можно сказать о том, что это единственная оболочка, которая непрерывно развивается и совершенствуется. Все дело в живом веществе, именно оно постоянно эволюционирует. Неорганическая часть живой оболочки не имеет способности к развитию. Если говорить о характеристике биосферы в будущем, то здесь все немного сложнее. Оболочка становится все более нестабильной, и очень сложно предугадать дальнейшее развитие событий.

Искусственная биосфера

Человек не может существовать вне живой оболочки, очень трудно воспроизвести все то, что она способна нам дать. Характеристики биосферы настолько уникальны, что человечество до сих пор не может в полной мере воссоздать ее условия в искусственной среде. Однако наука не стоит на месте и, возможно, в будущем ученые добьются определенных успехов в этом направлении.