Биосфера и ее границы (границы биосферы)

 

В 1926 г. В. И. Вернадский впервые поставил вопрос о грани­цах биосферы; он вернулся к нему в специальной статье «О преде­лах биосферы» в 1937 г. Однако вопрос, как тогда, так и сейчас, не имеет однозначного ответа. Какие же физико-химические ус­ловия наиболее благоприятны для существования жизни?

• Достаточное количество углекислого газа и кислорода.

• Достаточное количество воды (причем обязательно - в жидком состоянии).

• Температурный режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов).

• Наличие «прожиточного минимума» элементов минерального питания.

• Определенная соленость водной среды.

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), нижних слоях атмосферы Земли (тропосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

В литосфере жизнь ограничивает, прежде всего, температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5-15 км превышает - 100 °С. Самая большая глубина, на которой в породах земной коры были обна­ружены бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются в значительном ко­личестве.

В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин глубиной 10 - 11 км.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется на­растанием с высотой ультрафиолетовой радиации. Озоновый слой поглощает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца на высоте 22-25 км. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1-1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни проходит на высоте около 6 км над уровнем моря.

Распределение жизни в биосфере отличается крайней нерав­номерностью. Наиболее велика концентрация живого вещества на границах раздела основных сред - в почве, т. е. пограничном слое между литосферой и атмосферой, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и особенно - на литорали (от лат. litoralis - прибрежный) - зоне морского дна, затопляемой во время прилива и осушаемой при отливе, в лиманах (от греч. limenas - га­вань, бухта) и эстуариях (от лат. aestuarium - берег, заливаемый приливом) - затопляемых устьях рек, где все три среды - почва, вода и воздух - тесно взаимодействуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал «пленками жизни».

Вернадский указывал на «всюдность» жизни в биосфере. Жизнь появилась локально в водоемах, а затем распространилась все шире и шире, заняв все материки. Крайние пределы темпера­тур, которые выносят некоторые формы жизни, - от практически абсолютного нуля до +180°С. Давление, при котором существует жизнь, - от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12 000 атм. С дру­гой стороны, семена и споры растений, мелкие животные в анабиозе (от греч. anabiosis - оживление - состояние организма, при котором жизненные процессы резко замедляются, что способствует выживанию его в неблагоприятных условиях температуры, влажности и др.) сохраняют жизнеспособность в полном вакууме.

Живые организмы могут существовать в широком диапазоне химических условий среды. Первые живые существа Земли жили в бескислородной атмосфере. Анаэробный обмен свойственен и многим современным организмам, в том числе многоклеточным. Уксусные угрицы (нематоды) обитают в чанах с бродящим уксу­сом. Ряд микроорганизмов живет в концентрированных растворах солей, в том числе медного купороса, фторида натрия, в насыщенном растворе поваренной соли. Серные бактерии выдерживают 0,1 М (М – молярная концентрация раствора (число молей растворенного вещества в 1 л раствора)) растворы серной кислоты.

Некоторые особо устойчивые формы могут существовать да­же при действии ионизирующей радиации. Например, ряд инфу­зорий выдерживает излучение, по дозе в 3 млн. раз превышающее естественный радиационный фон на поверхности Земли, а неко­торые бактерии обнаружены даже в котлах ядерных реакторов.