Определение и структура на биосферата - Степановских А
2.1. Определение и структура на биосферата
Космическият кораб Земя е уникален сред планетите от Слънчевата система. В тънък слой, където въздух, вода и земя се срещат и взаимодействат, живеят удивителни обекти – живи същества, сред които сме и ние. Според съвременните концепциибиосферата е вид обвивка на Земята, съдържаща съвкупността от живи организми и онази част от веществото на планетата, която е в непрекъснат обмен с тези организми.
Според физическите природни условия биосферата може да бъде разделена на три среди: атмосфера, хидросфера и литосфера (фиг. 2.1).
Ориз. 2.1. Общо устройство на Земята.
Основните компоненти на геосферата на Земята са представени в таблица 2.1.
Границите на биосферата се определят предимно отобластта на съществуване на живот(V.I. Vernadsky, 1926). Цялата съвкупност от организми на планетата Вернадски наричажива материя,разглеждайки общата маса, химичния състав и енергията като нейни основни характеристики.
Инертната материя,според Вернадски, е съвкупността от онези вещества в биосферата, в образуването на които живите организми не участват.
Основни компоненти на геосферата на Земята
Средната стойност за океана е 3,8.
Максимум 11 022 (според други източници - 11 034)
Средно - около 17, континенти - средно 35 (до
70), под океаните - 5-7
на височина 750 км - 10 -16
Биогенното веществосе създава и обработва от живота, съвкупности от живи организми. Това е източник на изключително мощна потенциална енергия (въглища, битум, варовик, нефт). След образуването на биогенна материя, живите организми в нея са неактивни.
Биосферата като място на модернотоместообитанията на организмите, заедно със самите организми, могат да бъдат разделени на три подсфери (фиг. 2.2):аеробиосферата,обитавана от аеробионти, чийто субстрат е въздушната влага;хидробиосфера —глобалният воден свят (водната обвивка на Земята без подземни води), обитаван от хидробионти;геобиосфера —горната част на земната кора (литосфера), обитавана от геобионти.
Хидробиосфератасе разделя на света на континенталните, предимно пресни води -аквабиосфера(с водни организми) и областта на моретата и океаните -маринобиосфера(с маринобионти).
Ориз. 2.2. Обща структура на биосферата
Геобиосфератасе състои от: зона на живот на земната повърхност -терабиосфера(с терабионти), която е подразделена нафитосфера(от повърхността на земята до върховете на дърветата) ипедосфера(почви и подпочвени слоеве, често включващи цялата кора на изветряне) с педобионти;възли на биосферата -живот в дълбините на Земята (с литобионти, живеещи в порите на скалите). Литобиосферата е разделена на два слоя:хипотерабиосфера —слой, където могат да живеят аероби (или субтерабиосфера) иТелуробиосфера —слой, където могат да живеят анаероби (или дълбока биосфера). Животът в дебелината на литосферата съществува главно в подземните води.
Подобни слоеве съществуват и в хидробиосферата, но те са свързани главно с интензитета на светлината. Има три слоя:фотосфера -относително ярко осветена,дисфотосфера -винаги много здрач (до 1% слънчева инсолация),афтосфера -абсолютна тъмнина, където фотосинтезата е невъзможна.
Ограничаващият фактор за развитието на живота ваеробиосфератае наличието на водни капчици и положителни температури, както и твърди аерозоли, издигащи се от повърхносттаЗемята. От върховете на дърветата до височината на най-честото местоположение на купести облаци се простиратропобиосферата(с тропобионти). Космосът е по-тънък слой от атмосферната тропосфера. Над тропобиосферата лежи слой от изключително рядка микробиота -алтобиосфера(с алтобионти). Над него се простира пространство, където животът прониква само от време на време и рядко, където организмите не се размножават -парабиосфера.
На голяма надморска височина в планините, където животът на висшите растения и организмите производители като цяло вече не е възможен, но където ветровете носят органична материя от по-ниските вертикални пояси и където при отрицателни температури на въздуха все още има достатъчно топлина от пряка слънчева изолация за съществуването на живот, се намира високопланинската част на терабиосферата -еолийска зона.Това е царството на членестоногите и някои микроорганизми - еол. obionts. Животът в океаните достига дъното им. Под него, в базалтите, едва ли е възможно. В дълбините на литосферата има две теоретични нива на разпространение на живота - изотермата от 100 ° C, под която при нормално атмосферно налягане водата кипи и протеините се коагулират, и изотермата от 460 ° C, където при всяко налягане водата се превръща в пара, т.е. не може да бъде в течно състояние. Животът в дълбините на Земята всъщност не отива по-далеч от 3-4 км, максимум 6-7 км, и само случайно в неактивни форми може да проникне по-дълбоко - вхипобиосферата(„суббиосферата“ е аналог на парабиосферата в атмосферата). Трябва да се отбележи, че тук, където лежат биогенни скали, образно казано, следи от някогашни сфери,се намира метабиосфератаМетабиосферата, започвайки от повърхността на Земята, се простира далеч в дълбините на литосферата, загубвайки се там, където процесите на метаморфоза на скалите изтриват признаците на живот.
Между горната граница на хипобиосферата и долнатаот парабиосферата лежи самата биосфера -зубиосфераНейният най-наситен с живот слой се наричабиофилмили, според В. И. Вернадски (1926),„филм на живота".
Над парабиосферата еапобиосферата,или "над-биосферата", където биогенните вещества са относително изобилни (горната й граница е трудна за разпознаване). Под метабиосферата еабиосфера(„небиосфера“).
Целият слой на настоящото или миналото въздействие на живота върху природата на Земята се наричамегабиосфера,и заедно сартебиосфера(пространството на човешката експанзия в околоземното пространство) -панбиосфера.
По този начин „полето на съществуване на живот“, особено активно, според най-новите данни, е ограничено във вертикалната граница до височина от около 6 км над морското равнище, до която в атмосферата остават положителни температури и растенията, носещи хлорофил, могат да живеят (6,2 км в Хималаите). По-нагоре, веоловата зона,живеят само бръмбари, пролетни опашки и някои акари, които се хранят със зърна от растителен прашец, растителни спори, микроорганизми и други органични частици, пренасяни от вятъра и т.н. Живите организми стигат още по-високо само случайно (микроорганизмите могат да спасят живота под формата на спори). Долната граница на съществуването на активен живот традиционно се ограничава от дъното на океана и изотермата 100°Св литосферата, разположени съответно на около 11 km и, според свръхдълбоките сондажи на Колския полуостров, на около 6 km. Всъщност животът в литосферата е разпространен на дълбочина 3–4 km. По този начин вертикалната дебелина на биосферата в океанския регион на Земята достига повече от 17 km, в сухоземния регион - 12 km.Парабиосфератае още по-асиметрична, тъй като горната й граница се определя от озоновия екран. По-значителни колебания в дебелината на мегабиосферата, покриващаседиментни скали, но не потъва на континентите по-дълбоко от марките на най-големите дълбочини на океана, т.е. 11 km (тук температурата достига 200 ° C) и не се издига над най-високите плътности на озоновия екран (22-24 km), следователно максималната му дебелина е 33-35 km.
Теоретично границите на биосферата са по-широки, тъй като организми при температури до 250 ° C са открити в хидротермите на океанското дъно (те бяха наречени "черни пушачи" поради тъмния цвят на изригващите води) на дълбочина от около 3 km (фиг. 2.3).
Ориз. 2.3. "Черен пушач", височината му е около 120 м (за сравнение е показан силуетът на "Адмиралтейството" в Санкт Петербург)
При налягане от около 300 атмосфери водата не кипи тук (границите на живота са ограничени от точките на превръщане на водата в пара и сгъване на протеини). Прегрята течна вода е открита в литосферата до дълбочина от 10,5 км. По-дълбоко от 25 км, според оценките, трябва да има критична температура от 460 ° C, при която при каквото и да е налягане водата се превръща в пара и животът е фундаментално невъзможен.