Биосфера как единая экосистема Земли

Биосфера Земли имеет сложную структуру и состав. Структурно она подразделяется на три геологические сферы: атмосферу (воздушную), гидросферу (водную) и литосферу (твердую оболочку – верхнюю часть земной коры). Живое вещество – четвертая компонента биосферы – объединяет три оболочки, «цементируя» и превращая их в единую систему – биосферу – живую оболочку Земли.

В состав биосферы входят различные вещества:
Живое вещество – все ныне живущие организмы;
Косное вещество – магматические, осадочные, метаморфизированные горные породы – вещества неживой природы;
Биогенное вещество – уголь, нефть, сланцы, торф, известняки – в основе образования которого лежит бывшее живое вещество (живые организмы прошлых эпох);

Биокосное вещество – почвы – продукт длительного взаимодействия живого вещества с косным веществом и факторами неживой природы;
Космическое вещество – оседающая на поверхность Земли космическая пыль (до 10 тонн ежегодно);
Радиоактивное вещество.

Основные функции живого вещества:
Энергетическая: все наземные организмы – дети «Солнца», но только зеленые растения способны поглощать световую энергию Солнца и трансформировать ее в энергию химических связей простых сахаров (глюкоза, фруктоза), передавая ее затем по пищевой цепи другим организмам, выстраивая цепочку: растение → травоядное животное → хищное животное → организмы-разрушители мертвой органики (грибы, микроорганизмы).

С энергетической функцией тесно связана газовая функция живого вещества – зеленые растения в результате фотосинтеза образуют кислород, обогащая им атмосферу и гидросферу. Все живые организмы в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а в процессе гниения после отмирания – разнообразные газы: аммиак, метан, сероводород и другие.

Концентрационная функция: живые организмы в процессе жизни накапливают в своих телах различные элементы.
В теле млекопитающих и человека в настоящее время найдено около 80 элементов таблицы
Д.И. Менделеева. В первую очередь это углерод, кислород и водород, которые входят в состав всех молекул, строящих живые организмы, кальций (у всех скелетных организмов), кремний (особенно у диатомовых водорослей), железо (у всех организмов), марганец, фософор, сера и некоторые другие макроэлементы (их концентрация в организме не менее 10-2 % от массы тела).

Остальные элементы, такие как цинк, медь, кобальт, йод, бром и многие другие не превышают уровень 10-3 – 10-12 %. Это микроэлементы, их называют «элементами жизни», так как даже в небольших, следовых, исчезающе малых количествах они играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности организмов. Они входят в состав не только белков, жиров, углеводов, но и являются важнейшими компонентами витаминов, ферментов, гормонов, пигментов, играют важнейшую роль в процессах роста, размножения, обмена веществ, возбуждения и торможения, и при их отсутствии или недостатке организмы погибают.

Известны явления специфического концентрирования микроэлементов, так растения табака концентрируют кадмий, диатомовые – кремний, асцидии – ванадий и т. д. В исследованиях на морских водорослях было показано, что некоторые виды концентрируют сразу несколько элементов.

Деструктивная функция. В биосфере существуют организмы, которых называют «санитарами Земли». Это деструкторы – организмы, разлагающие мертвую органику и освобождающие поверхность Земли от трупов животных и растений, которые, не будь редуцентов, покрывали бы ее многометровым слоем. Это грибы и бактерии. Роль их, также как и растений, планетарная – одни создают органику, другие ее разрушают, доводя до простых веществ (вода, аммиак, метан, сероводород, углекислый газ) и элементов, которые вовлекаются вновь в круговороты, поглощаясь корнями растений.

Транспортная или биохимическая функция выражается в размножении, росте и перемещении живых организмов по поверхности планеты на малые и большие расстояния, благодаря чему живое вещество как бы растекается по Земле, занимая новые территории, заполняя живой массой все уголки планеты. Миграции животных и птиц, передвижение их в почвах и водной толще, с одного континента на другой, стаи перелетных птиц, тучи саранчи – это все примеры транспортной функции живого вещества. При этом надо учитывать постоянное возрастание биомассы в процессе размножения и роста организмов – биохимическая функция.

Важнейшая функция живого вещества на Земле – биогеохимическая.
Только благодаря живым организмам осуществляются круговороты всех химических элементов и веществ, находящихся в биосфере. Так, например, полное обновление кислорода планеты происходит за 5200 – 5800 лет. Вся его масса усваивается животными за 2 тыс. лет, а вся углекислота за 300 – 400 лет.

Таким образом, за время существования биосферы все газы атмосферы, вся вода океанов, все вещества литосферы многократно, хотя и с разной скоростью, прошли через живые организмы и поступили вновь в биосферу в обновленном очищенном виде. Именно поэтому В.И. Вернадский назвал живое вещество «мощной геологической силой».
В.И. Вернадский

Биомасса организмов Земли

Известно более 2 млн. видов растений, животных, грибов, бактерий, которых разделяют на 5 царств живой природы. Биомасса живых организмов Земли равна 2420 – 2250 млрд. тонн (в сухом весе).

эта огромная масса ничтожно мала по сравнению с массой геологических оболочек. Если массу живого вещества условно принять за 1, то масса оболочек биосферы относительно массы живого вещества будет выражаться очень большими величинами.

Соотношение масс в биосфере

И вся огромная масса вещества оболочек проходит через единичку, то есть через живое вещество, в результате постоянно протекающих на Земле процессов круговорота веществ и элементов.

Распределение живых организмов в биосфере
Живые организмы распределяются на поверхности планеты строго определенным образом, в соответствии со своими требованиями к условиям обитания, и, прежде всего, к климату и другим физическим факторам среды.

Основные среды жизни на Земле следующие:
Водная;
Наземно-воздушная;
Почвы как среда обитания;
Живые организмы как среда обитания