ГлавнаяБиосфера — специфическая геосфера земной коры, в которой в грандиозных масштабах протекает биологическая и биогеохимическая деятельность живых организмов. При участии этих организмов формируются биогеоценозы (комплекс живых и косных компонентов природы), биогеосфера (оболочка концентрации живого вещества планеты), экосистемы (среда обитания сообществ живых существ), почвенный покров и многообразные биогенные породы. Основные структурные компоненты биосферы показаны на рис. 17.
Совокупность процессов гипергенеза и осадочного литогенеза, протекающих при участии живых организмов, назовем биогенезом и будем пользоваться этим термином в указанном значении.
Начиная с биогенного периода развития земной коры, т. е. в течение последних 3—3,5 млрд. лет, живое вещество является важнейшим фактором геологической истории нашей планеты. При его участии совершается миграция атомов и создаются миллионы разнообразных соединений.
В.И. Вернадский, сделавший выдающийся вклад в биогеохимическое изучение, указывает, что в деятельности живых организмов, их дыхании и питании, смерти и разложении заложен великий планетарный процесс — миграция химических элементов в биосфере. Биогенную миграцию, взятую в целом, как один из самых грандиозных и самых характерных процессов биосферы он назвал основной чертой ее организованности. Планетарный эффект биогенной миграции определяется огромной массой живых веществ, постоянной сменой поколений организмов, интенсивностью биогенной миграции атомов в процессе жизнедеятельности организмов.
Согласно В.И. Вернадскому, биогеохимические функции биосферы следующие: 1) газовые (кислородно-углекислотная, углекислотная, озонная и перекись-водородная, азотная, углеводородная, сероводородная); 2) концентрационные (организмы — концентраторы многих элементов); 3) окислительновосстановительные (окисление серы, металлов, минералов, восстановление металлов); 4) биохимические (процессы разложения и гниения); 5) биогеохимические функции человеческого общества (изменение химического состава биосферы хозяйственной деятельностью).
Следовательно, с живым веществом во многом связан состав атмосферы, гидросферы и осадочных пород. Живые организмы аккумулируют солнечную энергию и перерабатывают ее в геохимическую, под которой мы понимаем энергию, заключенную не только в органических соединениях, но и во всех неорганических минералах, образующихся в биосфере.
Следует отметить большую энергетическую роль микроорганизмов в земной коре и главным образом в биосфере. В аэробных условиях микроорганизмы используют свободный кислород, поступающий из атмосферы в грунтовые и подземные воды, и окисляют органическое вещество и металлы. В анаэробных условиях они «добывают» кислород из содержащих его минеральных и органических веществ (например, Fе2О3, Na2SO4, С6Н12О6 и др.).
В. И. Вернадский одним из первых предположил, что живые организмы по-разному относятся к изотопным смесям, что они способны дифференцировать их. Сейчас избирательное отношение организмов к изотопам — установленный факт. Вернадский обратил внимание на то, что многие элементы непрерывно участвуют в жизненном круговороте, который длится в течение всего геологического времени. Такие элементы получили название циклических. Их роль в биосфере огромна.
В свое время В.И. Вернадский подсчитал общую массу живого вещества планеты, которая, по его данным, составляет приблизительно n*10в13—10в14 т. Причем основная часть ее падает на лесную и травянистую растительность и на морской фитопланктон. По Вернадскому, масса растений всей Земли превышает массу животных в 10в4—10в5 раз. К весу земной коры (до 16 км) живое вещество по его расчетам составляет около 0,01 %.
Новейшие подсчеты биомассы Земли, опубликованные Н.И. Базилевич, Л.Е. Родиным и Н. Н. Розовым, дают цифры порядка 2,42*10в12, т. е. на порядок ниже. По их данным, живое вещество суши по весу примерно в 750 раз превышает живое вещество Мирового океана. В общей биомассе на океан приходится лишь 0,0032*10в12 т. Первичная продукция всей планеты составляет 232,54*10в9 т органического вещества, в том числе на долю наземных растительных сообществ приходится около 74%.
Суммарная годичная продукция фитомассы Земли оценивается авторами в 171,54*10в9 т, в которой основная доля (около 60%) приходится на тропический пояс, где только почвенно растительные формации гумидных областей производят 77,32*10в9 т, или 45% от продукции всей суши. Второе место занимает субтропический пояс (около 20%). Минимальную годичную продукцию дает полярный пояс 1*10в9 т (менее 1 %). Как правильно отмечают авторы, выявленная закономерность годичной продукции и запасы фитомассы суши вполне согласуются с периодическим законом географической зональности. Максимум растительной продукции приходится на пояс, где наиболее активно протекают физико-географические процессы на поверхности земной коры. В накоплении биомассы участвуют: растительное вещество (фитобиомасса), вещество животных, включая насекомых (зообиомасса), вещество микроорганизмов (бактерий, грибов), обитающих в почве (микробиомасса). При этом совершаются многообразные и сложные процессы разрушения и преобразования органического вещества — разложение, гниение, минерализация, образование гумусовых и других органических кислот. В состав образующейся биомассы входят белки (в том числе ферменты, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, минеральные и другие вещества).
Количественные маcштабы биологической продуктивности живых организмов различны в зависимости от численности видов организмов (автотрофных, гетеротрофных), скорости размножения, продолжительности жизни, фотосинтеза, географической зональности и высокой поясности, других условий и факторов (рис. 18).
В образовании биомассы и ее накоплении большую роль играют суммарная годичная продуктивность биоценозов, емкость (объем) биологического круговорота, скорость разложения и минерализация поступающих в опад растительных остатков, удельный вес в биомассе минерального вещества, а также легкоподвижных соединений в водной и газовой форме. Биогеохимический эффект организмов будет тем выше, чем выше скорость размножения, короче жизненный цикл, выше численность и масса особей.
В результате непрерывного обновления живой биомассы и гипергенных процессов разрушения и разложения, накопление органического вещества в биосфере совершается в разной форме — в форме торфа, бурого и каменного угля, антрацита, графита, нефти, асфальта, смолы, воска и многих других продуктов.
Организмы накапливают в коре выветривания и почвах элементы, определяют в них наличие круговых процессов, обусловливают характер и направление их.