Структура биосферы

Границы и строение биосферы

Современная биосфера включает в себя полностью всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть литосферы. Активная деятельность живого вещества охватывает сравнительно небольшой слой поверхностных оболочек Земли, его границы определяются комплексом физико-химических условий, допускающих устойчивое существование живых организмов, за пределами которых жизнь невозможна (рис. 15).

Положение биосферы среди других сфер Земли
Рис. 15. Положение биосферы среди других сфер Земли
Гидросфера — это жидкая оболочка Земли, которая занимает более 70% земной поверхности. Общий объем гидросферы свыше 1500 млн км3. Объем мирового океана составляет около 96,4% всех вод на Земле. Из них лишь немногим более 3% - пресные надземные и подземные водоемы, в том числе почти 2/3 пресной воды аккумулировано в ледниковых покровах Арктики, Антарктики и горных вершин на разных континентах. Поэтому во всех реках, озерах, болотах, искусственных водоемах остается около 1% от общего количества воды биосферы.

Роль гидросферы для биосферы велика — она активный участник в поддержании неизменного климата на планете с температурами в диапазоне от 0 ° до 100 °C (то есть в пределах капельно-жидкой фазы воды), что способствовало воспроизводству жизни на протяжении почти четырех миллиардов лет. Взаимодействуя с атмосферой, гидросфера обеспечивает круговорот воды, пополняясь при этом атмосферными осадками и возвращая их в атмосферу путем испарения. В гидросфере содержится огромное количество растворенных химических соединений, что позволило на определенном этапе процесса эволюции возникнуть жизни и обеспечило возможность развития огромного биологического разнообразия ее форм.

В толще вод Мирового океана и других водных пространств сложились комплексы живых организмов, «парящих» или «блуждающих» в воде (планктон), активно перемещающихся в ней (нектон) и придонных (бентос). Благодаря этому жизнь в гидросфере распространена по всей ее толще, достигая глубин более 11 км. В водной среде наблюдается преобладание видов животного населения над растительным. Растения находятся лишь в той части водоемов, куда проникает свет. Гидросфера — основной источник обеспечения жизни на Земле, в том числе водой, растительной и животной пищей, и регулятор создания благоприятных климатических условий на планете.

Атмосфера — это газовая оболочка Земли, состоящая в основном из азота (78,8 % объема), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03%) и иных газов (0,01%).

Нижняя граница атмосферы соприкасается с земной и водной поверхностями, а ее верхняя граница лежит примерно на высоте 10-15 тыс. м. Верхняя граница атмосферы обозначается условно по той высоте, где уравновешивается плотность атмосферы и межпланетного пространства (на уровне мезосферы) (рис. 16).

Строение биосферы
Рис. 16. Строение биосферы

В атмосфере различают ряд слоев в зависимости от высоты и характера изменений температуры в них. Самый нижний слой — тропосфера, в нем в основном формируется погода планеты. Величина тропосферы — примерно 9 км у полюсов и до 17 км у экватора. В тропосфере содержится до 80% всей массы газов атмосферы, причем большая ее часть — в пятикилометровом, самом нижнем, слое околоземной поверхности. В стратосфере (толщина слоя до 50 км), располагающейся над тропосферой, на высоте около 15-30 км находится озоновый слой. У полюсов этот слой озона расположен на высоте 8-30 км, а у экватора — на высоте 15-35 км.

Следующие за стратосферой слои — мезосфера, термосфера (ионосфера) и экзосфера — характеризуются чрезвычайно низким содержанием газов и разными температурами — в мезосфере самые низки — до -90 °C, в термосфере высокие — до +1000-2000 °C.

В биосферу входит лишь тропосфера. Физическим пределом распространения жизни служит озоновый слой. Но живой мир в основном сосредоточен в толще приземного слоя атмосферы, не выше 50-70 м — по высоте крон тропических лесов, хотя отдельные «залеты» птиц, насекомых и «заносы» бактерий и спор растений наблюдались и на более значительных высотах. Тк, эколог И. А. Шилов отмечает, что «рекордсменом» по высоте оказался белоголовый сип, столкнувшийся с самолетом на высоте 12,5 км, а бактерии встречались даже на высоте 77 км.

В отличие от гидросферы в атмосфере жизнь присутствует лишь в пределах небольшого вертикального пространства вдоль поверхности суши, поэтому здесь нет выраженной вертикальной структурированности потоков веществ и энергии. При этом здесь, среди всего многообразия живых форм, в отличие от гидросферы, преобладающее место занимают растения с их автотрофным способом обмена. Но характерно и то, что фотосинтезирующие растения лишь своей надземной частью побегов относятся к атмосфере, получая солнечную энергию и углекислый газ, а основное минеральное питание и воду они получают с помощью корней из почвы самого верхнего слоя литосферы.

Литосфера — это твердая оболочка Земли, обладающая большой прочностью. Ее толщина колеблется в пределах 50-200 км. Слой литосферы, состоящий из кремнезема и алюминия — сиалитный слой — называют земной корой, которая покрывает всю поверхность планеты и на материках, и под слоем гидросферы. Толщина земной коры характеризуется вертикальной и горизонтальной неоднородностью. В связи с этим различают два основных типа земной коры: континентальный и океанический. Континентальная кора имеет толщину слоя от 7 до 25 км, в океанической коре мощность слоя невелика — 5-10 км.

В биосферу входит лишь самый верхний слой земной коры. Этот слой имеет глубину 2-3 км. Роль земной коры в биосфере является исключительно важной, так как здесь все наземные существа, в том числе и человек, находят необходимые им средства для жизни и места укрытий.

Педосфера

Самый верхний слой земной коры толщиной 15-20 см называется почвой. Почвенный слой называют особенной оболочкой Земли — педосферой или эдафосферой. Она образовалась в результате тесного взаимодействия гидросферы, литосферы, атмосферы при активном участии живых организмов: животных, растений, грибов и бактерий.

В педосфере происходит постоянный обмен веществом и энергией между всеми геосферами нашей планеты, поэтому некоторые ученые называют педосферу «кожей Земли», «геомембраной», которая регулирует этот обмен, пропуская одни вещества или энергетические потоки и отражая, задерживая, поглощая другие. В почве содержится значительная часть минеральных веществ, в том числе вода, газы, остатки органической массы и разнообразное живое население, существующее и активно работающее в ней. В почве около 50 % массы представлено твердой фазой, а остальные 50 % - живым веществом (живыми организмами), биогенными остатками, водой и газом.

Педосфера, или почва, - самая активная сфера нашей планеты по минерализации органических веществ. Здесь фактически происходит завершение переработки первичной и вторичной продукции, созданной растениями, животными, грибами, бактериями и человеком на Земле.

Взаимодействие атмосферы с гидросферой, литосферой и педосферой формирует комплекс физико-географических и почвенно-климатических условий жизни, который выступает мощным фактором эволюционного становления морфофизиологических и экологических приспособлений у растений и животных к существованию в этих условиях.

Таким образом, каждая из геологических оболочек Земли имеет свои специфические особенности, которые определяют свойства биосферы как среды жизни. При этом воздушная, водная и почвенные оболочки земного шара представляют собой не только пространство, заполненное жизнью, а выступают как основные, но разнокачественные среды жизни, активно формирующие состав биогеоценозов и видов, входящих в них, их специфическое многообразие форм и биологические свойства. В то же время оболочки Земли, характеризующиеся многообразие природных сообществ, являются важными составными частями биосферы. Тесно связанные друг с другом, они образуют единую функциональную открытую живую систему (биосистему). Взаимосвязь между частями биосферы протекает прежде всего в форме различных круговоротов веществ и потоков энергии, реализуемых при активном участии живого мира, в том числе и человека.