Живое вещество и функции биосферы

Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропических лесов) и гидросферы, где особенно интенсивно развиваются зелёные растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Более 90% всего живого вещества, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97-98% биомассы суши). Общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1,8-2,5 х 10¹⁸ г (в пересчёте на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы биосферы
(3 х 10²⁴ г). Суммарная биомасса организмов сухопутных видов образована на 99,2% зелёными растениями и лишь на 0,8% - животными и микроорганизмами. В океане, наоборот, уже около 93,7% совокупной биомассы приходится на долю животных и микроорганизмов. В океане содержится лишь 0,13% биомассы живых существ, обитающих на Земле, хотя океан и покрывает 70% поверхности планеты. Среди животных 96% приходится на долю беспозвоночных и лишь 4% - на долю позвоночных.

Несмотря на то, что масса живого вещества составляет 1/1000000 часть массы биосферы, оно, тем не менее, по заключению В.И. Вернадского, является наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой развития планеты Земля. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии.

Рис. 182. Упрощённая схема круговорота углерода, показывающая прохождение углерода через несколько экосистем. Прерывистыми стрелками обозначены процессы, в которых превращения углерода протекают медленнее, а сплошными – процессы с более быстрыми превращениями углерода

Основной источник биогеохимической активности организмов - солнечная энергия. Она используется в процессе фотосинтеза зелёными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией остальные организмы. Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 3 млрд лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый слой (экран), защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения. Фотосинтез и дыхание растений, поддерживающие современный газовый состав атмосферы, составляют сущность газообменной функции биосферы.

В процессе питания, дыхания, выделения, роста, размножения и смерти живых организмов создаётся, накапливается и распадается органическое вещество, что обеспечивает постоянный круговорот вещества в биосфере.
С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов (прежде всего биогенных - C, H, O, N, P, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, K и др.), их биогеохимические циклы (рис. 182). В ходе последних атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное число раз через живое вещество. Так, например, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ - за 200-300 лет, а вся

 

 

 

Рис. 183. Упрощённая схема круговорота азота

 

вода биосферы - за 2 млн лет. В ходе таких биогеохимических циклов
(рис. 183) биосферой осуществляется функция синтеза и разложения органического вещества (биохимическая функция).

Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы, например, железобактерии - железо; фораминиферы, многие моллюски и кишечнополостные - кальций; хвощи, диатомовые водоросли, радиолярии и др. - кремний; губки - йод; асцидии - ванадий и т.д. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Тем самым биосфера реализует свою функцию концентрации рассеянных в геосфере элементов.

Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N, W), создаются их новые соединения. В этом проявляется окислительно-восстановительная функция биосферы.

Наряду с отмеченными выделяют главную функцию биосферы, заключающуюся в обеспечении глобального круговорота химических элементов при участии всех населяющих планету организмов. Совокупная деятельность живого вещества на Земле непрерывно поддерживала и поддерживает режим неорганической среды, необходимой для существования жизни, т.е. относительный гомеостаз в биосфере, одним из характерных свойств которого В.И. Вернадский считал организованность.