Структура и границы биосферы

Четыре наиболее общих закона экологии

Одним из результатов экологической революции стало расширение границ экологии. Четыре основных закона современной экологии с присущей американцу непринужденностью сформулировал известный эколог Б. Коммонер (1974).

1. Все связано со всем - вред, наносимый одному компоненту экосистемы, может привести к большим неблагоприятным последствиям в функционировании всей экосистемы.

2. Все должно куда - то деваться. Ландшафты Земли, географическая оболочка в целом - в известном смысле замкнутые системы. Бытовые и производственные отходы, попадая в окружающую среду, не исчезают бесследно. У природных систем остается все меньше сил, чтобы справляться с переработкой веществ, загрязняющих среду обитания людей. Вокруг городов растут свалки мусора, загрязняющие вещества разносятся далеко от мест выброса воздушными и водными потоками.

3. Природа знает лучше. Человек, самонадеянно желая "улучшить" природу, нарушает ход естественных процессов. Последствия разного рода мелиорации делают среду обитания людей еще менее благоприятной.

4. За все надо платить. Человек не может безвозмездно расходовать природные ресурсы, загрязнять окружающую среду, преобразовывать природные ландшафты в культурные и т. п. Все виды взаимодействия человека с природой должны оцениваться экономически.

Будущее человечества зависит от того, какой станет окружающая среда и как будут приспосабливаться к ней люди. Человечество как вид может сохраниться в том случае, если оно сумеет предотвратить отрицательные последствия изменения окружающей среды. Второй путь выживания - это адаптация, приспособление к неблагоприятным условиям. Если не произойдет ни первого, ни второго, согласно биологическим законам человечество обречено на вымирание.

Глава 2. БИОСФЕРА

Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — область взаимодействия живого и костного вещества планеты. Биосфера - это живая оболочка Земли. Она представляет собой глобальную экосистему — совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты.

Первые представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли были высказаны в начале XIX в. Ж. Ламарком. В 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс впервые ввел в научную литературу современный термин «биосфера», понимая под ним область взаимодействия основных оболочек Земли: атмо-, гидро- и литосферы, где обитают живые организмы.

Заслуга создания целостности учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому. Используя этот термин, он создал науку «биосфера», ввел понятие «живое вещество» — совокупность всех живых организмов, а также отвел живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая деятельность организмов не только в настоящее время, но и в прошлом. Поэтому биосфера — это все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, т. е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно (в специальной литературе) называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к былым биосферам, иначе палеобиосферам или мегабиосферам. Примеры последних — безжизненные скопления органических веществ (залежи угля, нефти, газа и др.) или запасы иных соединений, образовавшихся при непосредственном участии живых организмов (известняки, ракушечники, образования мела, ряда руд и многое другое).

Структура биосферы. Биосфера включает в себя:

1. Аэробиосферу — нижнюю часть атмосферы;

2. Гидробиосферу — всю гидросферу;

3. Литобиосферу — верхние горизонты литосферы (твердой земной оболочки).

Границы биосферы. Границы нео- и палеобиосферы различны. Верхняя граница теоретически определяется озоновым слоем. Для необиосферы — это нижняя граница озонового слоя (около 20 км), ослабляющего до приемлемого уровня губительное космическое ультрафиолетовое излучение, а для палеобиосферы — это верхняя граница того же слоя (около 60 км), ибо кислород в атмосфере Земли есть результат преимущественно жизнедеятельности растительности (так же, как и другие газы в соответствующей мере).

В большинстве случаев в качестве верхней теоретической границы биосферы указывают озоновый слой без уточнения его границ, что вполне приемлемо, если не обсуждать разницу между нео- и палеобиосферой. Иначе следует учитывать, что озоновый экран образовался всего лишь около 600 млн лет назад, после чего организмы смогли выйти на сушу.

Практически же, максимальная высота над уровнем моря, на которой может существовать живой организм, ограничена уровнем, до которого сохраняются положительные температуры и могут жить хлорофиллосодержащие растения, называемые продуцентами (6 200 м в Гималаях). Выше, до «линии снегов», обитают лишь пауки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром. Еще выше живые организмы могут попадаться лишь случайно.

На высотах 7 500 — 8 000 м критически низкого для абсолютного большинства организмов значения достигает другой абиотический фактор — абсолютное атмосферное давление. Наиболее зависимы от величины давления птицы и летающие насекомые, преимущественно занимающие нижнюю зону (0—1 000 м), хотя отдельные виды птиц (орлы, кондоры) могут постоянно жить и на высотах 4 000—5 000 м.

Вся толща Мирового океана по современным представлениям полностью занята жизнью.

Нижняя граница существования активной жизни традиционно определяется дном океана 11 022 м (максимальная глубина Марианской впадины) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 100°С (около 6 000 м по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове). В основном жизнь в литосфере распространена лишь на несколько метров вглубь, ограничиваясь почвенным слоем. Однако по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров, достигая глубин 3 000— 4 000 м.

Возможно, пределы биосферы намного шире, так как в гидротермах дна океана на глубинах около 3 000 м ( на таких глубинах давление составляет около 30 МПа (300 атм), что позволяет воде присутствовать в жидком состоянии, тогда как пределы жизни ограничены точками перехода ее в пар и сворачивания белков) при температуре 250°С обнаружены организмы.

Теоретически на глубинах 25 000 м относительно уровня моря должна иметь место критическая температура 460°С, при которой при любом давлении вода существует только в виде пара, а следовательно, жизнь невозможна.

Осадочные породы, практически все претерпевшие переработку живыми организмами, определяют нижнюю границу былых биосфер, которая тем не менее не опускается на материках ниже самых больших глубин океана.