Лекция 4. Биосфера и её составные элементы

Биосфера представляет собой сложную наружную оболочку Земли, населённую живыми организмами и активно преобразуемая ими. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. Биосфера – не просто одна из оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. Основное отличие биосферы состоит в том, что она – организованная оболочка. Биосфера – не только геологическая, но и космическая сила. Быть живым – значит быть организованным, отмечал В.И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли. В.И. Вернадский разделял вещество биосферы на следующие составляющие:

▪ Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически единая, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,410¹² – 3,6·10¹² т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·10¹⁸ т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

▪ Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

▪ Косное вещество – продукты, образующиеся без участия живых организмов.

▪ Биокосное вещество – вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

▪ Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

▪ Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

▪ Вещество космического происхождения.

Характерные особенности атмосферы

Атмосфера – это газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен веществом земли и космоса. Земля получает космическую пыль и метеоритные материалы, теряет самые лёгкие газы – водород и гелий. Атмосфера делится на тропосферу, стратосферу, ионосферу и экзосферу. Нижняя часть атмосферы – гомосфера. Верхняя часть – гетеросфера.

Основная часть воздуха содержится в нижних слоях атмосферы, имеющих сложный характер по высоте. Нижний слой наиболее плотный. Он определяет погоду и содержит около 80 % воздуха. Главными составными частями воздуха является – азот (78,08 %), кислород (20,95 %), аргон (0,93 %), диоксид углерода (0,03 %) а остальные элементы находятся в весьма малых количествах: например, водород 0,310^-5 %. Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, простирается до высоты 18 км. В тропосфере содержится большое количество водяных паров, которые при нагревании приводятся в движение, и под действием их конденсации образуются облака. Тропосфера – это зона, в которой обитают живые организмы и человек. Стратосфера – это более высокий слой, находится на высоте 50 – 55 км. У верхней границы стратосферы температура резко понижается. В стратосфере происходит образование из ледяных кристаллов серебристых облаков. Ионосфера – находится на высоте 800 км. Температура этого слоя более тысячи градусов. Состоит из ионов, которые образуются под действием ультрафиолетового излучения (чем обусловлено такое явление, как «северное сияние). Эту зону разделяют на мезосферу и термосферу. Экзосфера – располагается до высоты 2000 – 3000 км состоит из газов, скорость движения которых 11 км/с. В состав экзосферы входят атомы водорода и гелия.

Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон (О₃). Для его образования необходимы свободные атомы кислорода, которые возникают при разложении молекулы кислорода О₂ под воздействием ультрафиолетового излучения.

В результате фотохимических процессов изменяется состав атмосферы планет. Особенно это касается атмосферы Земли, поскольку она представляет собой, наряду с азотом и инертными газами, неравновесную смесь кислорода и окисляемых соединений, таких, как водород Н₂, метан СН₄, сероводород Н₂S. Неравновесность отчасти поддерживается биологическими процессами, но основным фактором является солнечная радиация, инициирующая различные фотохимические реакции. На больших высотах более коротковолновое излучение вызывает фотоионизацию, в результате которой в атмосферу попадают и ионы. Наличие в атмосфере слоя ионизированного газа позволяет осуществлять дальнюю радиосвязь. Некоторые вещества, попадающие в атмосферу в результате деятельности человека, особенно выхлопные газы автомобилей, претерпевают фотохимические превращения, в результате которых образуются очень опасные токсичные вещества. Продукты неполного сгорания углеводородов и монооксид азота NO на свету реагируют с кислородом с образованием таких соединений, как озон (токсичный для животных и растений), диоксид азота NO₂ (также токсичное вещество), пероксиацетилнитрат (вещество, вызывающее раздражение слизистой глаз и токсичное для растений) и частички сажи, ухудшающие видимость.

Характерные особенности гидросферы

Гидросфера – водная оболочка земного шара, представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озёр, болот, подземных вод, снежного покрова и ледников). Исключительная роль воды в жизни человека и всего живого на Земле обусловливает большое и постоянно возрастающее внимание к изучению гидросферы и режиму водных объектов.

Содержание и перенос влаги в атмосфере, гидрологический и гидрохимический режим океанов и морей, рек и озёр, искусственных водоёмов, подземных вод, колебания баланса массы льда и стока воды с ледников, колебания размеров снежников в горах и изменения запасов воды в сезонном снежном покрове, колебания запасов воды в почве и испарения с её поверхности (включая транспирацию растительностью) изучаются наземными средствами наблюдений, радиолокацией, зондированием атмосферы летательными аппаратами, в том числе из космоса.

Информация о состоянии гидросферы и её объектов широко используется в сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, строительстве, водоснабжении, в предупреждении о стихийных бедствиях (наводнениях, засухах, селевых потоках и сходе снежных лавин) и опасной для человека, водных и околоводных экосистем степени загрязнения объектов гидросферы. Организация наблюдений, передачи, обработки, хранения и распространения информации требует научного обоснования, а результаты наблюдений служат основанием для глобальных и локальных обобщений по гидрологическому и экологическому состоянию водных объектов.

Характерные особенности литосферы

Классификация экологических функций литосферы включает:

• Геодинамическую экологическую функцию литосферы, которая отражает свойство литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Она изучается экологической геодинамикой.

• Геохимическую экологическую функцию литосферы, которая отражает свойство геохимических полей (неоднородностей) природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты в целом и здоровье человека в частности. Она изучается экологической геохимией.

• Геофизическую экологическую функцию литосферы, которая отражает совокупность свойств геофизических полей (неоднородностей) литосферы влиять на состояние биоты и человека. Она изучается экологической геофизикой.

• Ресурсную экологическую функцию литосферы, которая определяет роль минеральных органических и органоминеральных ресурсов литосферы, а также ресурсов геологического пространства, необходимых для жизни и деятельности биоты как в качестве биогеоценоза, так и социальной структуры (человеческое сообщество). Она изучается экологическим ресурсоведением.

Можно выделить четыре класса состояния литосферы:

• удовлетворительное или благоприятное;

• условно удовлетворительного или неблагоприятное;

• неудовлетворительное или весьма неблагоприятное;

• катастрофическое, которому соответствует четыре зоны нарушения экосистемы – нормы, риска, кризиса и бедствий.