Характеристика і склад біосфери

У буквальному перекладі термін "біосфера" означає сферу життя і в такому значенні він вперше був введений у науку в 1875 р. австрійським геологом і палеонтологом Едуардом Зюссом (1831 -1914). Однак задовго до цього під іншими назвами, зокрема "простір життя", "картина природи", і т.п., його зміст розглядався багатьма іншими натуралістами.

Спочатку під всіма цими термінами малися на увазі тільки сукупність живих організмів, що живуть на нашій планеті, хоча іноді і вказувався їхній зв'язок з географічними, геологічними і космічними процесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живої природи від сил і речовин неорганічної природи. Навіть автор самого терміна "біосфера" З.Зюсс у своїй книзі "Лик Землі", опублікованої майже через тридцять років після введення терміну (1909 р.), не зауважував зворотного впливу біосфери і визначав її як "сукупність організмів, обмежену в просторі і в часі й існуючу на поверхні Землі".

Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живих організмів в

утворенні земної кори, був Ж. Ламарк (1744 -1829). Він підкреслював, що всі

речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі й утворюючи його кору,

сформувалися завдяки діяльності живих організмів.

Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку з

розвитком ботаніки, ґрунтознавства, географії рослин і інших переважно

біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знання, що стали

необхідними для розуміння біосфери в цілому, виявилися зв'язаними з

виникненням екології, науки, що вивчає взаємини організмів і навколишнього

середовища. Біосфера є визначеною природною системою, а її існування в першу чергу виражається в круговороті енергії і речовин при участі живих організмів.

Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологом Пфефером (1845 -1920) трьох способів харчування живих організмів:

* автотрофне - побудова організму за рахунок використання речовин неорганічної природи;

* гетеротрофне - будівля організму за рахунок використання низькомолекулярних органічних сполук;

* миксотрофне - змішаний тип побудови організму (автотрофно- гетеротрофний).

Біосфера (у сучасному розумінні) - своєрідна оболонка Землі, що містить

усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.

Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину

літосфери.

Атмосфера - найбільш легка оболонка Землі, що граничить з космічним

простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом.

Атмосфера має кілька шарів:

* тропосфера - нижній шар, що примикає до поверхні Землі (висота 9-17 км). У

ньому зосереджено близько 80% газового складу атмосфери і уся водяна пара;

* стратосфера;

* ноосфера - там "жива речовина" відсутня.

Переважні елементи хімічного складу атмосфери:

N2 (78%), 02 (21%), С02 (0,03%).

Гідросфера - водяна оболонка Землі. Внаслідок високої рухливості вода

проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр/л розчинних речовин.

Переважні елементи хімічного складу гідросфери: Nа+, Мg2+, Са2+, СІ-, S, С.

Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про те,

наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів, що живуть у ній. У цьому відношенні ведуча роль належить N, Р, Sі, що засвоюються живими

організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони

характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану.

Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і

магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар

твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі Мохоровичича.

Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії в

мінеральної (неорганічної), являє собою грунт. Залишки організмів після

розкладання переходять у гумус (родючу частину грунту). Складовими частинами грунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази. Переважні елементи хімічного складу літосфери: О, Sі, Аl, Fе, Са, Мg, Nа, К.

Ведучу роль виконує кисень, на частку якого приходиться половина маси

земної кори і 92% її обсягу, однак кисень міцно зв'язаний з іншими елементами в головних породоутворюючих мінералах. (тобто у кількісному відношенні) Земна кора - це "царство" кисню, хімічно зв'язаного в ході геологічного розвитку земної кори.

Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою і неживою природою,

про зворотний вплив живих організмів і їхніх систем на навколишні їх фізичні,

хімічні і геологічні фактори усе наполегливіше проникала у свідомість вчених і

знаходила реалізацію в їхніх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли і зміни,

що відбулися в загальному підході натуралістів до вивчення природи. Вони усе

більше переконувалися в тім, що відособлене дослідження явищ і процесів

природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тому на рубежі XIX - XX вв. у науку усе ширше проникають ідеї холистичного, чи цілісного, підходу до вивчення природи, що у наш час сформувалися в системний метод її вивчення.

Результати такого підходу негайно позначилися при дослідженні загальних

проблем впливу біотичних, чи живих, факторів на абіотичні, чи фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і усі вони свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою і неживою природою, у результаті якої жива речовина значною мірою змінює лик нашої Землі. Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з однієї сторони залежить, а з іншого боку - сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає задача - конкретно досліджувати, яким чином і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні і геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне і глибоке представлення про концепцію біосфери. Таку задачу саме і

поставив перед собою видатний російський учений Володимир Іванович

Вернадський (1863 -1945).