*Термин «биосфера» появился в науке в Жан Батист Ламарк Александр Гумбольдт 1875-м году, однако первые представления о биосфере складывались уже в начале 19-го века. *Эти первые представления были, в частности, отражены в работе «Гидрология» Жана Батиста Ламарка (1802-й год) - «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов». *В 1826-м году немецкий ученый Александр Гумбольдт ввёл понятие «жизненная среда». * Геолог Эдуард Зюсс назвал это пространство «биосферой». Эдуард Зюсс * Наиболее полно концепция биосферы разработана в трудах русского естествоиспытателя и философа В.И. Вернадского (1863-1945). В.И. Вернадский * В 1926-м году вышла книга В.И. Вернадского «Биосфера», в которой он изложил суть своего учения: * биосфера — это целостная организованная система живого вещества; * все явления в ней — часть единого механизма биосферы; * живое вещество — это то звено, которое соединяет историю химических элементов с эволюцией организмов и человека и с эволюцией всей биосферы. * Определение: Биосфера – сфера жизни, оболочка Земли, населенная живыми организмами. Область распространения живых организмов и определяет границы биосферы. * За верхнюю границу биосферы принимают слой озона (озоновый экран), находящийся на высоте 20–25 м. Нижняя граница биосферы проходит в литосфере. Эту границу разные учёные проводят на разной глубине: от нескольких сот метров до нескольких километров, где встречаются ещё анаэробные бактерии. * Таким образом, биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры. * Живое вещество планеты представлено растениями, животными, микроорганизмами и человеком. * Считают, что зарождение жизни на Земле произошло свыше 3 млрд. лет тому назад в мелководных водоёмах в условиях теплого и влажного климата, по-видимому, в приэкваториальных широтах (в Южной Африке обнаружены синезелёные водоросли возрастом 3,5–3,7 млрд. лет). * Из мелководий жизнь распространилась на океан, а затем и на сушу. Зарождение жизни на земле * На протяжении геологической истории увеличивалось разнообразие живых организмов, усложнялась их организация, возрастала их общая масса. * Развитие жизни шло неравномерно. Одни виды сохранились с архея до наших дней (например, синезеленые водоросли), развитие других линий жизни привело к возникновению сложных форм живого, вплоть до человека, развитие третьих закончилось их вымиранием. * За всю историю биосферы существовало примерно 500 млн. видов, а в настоящее время насчитывается лишь около 2 млн. видов. * Широкому распространению живых организмов на Земле помогала их способность приспосабливаться к самым разнообразным условиям среды – физические пределы жизни живого вещества поразительно широки, а также их высокая потенциальная возможность к размножению. * Микроорганизмы были обнаружены в исландских гейзерах, имеющих температуру +93оС. Споры некоторых бактерий сохраняют жизнеспособность при температуре –253 °С. * Потомство одной из бактерий при наличии питательных веществ и беспрепятственном размножении могло бы за 5 суток заполнить весь Мировой океан, а клевер за 11 лет – покрыть всю поверхность Земли. Клевер четырёхлистный Тип экосистем Площадь в Биомасса 106 км2 растений, в 109т Влажные тропические леса 17,0 765 Тропические сезонной 7,5 260 зеленые леса Вечнозеленые леса 5,0 175 умеренного пояса Листопадные леса умеренного 7,0 210 пояса Тайга 12,0 240 Лесо-кустарниковые 8.5 50 сообщества Саванна 15,0 60 Лугостепь 9,0 14 Тундра и высокогорье 8,0 5 Пустыни и полупустыни 18,0 13 Сухие пустыни, скалы, 24,0 0,5 ледники и т.п. Культивируемые земли 14,0 14 Болота и марши 2,0 30 Озера и водотоки 2,0 0,05 Материковые экосистемы в 149,0 1837 целом Открытый океан 332,0 1,0 Зоны апвеллинга 0,4 0,008 Континентальный шельф 26,6 0,27 Заросли водорослей и рифы Эстуарии Морские экосистемы в целом Общая биомасса Земли (биомасса организмов толщи литосферы и аэробиосферы несопоставимо мала) Биомасса животных, в 109 т 330 90 50 110 57 40 220 60 35 8 0,02 6 20 10 1005 800 4 160 0,6 1,4 361,0 1,2 1,4 3,9 12 21 997 510,0 1841 2002 * В настоящее время по составу в биосфере преобладают животные (1,5 млн.) над растениями (около 500 тыс.), а по массе вещества растения во много раз превышают массу животных. * Подавляющая часть биомассы сосредоточена на суше: она превышает биомассу океана в 1000 раз. * Живые организмы распространены в биосфере крайне неравномерно. * Наибольшая их концентрация наблюдается на поверхности суши (включая почву и приземные слои атмосферы), поверхностные слои Мирового океана, а также его дно в мелководной части. * Все это зоны контакта между литосферой, атмосферой и гидросферой. * На суше биомасса в целом увеличивается от полюсов к экватору, в этом же направлении возрастает и количество видов растений и животных. * Масса живого вещества по сравнению с массой других геосфер весьма незначительна (0,01% массы всей биосферы). Однако роль живого вещества в биосфере огромна. * Особенность живого организма – постоянный обмен с окружающей средой. Он осуществляется в форме биологического круговорота. * Сущность круговорота сводится к двум противоположным процессам: созданию органического вещества за счет солнечной энергии в процессе фотосинтеза растений и его превращению в дальнейшем в простые минеральные вещества с помощью микроорганизмов. Биологический круговорот веществ * Считают, что большая часть кислорода атмосферы имеет биогенное происхождение. * Растения поглощают в процессе фотосинтеза диоксид углерода (углекислый газ) и выделяют свободный кислород. * В результате происходит увеличение кислорода в воздухе и уменьшение количества диоксида углерода (СО2). * В конечном счёте это и привело к современному их соотношению в атмосфере. * Пропуская через себя воду, живые организмы в значительной мере определили химический состав океанских вод. * Большое влияние оказали живые организмы на литосферу. * Они принимают активное участие в процессах выветривания, в создании органогенных горных пород (известняков, каменного угля, торфа и др.), а также некоторых форм рельефа, например коралловых островов (атоллов). * В современных классификациях органический мир Земли на высшем уровне организации живого вещества делится на два надцарства: безъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты). * Первые включают два царства: архебактерии и бактерии (в том числе сине-зеленые водоросли), вторые – три царства: животные, грибы и растения. Это деление основано на закономерностях эволюционного развития и клеточного строения организмов. * Живые организмы принято также классифицировать по выполняемым ими функциям в обмене веществом и энергией. * Различаются автотрофные и гетеротрофные организмы. * К автотрофным относятся зеленые растения и некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли. * Они создают органическое вещество из неорганического, используя в качестве источника энергии чаще всего солнечную радиацию. * Гетеротрофные организмы (животные, грибы, большинство бактерий) питаются готовым органическим веществом, при этом грибы и бактерии используют органические остатки и продукты жизнедеятельности других организмов. * И автотрофы и гетеротрофы на разных этапах своего жизненного цикла пересекаются с деструкторами (т.е. разрушителями): микроорганизмами, бактериями, грибами. * Деструкторы разлагают выделения животных, микроорганизмов, мёртвые организмы и минерализуют их до воды, СО2 и минеральных удобрений. * Таким образом, в сообществе живых организмов от звена к звену циркулируют питательные вещества и энергия. * Все организмы обладают миграцией (подвижностью): семена, споры, насекомые переносятся ветрами на большие расстояния, миграции птиц оцениваются в тысячи километров, миграции черепах, угрей, лососевых рыб – в тысячи морских миль. * По приблизительным подсчётам (А.Г. Воронов, 1987), на суше от 350 до 500 тысяч видов растений, в том числе 60 тысяч низших и 250 тысяч покрытосеменных. * Животных насчитывается 1,5–1,7 млн видов, из них насекомых – около 1 млн. * Количество видов грибов превышает 100 тысяч. * По сравнению с сушей видовое разнообразие фауны и флоры в океане беднее. * В его водах обитают около 10 тысяч видов растений и более 160 тысяч видов животных, в том числе 16 тысяч видов рыб, 80 тысяч видов моллюсков, более 20 тысяч видов ракообразных. На земной поверхности организмы образуют закономерные группировки – биоценозы. * На любом участке земной поверхности всегда обитает комплекс видов, находящийся с природой в определённых взаимоотношениях. * Каждый организм испытывает воздействие экологических факторов – факторов среды (абиотических) и внутривидовых (биотических). * Какими бы разными ни были экологические факторы, результаты их действия сравнимы, поскольку они всегда выражаются в изменении жизнедеятельности организмов. * Важная особенность живых организмов заключается в том, что они могут адаптироваться (приспосабливаться к разнообразным и меняющимся условиям), обеспечивая тем самым эволюцию и биоразнообразие природы. * Функционирование сообщества и его стабильность зависят от популяционных связей, от распределения организмов в пространстве и характера взаимодействия с внешней средой. * За минимальную размерную единицу биосферы как экосистемы первого порядка обычно принимается биогеоценоз, который на низшем уровне иерархии представляет единство биоценоза (живой части) и биотопа (среды), приуроченного к определенному участку земной поверхности. Биогеоценоз тропического леса * В разных биогеографических областях сообщества сильно различаются по видовому составу. * Каждый вид формирует ареал (часть земной или водной поверхности, в пределах которой встречается данный вид организма), а затем расселяется, останавливаясь перед естественными преградами. * Всюду, где независимо от географического положения физическая среда одинакова, развиваются похожие экосистемы. * В случае отсутствия «свободных мест» происходит конкурентная борьба. * Виды (роды, семейства и т. п.), свойственные только данной территории или акватории, называются эндемичными (эндемиками). * Эндемики могут иметь локальный ареал, т. е. встречаться только в одном конкретном местообитании: в межгорной котловине, определенном высотном поясе горного массива, и т. п. * В таких случаях говорят, что вид занимает определенную «экологическую нишу». * Эндемичные виды могут занимать обширные территории (например, сумчатые млекопитающие в Австралии). * Условием существования и сохранения эндемизма является изоляция вида, и чем дольше сохраняется эта изоляция, тем выше доля эндемизма во фауне и флоре. Не удивительно, что эндемизм наиболее выражен на островах, в высотных поясах гор. * Обособление нового биологического вида является следствием адаптации организмов к новым условиям, отличным от тех, в которых обитал породивший их старый вид. * Биосфера в настоящее время испытывает сильное воздействие человека, при этом последствия этого воздействия неоднозначны. * С одной стороны, человек создал десятки тысяч новых сортов растений и пород животных, он ускоряет эволюцию видов в природе, обогащает природные сообщества путем акклиматизации живых организмов, повышает плодородие почв. * С другой стороны, идёт интенсивное уничтожение естественной растительности, животных, ухудшение условий обитания живых организмов, разрушение почв в результате процессов эрозии и. д. * Вот почему одна из важнейших проблем современности – охрана биосферы, разумное использование её богатств.