4.1.2. Функции биосферы в развитии Земли

В развитии природы Земли одной из важнейших функций биосферы являетсяпревращение космических излученийв электрическую, химическую, механическую, тепловую и другиевидыэнергии.

Важной функцией биосферы является такжебиогенная миграция, илибиогенныйобмен веществаи энергии в природе. Эта функция проявляется очень широко:

• в синтезе и разрушении органического вещества;

• в жизнедеятельности всех живых организмов, включая человека;

• во взаимодействии всех элементов в системекаждогобиогеоценозаи т.д.

Наиболее существеннагеохимическаяработа зелёных растений: их масса составляет более 99% всего живого вещества планеты, только они способны создавать органическоевещество и, ассимилируя химические элементы из горных пород, перерабатывать последниев новое природное тело — почвы.

Позднее, после завершения МеждународнойБиологическойПрограммы,эта оценка была значительно уточнена. Коэффициент оборачиваемости веществафитомассы(отношение годичной продукциифитомассык общему запасу фитомассы) в океане составляет около 300, а на суше — лишь 0,07. В итоге скорость ежегодного воспроизводства фитомассы в океане примерно в 4300 раз больше, чем на суше. При этом, общая сухаяфитомасса в океанеприблизительно в 12000 раз меньшеобщей фитомассы суши (на суше около 2400 млрд. т и в океане около 0,2 млрд. т). Такой парадокс, как известно, обусловлен преобладаниемв фитопланктоне океана быстро (ежедневно) размножающихсяодноклеточныхводорослей.

В.И.Вернадский[1928] различает несколько основных формбиогенноймиграции. В их числе:

• миграция, непосредственно связанная с веществом живого организма, — некий ток атомов, идущий из внешней среды в организм и из организма во внешнюю среду;

• миграция, связанная с интенсивностью биогенного тока атомов (чем быстрееток, темскорее оборачиваются атомы при одном и том же количестве захваченных организмом атомов);

• миграция, производимая техникой жизни организмов (постройки землеройныхживотных, термитов,бобров и т.д.).

Особо следует отметить, что антропогеннуюмиграцию вещества В.И.Вернадский считал составной частью третьей из выделенных форм биогенной миграции.

Биосфераспособствуетподдержанию динамических равновесийв природе Земли и в круговороте вещества и энергии. «Живое вещество в значительной мере определяет устойчивость природных систем, их равновесие»[Рябчиков, 1980, с.7].

Например, промышленность мира ежегодно выбрасывает в атмосферу около 300 млн.т окисиуглерода,причём наибольшее загрязнение воздуха угарным газом в приземном слое наблюдается между 40 и 50с.ш.,где расположены наиболее индустриально развитые страны. Хотяантропогенноепоступление в атмосферу угарного газа в 20 раз превышает природное поступление, соответствующего повышения содержания СО в воздухе не происходит благодаря существующим процессам поддержания динамического равновесия:

• в приземном слое атмосферы — анаэробными бактериями, некоторыми микроорганизмами и адсорбцией земной поверхностью;

• в почве — обильной микрофлорой(Achromobacter guttatum, Vibrio persolans, Hydrogemonas facilisи другие вобщемвесе до 9 кг/га), которая живёт за счётокисленияСО, и чем вышеконцентрация СО, тем обильнееразвивается эта микрофлора;

• в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения окись углерода окисляется доСО₂.

Нижевсего концентрация СО у озонового слоя (озон — активный окислитель).

В.И.Вернадский [1965] и А.М. Алпатьев[1974] выделяютгазовую функцию биосферы.Биогенноепроисхождениев атмосфере имеют кислород,азот, углекислый газ,сероводород и некоторые другиегазы.

Тесно связана с нейокислительно-восстановительная функция.

Окислительнаяфункция проявляется в превращениибактериями и некоторыми грибами относительнобедныхкислородом соединений впочве,коревыветриванияигидросфере в более богатые кислородом соединения.

Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенныйсероводород, производимый различными бактериями.

Функцияконцентрации рассеянныхв сферах Земли элементов. Живыми организмами захватываются такие элементы, как водород, углерод, азот, кислород, натрий, магний, алюминий, фосфор, сера, хлор, калий, кремний, кальций и железо, соединения которых содержатся в теле всех живых организмов.

Некоторые организмы особенно сильно концентрируют рассеянные в сферах Земли элементы. Например:

• в морской воде содержаниейода ничтожно (0,06гв 1м³морской воды), однако некоторыеморские водоросли, особенноламинарии(«морская капуста»),накапливают в своём организме столько йода, что зола ламинарий является сырьём для добычи йода, а консервированная или сушёная морская капуста рекомендуется в пищу человеку в техрайонах, где воды бедны йодом;

• лангуст (большой морской рак с твёрдым панцирем и безклешней)накапливает в своём организмекобальт;

• медузы концентрируют цинк, олово и свинец;

• в пигменте кровиасцидий(морских, обычно сидяче прикреплённых животных с телом без внутренних твёрдых частей) концентрация ванадия в миллиарды раз превышает его содержаниев морской воде, поэтому в Японии нашельфахсозданы «плантации» асцидий, которые используются для получения ванадия.

В последнеевремя чрезвычайную важность приобретаетспособность биосферы к самоочищению и к очищению окружающей среды.

Эта способность зависит от величины ультрафиолетовой радиации, стимулирующей различные фотохимические реакции, и от суммы активныхтемпературвоздуха и почв. На территории СНГ эти показатели изменяются с севера на юг соответственно от 100 до 800Вт  час/м²и от 200 до 5500.Под действием этих факторов скорость разложения загрязняющих органических веществ изменяется, вероятно, подобно скорости разложенияопада,показателем которой являетсяопадно-подстилочныйкоэффициент (отношение массы накопившейся лесной подстилки или степного войлока к массе ежегодного надземного опада). В пределах СНГ этот коэффициент уменьшается от 75–90 в тундре до 0,7–0,3 во влажныхсубтропическихлесах и пустынях.

В очищении окружающей среды большую роль играет почвенная фауна:

• ногохвосткии клещи, несколько изменяя химический состав пестицидов, делают ихбезвреднымидля животных и человека;

• дождевыечерви, землеройки и кроты,перемешиваяпочву, способствуют закапыванию выпадающих из воздуха на её поверхность ядовитых веществ — свинца, меди, никеля, кадмия и других тяжёлых металлов;

• почвенная фауна быстро уничтожает патогенную микрофлору и яйца глистов.

Установлено, что природное очищение морской воды связано с деятельностью обитающих в воде гетеротрофных микроорганизмов (питающихся готовыми органическими веществами — большинствобактерийи др.), отличающихсяшироким спектромбиохимической активности при разложении белковых соединений, углеводов, минеральных соединений азота и т.д. Интересно, что наибольшей активностью отличаются микроорганизмы в самыхзагрязнённыхучастках моря.Большую роль в очищении морской воды играют также мидии — широко распространённые моллюски с овально-клиновидной двустворчатой раковиной до 15 см длиной. Крупная мидия может пропускать через себя до 70 л воды в сутки, очищая её от механических примесей и некоторых органических соединений. Подсчитано, что только в северо-западнойчастиЧёрного моря мидии профильтровывают более 100км³морской воды в сутки. К тому жемидии весьма плодовиты — самка моллюска за периодикрометанияпроизводит миллионы икринок.

Примечательно,что расширениевозможностей очищающей функции биосферыидётпо пути возникновения новых трофических цепей организмов, которыеначалипоедать некоторые неприродные, создаваемые человеком соединения:

• ряд микроорганизмов (Pseudomonas dacunaeи др.) используют неприродные соединения (синтетическиелактамы— соединенияаминокарбоновыхкислот и аминокислоты) в своейжизнедеятельностикак единственный источник азота иуглерода;это позволяет очищатьсточныеводы при производстве пластмасс,шинного корда и технических тканей даже при концентрации загрязнителей 1 г/л;

• замечен повышенный интерес крезинеи пластикам автомашин у завезённых в ФРГ и размножившихся там енотов, которые разрушают автопокрышки, обрывают шланги радиаторов и т.д.

Приведённые примеры самоочищения биосферы и других сфер от загрязнения, к сожалению, носят частный характер и никоим образом не покрывают масштабы и разнообразие современного загрязнения природной среды.Иначе говоря, развитиеочищающейспособности биосферы всё болееотстаёт от возрастающей скоростиантропогенногозагрязнения среды,котороеуже достигло угрожающих размеров и продолжает увеличиваться. Биосфера явно не успевает адаптироваться к нарастающему воздействию человека.

Обзор основных функций биосферыубедительно показывает, насколько сложными и разнообразными путями живое вещество взаимодействует с неорганическим веществом всех сфер Земли. Становится очевидной громадная роль биосферы в эволюции планеты в целом и человека в том числе. Отсюда вытекает неотложная необходимость глубокого познания всех функций биосферы и построениявсей деятельности человека таким образом, чтобы он не разрушал природные системы биосферы и не нарушал протекающие в ней природные процессы.