Характеристика біосфери: основи, функції та структура

Всі ми є частиною живої оболонки – біосфери. Це унікальна екосистема не тільки нашої планети, але і галактики в цілому. Звичайно, останні дослідження підтвердили, що органіка була виявлена і на Марсі, і на різних астероїдах, але таке розмаїття життєвих форм притаманне тільки Землі. Якщо ви готові трохи розширити свій кругозір і вийти за рамки шкільної програми, саме час докладніше поговорити про характеристикою біосфери, її структуру та основні функції.

Поняття біосфери та її сутність

Біосфера – це умовна оболонка Землі, яку заселяють живі організми. Чому умовна? Справа в тому, що інші оболонки планети (земна, водна і повітряна) обрамляють планету безперервним шаром. Спочатку йде і океанічна земна кора (літосфера), потім гідросфера (вона об’єднує всі водні об’єкти), після – атмосфера (повітряна оболонка, яка плавно переходить у космічний простір). Біосферу складно уявити у вигляді конкретного шару, адже живі організми рівномірно розподілені по всій поверхні Землі і можуть мешкати в усіх трьох стихіях.

Сутнісні характеристики біосфери йдуть в саму старовину, але все ж це сама “молода” оболонка нашої планети. Життя на Землі зародилося відносно недавно, всього 3,8 мільярдів років тому, що, порівняно з віком планети, суща дрібниця. Існує два поняття біосфери:

• Перше визначає оболонку як сукупність всієї органіки на планеті. Саме воно стало основою терміна, який використовується донині.
• Друге поняття було запропоновано в. І. Вернадським, він вважав, що біосфера – це нерозривна єдність і взаємодія живої і неживої природи, в широкому значенні цих визначень.

Тим не менше, основні характеристики біосфери обумовлені саме її органічною складовою. Адже це її принципова відмінність від інших оболонок Землі.

Вчення про біосферу і походження терміну

Концепція живої оболонки була запропонована в 19 столітті. Жан Батист Ламарк дав коротку характеристику біосфері, в той час як офіційної назви ще навіть не існувало. У 1875 році австрійський палеонтолог і геолог Едуард Зюсс вперше запропонував термін “біосфера”, який використовується донині.

Величезний внесок у вивчення всього живого на Землі вніс радянський філософ і биогеохимик в. І. Вернадський, він прославився завдяки створенню цілісного вчення про біосферу. В його працях живі організми виступають як найпотужніша сила, яка безперервно бере участь у перетворенні планети Земля.

Межі існування живих організмів

Загальна характеристика біосфери починається з опису меж, в межах яких можуть жити живі організми. Деякі з них досить живучі, і можуть витримати навіть найкритичніші умови.

Межі біосфери:

• Верхня межа. Визначається атмосферою, а конкретно озоновим шаром Землі, це приблизно 15-20 кілометрів. Чим ближче до екватора, тим потужніше захисний екран планети. Вище озонового шару життя просто неможлива, адже ультрафіолетове випромінювання несумісне з життєдіяльністю клітин організмів. До того ж, з висотою істотно скорочується кількість кисню, а це згубно для живих істот.
• Нижня межа. Визначається літосферою, максимально можлива глибина не перевищує 3,5 – 7,5 кілометрів. Все залежить від критичного підвищення температури, при якій відбувається денатурація білкових структур. Однак більша частина живих організмів зосереджена на глибині кількох метрів, це – коренева система рослин, грибки, мікроорганізми, комахи і тварини, що живуть у норах.
• Кордону в гідросфері. Живі організми можуть існувати в абсолютно будь-яких частинах океану: від поверхні води (планктон, водорості) до дна глибоководних жолобів. Приміром, вчені довели, що життя існує навіть в Маріанської западини на глибині 11 кілометрів.

Структура живої оболонки

До основних характеристик біосфери можна віднести її структуру. Вернадський виділяв кілька типів речовин, які складають живу оболонку. Причому вони могли мати як органічну, так і неорганічне походження:

Жива речовина. Сюди можна віднести все, що має клітинну структуру. Однак маса живої речовини в структурі біосфери невелика і складає буквально одну мільйонну частину всієї оболонки. Характеристика живої речовини біосфери зводиться до того, що це найважливіша частина нашої планети. Адже саме живі організми постійно впливають на вигляд Землі, змінюючи структуру її поверхні.

Биогенное речовина. Це структури, які створюються і переробляється живими організмами. Дивно, але протягом мільйонів років, живі істоти пропустили через систему своїх органів практично весь світовий океан, величезний обсяг атмосферних газів і велику масу мінеральних речовин. У результаті цих процесів утворюються корисні копалини органічного походження, такі як нафта, карбонатні породи і вугілля.

Відсталу речовину. Це продукти неживої природи, які утворилися без безпосередньої участі живих організмів. Сюди можна віднести гірські породи, мінерали і неорганічну частина грунту.

Биокосное речовина. Ми пам’ятаємо про те, що живі організми постійно впливають планету. В результаті цього утворюються речовини, які є продуктами розпаду і руйнування косных структур. До цієї групи можна віднести ґрунт, кора вивітрювання і осадові породи органічного походження.

Також в структуру біосфери можна включити речовини, які знаходяться в стані радіоактивного розпаду.

Окрему групу складають атоми, які безперервно створюються в процесі іонізації під впливом космічного випромінювання.

З недавніх пір в структуру біосфери були включені речовини, мають позаземне (космічне) походження.

Жива речовина в складі інших оболонок Землі

Якщо детально зупинятися на характеристиці та склад біосфери, то не можна не розглянути особливості життєдіяльності живих організмів у інших оболонках планети:

• Аэросфера. Живі організми не можуть перебувати в атмосферних шарах у зваженому стані, субстратом для життя аэробионтов служать мікроскопічні водяні краплі, а сонячна активність і аерозолі виступають у ролі джерела невичерпної енергії. Організми, що мешкають в атмосфері, діляться на три групи. Тропобионты – ведуть активну життєдіяльність у просторі від верхівок дерев до купчастих хмар. Альтобионты – організми, які здатні вижити в умовах розрідженого повітря. Парабионты – випадково потрапляють в самі високі шари атмосфери. На такій висоті вони втрачають здатність до розмноження, а їх життєвий цикл суттєво скорочується.

• Геобиосфера. Субстратом і середовищем існування для геобионтов служить земна кора. Ця оболонка також включає в себе кілька рівнів, на яких мешкають специфічні форми життя. Террабионты – організми, які мешкають безпосередньо на поверхні суші. У свою чергу, террабиосфера ділиться ще на декілька оболонок: фітосфера (зона від верхівок дерев до поверхні землі) і ипедосфера (ґрунтовий шар і кора вивітрювання). Эоловая зона – високогірні області, до яких неможливе життя навіть вищих рослин. Типовими представниками цієї зони є эолобионты. Литобиосфера – глибинні шари земної кори. Ця зона ділиться на гипотеррабиосферу (місце, де можуть мешкати аеробні (потребують кисню) форми життя) і теллуробиосфера (тут можливо виживання лише анаеробних (не потребують кисні) організмів). Крім того, в литобиосфере можна зустріти литобионтов, які мешкають в підземних водах і порах гірських порід.

• Гидробиосфера. Ця область охоплює всі водні об’єкти (крім підземних вод та вологи атмосфери) нашої планети, включаючи льодовики. Мешканці морів і океанів іменуються гідробіонтами, які в свою чергу діляться на: Аквабионты – мешканці континентальних вод. Маринобионты – живі організми морів і океанів. У товщі води виділяється три рівня життя, в залежності від кількості сонячних променів, які проникають всередину: Фотосфера – найбільш освітлена зона. Дисфотосфера – завжди сутінкова область океану (не більше 1% інсоляції). Афотосфера – зона абсолютної темряви.

Від тундри до тропічних лісів. Класифікація біомів планети

Характеристика біосфери нерозривно пов’язана з поняттям біом. Під цим терміном розуміються великі біологічні системи, які мають якийсь переважний тип рослинності або специфічні особливості ландшафту. Всього їх дев’ять. Нижче наведена коротка характеристика основних біомів біосфери:

• Тундра. Велике безлісне простір, який займає північні частини Євразії і Північної Америки. Рослинність цієї зони не багата, в основному це лишайники, сезонні трави та мохи. Тваринний світ більш різноманітний, особливо в теплі місяці року, коли починається сезон міграції багатьох видів птахів і тварин.
• Тайга. Основний вид рослинності цієї області – хвойні ліси. Біом займає близько 11 % території всієї суші. Незважаючи на суворі погодні умови, в тайзі надзвичайно різноманітний рослинний і тваринний світ.

• Листопадні ліси. Розташовуються в помірній зоні. Сезонність клімату і достатню кількість вологи дозволили розвинутися певного типу рослинності цього биома. В основному це широколистяні породи дерев. Крім того, ці ліси є домом для багатьох ссавців, птахів і грибів, не кажучи про комах і мікроорганізмів.
• Степу. Цей біом представлений азійськими степами і класичними прерій Північної Америки. Найчастіше це безлісі відкриті простору, так як позначається істотний дефіцит вологи. Але тваринний світ все так само різноманітний.
• Середземноморська зона. Територія навколо однойменного моря відрізняється жарким і досить посушливим літом і досить комфортною прохолодною зимою. Типова рослинність представлена жорстколистяними лісами, колючими чагарниками і травами.
• Пустелі. На жаль, більше 30 % суші займають області зовсім не сприятливі для існування живих організмів. Пустельні зони зустрічаються по всій Африці і Австралії, в Південній Америці, а також на Півдні, Південному Заході і в Центрі Євразії. Рослинність і тваринний світ цих регіонів досить мізерні.
• Савани. Цей біом являє собою відкриті простори, які повністю покриті травою і поодинокими деревами. Незважаючи на те, що це досить бідні ґрунти, тваринний світ цієї зони вражає своєю різноманітністю. Савани характерні для Африки, Південної Америки та Австралії.
• Колюче (тропічна) рідколісся. Цю зону відрізняють химерні форми колючих чагарників і багатовікові дерева – баобаби. З-за нерівномірного розподілу опадів, рослинність цього биома досить рідкісна. Тропічне рідколісся можна зустріти на Південному Заході Азії і в Африці.

• Тропічні ліси. Це сама волога зона нашої Планети. Рослинність цього биома вражає своєю масштабністю та різноманітністю. Широколистяні дощові ліси розташовуються в басейнах великих повноводних річок, таких як Амазонка, Оріноко, Нігер, Замбезі, Конго. А також покривають території півостровів і архіпелагів Південно-Східної Азії.

Основні функції живої оболонки у природі

Саме час розглянути основні функції біосфери та їх характеристику:

• Енергетична. Цю функцію здійснюють рослини, які беруть участь у процесі фотосинтезу. Акумулюючи сонячну енергію, вони або розподіляють її між іншими компонентами живої оболонки, або накопичують у відмерлих органічних частинках. Так з’являються горючі корисні копалини (вугілля, торф, нафта).
• Газова. Живі організми беруть участь в безперервному газовому обміні.
• Концентраційна. Деякі форми життя мають здатність вибірково накопичувати біогенні елементи із зовнішнього середовища. В подальшому вони можуть служити джерелом цих речовин.
• Деструктивна. Живі організми постійно впливають на навколишнє середовище, розкладаючи і переробляючи її поверхню. Саме так формується відсталу і биокосное речовина.
• Средообразующая. Біосфера зберігає баланс сприятливих і несприятливих умов середовища, які необхідні для повноцінної життєдіяльності організмів.

Властивості біосфери

Так як жива оболонка являє собою дуже складну систему, то характеристика біосфери не може обійтися без основних властивостей, які визначають її специфіку:

Централізованість. Всі процеси в живій оболонці зосереджені навколо живих організмів, вони займають центральне місце у вченні про біосферу.

Відкритість. Біосфера може існувати тільки за рахунок надходження енергії ззовні, в даному випадку це сонячна активність.

Саморегулируемость. Біосфера являє собою цілісний організм”, який, подібно живій істоті, що володіє здатністю до гомеостазу.

Різноманітність. На землі живе величезна кількість тварин, рослин, мікроорганізмів і грибів.

Забезпечення кругообігу речовин. Саме за рахунок живих організмів здійснюється фотосинтез і кругообіг речовин. У характеристиці біосфери ці два процеси займають одне з головних місць.

Еволюція та історія розвитку живої оболонки Землі

Якщо дати характеристику біосфери з точки зору еволюції, то можна сказати про те, що це єдина оболонка, яка безперервно розвивається і вдосконалюється. Вся справа в живій речовині, саме воно постійно еволюціонує. Неорганічна частина живої оболонки не має здатності до розвитку. Якщо говорити про характеристикою біосфери в майбутньому, то тут все трохи складніше. Оболонка стає все більш нестабільною, і дуже складно передбачити подальший розвиток подій.

Штучна біосфера

Людина не може існувати поза живої оболонки, дуже важко відтворити все те, що вона здатна нам дати. Характеристики біосфери настільки унікальні, що людство досі не може в повній мірі відтворити її умови в штучної середовищі. Однак наука не стоїть на місці і, можливо, в майбутньому вчені досягнуть певних успіхів у цьому напрямку.