§ 2. Состав и границы биосферы

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотиче­ской части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилаю­щими ее породами до глубины, где в них еще есть живые орга­низмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физи­ческой средой перового пространства; 2) атмосферным возду­хом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;

3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов бла­годаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечи­вая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 6.2).

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

— стремиться к максимальному проявлению, к «вcюдности» жизни;

— обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются прежде всего в стремле­нии живых организмов «захватить» все мало-мальски приспо­собленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои гра­ницы в планетарном масштабе и биосфера. Один из вариантов границ биосферы приведен на рис. 6.5.

Рис. 6.2. Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной эко­системы, особое значение приобретает представление о ее жи­вом веществе как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В. И. Вернадский понимал все ко­личество живых организмов планеты как единое целое. Его хи­мический состав подтверждает единство природы — он состо­ит из тех же элементов, что неживая природа (рис. 6.3), только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное (рис. 6.4).

Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.

По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд. т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса живо­го вещества встречается практически повсюду — в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.

«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным воз­можностям и масштабу приспособляемости организмов, кото­рые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считая, что этот захват продол­жается.

Рис. 6.3. Участие различных химических элементов в построении живого вещества атмосферы, гидросферы и литосферы (относи­тельные числа атомов) (по В. Лархеру, 1978). Выделены самые распространенные элементы

Рис. 6.4. Структурные формулы некоторых органических соединений живой клетки

На рис. 6.5 наглядно показаны границы биосферы — от вы­сот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тыс. атм. Это стало возмож­ным потому, что пределы толерантности температур у различ­ных организмов — от абсолютного нуля до 180 °С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон хи­мических условий среды для

Рис. 6.5. Распределение живых организмов в биосфере: 1 — озоновый слой; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — животные обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных водах (высота и глубина даны в метрах)

ряда организмов — от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бак­терии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факто­рам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможно­сти к распространению.

Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их местообитание, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях, если бы не было почв.

Почвы — важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с Мировым океаном решающее влияние на всю гло­бальную экосистему в целом. Именно почвы обеспечивают пи­тание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразны и их плодо­родие тоже разное.

Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности. Наиболее бо­гаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация медленно. Наименее богаты гумусом лес­ные почвы, где минерализация по скорости опережает гуми­фикацию.

Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом почв понимается большая группа почв, формирую­щихся в однородных условиях и характеризующаяся опреде­ленным почвенным профилем и направленностью почвообра­зования.

Поскольку важнейшим почвообразующим фактором явля­ется климат, то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической зональностью: арктические и тун­дровые почвы, подзолистые почвы, черноземы, каштановые, серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и желтоземы. Рас­пространение основных типов почв на земном шаре показано на рис. 6.6.

Время формирования почв зависит от интенсивности гуми­фикации. Скорость накопления гумуса в почвах можно опреде­лить в единицах, измеряющих мощность (толщину) гумусово­го слоя по отношению к времени их формирования, например, в мм/год. Такие цифры приводятся в табл. 6.4.

Рис. 6.1. Схематическая карта зональных типов почв мира: 1 – тундра; 2 – подзолы; 3 – серо-бурые подзолистые почвы, бурые лесные почвы и т. д.; 4 – латеритные почвы; 5 – почвы прерий и деградированные чернозёмы; 6 – черноземы; 7 – каштановые и бурые почвы; 8 – серозёмы и пустынные почвы; 9 – почвы гор и горных долин (комплекс); 10 – ледяной покров

Зная скорость накопления гумуса и мощность гумусового горизонта, можно рассчитать возраст различных типов почв (Геннадиев, 1987). На Русской равнине черноземы образова­лись за 2500—3000 лет, серые и бурые лесные почвы — за 800— 1000 лет, подзолистые — примерно за 1500 лет. Скорость обра­зования почв зависит и от типа материнской породы — на гра­нитах во влажном тропическом климате для образования на­стоящей почвы надо 20 000 лет.

Эти данные позволяют количественно оценивать допусти­мый смыв при интенсивном антропогенном воздействии. Од­новременно они свидетельствуют, как легко можно разрушить эту тонкую «коричневую пленку», и сколько нужно времени, не считая затрат, чтобы восстановить утраченное.

Почва является граничным слоем между атмосферой и био­сферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто сме­шение живого и неживого компонентов природы, но и их взаи­модействие в рамках почвенной экосистемы. Главное назначе­ние этой экосистемы — обеспечение круговорота веществ в био­сфере.