Биосфера

БИОСФЕРА (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар * а. biosphere; н. Biosphare; ф. biosphere; и. biosfera) — глобальная саморегулируемая открытая система, охватывающая и преобразующая вещество значительной части литосферы, гидросферы и атмосферы благодаря былой и современной деятельности живых организмов.

Термин "Биосфера" введён австрийским геологом Э. Зюссом (1875), понимавшим под биосферой оболочку жизни на поверхности материков. Определение биосферы как области существования живого вещества и как области земной коры, занятой трансформаторами космической энергии в земную, принадлежит В. И. Вернадскому (1911).

Биосфера — часть мегабиосферы — сложной оболочки Земли, охватывающей атмосферу, гидросферу, стратосферу, параметаморфиты литосферы.

Биосфера — область активной жизни, часть многооболочечной структуры Земли, от озонового экрана атмосферы до азойных глубин литосферы.

Собственно биосфера подстилается метабиосферой и перекрывается парабиосферой (зоной залёта или заноса воздушными потоками живых организмов) и апобиосферой (верхняя граница распространения форм жизни в состоянии анабиоза). Метабиосфера отвечает "былым биосферам" Вернадского — слоям земной коры, лишённым ныне жизни, но переработанным живым веществом в течение прошлых геологических эпох. Биосфера мозаична по структуре и составу, и в зависимости от неоднородности лика Земли (например, океаны, горы) живое вещество неравномерно распространено в биосфере. Обширные океанские пространства относительно бедны живым веществом; оно сконцентрировано в основном на мелководьях и в приустьевых зонах рек. На суше наиболее значительна биомасса лесов (300-500 т/га). Биомасса наземных почвенных животных всей биосферы составляет около 500 млн. т сухого вещества; общая биомасса остальных животных суши меньше на 1-2 порядка. Биомасса океана состоит из 300 млн. т растительного вещества и 6 млрд. т зоопланктона и бентоса в сухом весе. Общая биомасса бактерий и других микроорганизмов, вероятно, значительнее биомассы многоклеточных организмов. Обновление всего живого вещества биосферы Земли происходит за 8-10 лет; при этом фитомасса суши обновляется примерно за 15 лет, а фитомасса океана за один день; вся биомасса океана обновляется за 33 дня.

В кругообороте вещества биосферы участвуют все химические элементы, известные в земной коре, а также искусственные, полученные в процессах ядерного синтеза и поступившие в биосферу с началом атомных бомбардировок и последующих испытаний ядерного оружия.

В биосфере установлено свыше 500 тысяч видов растений и около 1,5 млн. видов животных. Практически бесконечно разнообразие частных экосистем (биогеоценозов) — длительно устойчивых и самовоспроизводящихся комплексов взаимосвязанных видов живых организмов и абиотических источников вещества и энергии среды.

Биосфера — мощный фактор геологических преобразований, под влиянием которого изменяются способы и пути миграции химических элементов, образуются новые химические соединения, резко возрастает интенсивность процессов выветривания и разделения элементов и изотопов, формируется химический состав вод и газов.

В экосистемах сосредоточена основная масса функционирующего живого вещества, около 300 млрд. т в сухом весе, или 0,01 % массы земной коры. Непрерывно текущий процесс обмена огромной интенсивности привёл к переработке организмами массы вещества, во много раз превосходящей не только биомассу, но и (в сумме геологического времени) массу земной коры (см. табл.).

В пределах биосферы везде встречаются живые организмы или следы их деятельности. Газы атмосферы, литосферы и гидросферы (кислород, азот, углекислота, углеводороды) имеют главным образом биогенную природу. Биогенны природные воды, каустобиолиты (нефти, угли, битуминозные известняки и т.д.), органогенные известняки, их метаморфические аналоги (мраморы, углистые сланцы, графитовые породы). Естественными пределами развития жизни являются повышенные и пониженные температуры, давления и радиация. Поле устойчивости жизни (экстремальные пределы выживания организмов) обширно: от предельных океанских глубин до атмосферных высот порядка 25-30 км. Поле существования жизни (область воспроизводства организмов) значительно меньше: от дна Марианского жёлоба до вершины г. Джомолунгма (Эверест), а в толщах горных пород глубина проникновения жизни (анаэробная микрофлора подземных вод) превышает 3 км.

Биосфера — основной аккумулятор солнечной энергии в верхних слоях земной коры. Геологические функции биосферы состоят, в частности, в деструкции косного (минерального) вещества, в формировании биокосных систем (почва), в переносе вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении (следствие экспансии жизни), в избирательном накоплении соединений и химических элементов в живых организмах и продуктах метаболизма, в ускорении энергообмена при фотосинтезе, разложении энергонасыщенных веществ, передаче энергии по пищевой цепи. Только в процессе фотосинтеза ежегодно накапливается, перераспределяясь, значительная масса углерода, фосфора, хрома, марганца, молибдена, железа, кобальта, никеля, меди, цинка и других элементов, иногда соизмеримая с разведанными запасами в недрах планеты. В доманиковых фациях различных эпох (от протерозоя до нашего времени) в краткие временные отрезки (5-20 млн. лет) накоплены огромные запасы углеводородов, урана, других металлов. Возможности биосферы к накоплению особенно ярко выражены в процессах формирования месторождений нефти, угля, горючих сланцев.

Биосфера играет активную роль в газовом балансе планеты. Эндогенные потоки гелия ("гелиевое дыхание", по Вернадскому) сочетаются с потоками ювенильных углеводородных газов и ⁴⁰Ar; углекислый газ частично ювенилен, частично является продуктом переработки органических веществ былых биосферы. Первичная вода атмосферы Земли имела эндогенное происхождение, но с появлением живого вещества масса и качество атмосферы зависят от деятельности биогеоценозов и от техногенеза.

К числу невосстановимых ограниченных ресурсов биосферы относятся полезные ископаемые. Извлечение минеральных ресурсов характеризуется всё возрастающими масштабами, снижение темпа роста которых возможно за счёт сокращения потерь (в недрах, при обогащении и в конечном переделе). Этому способствует внедрение комплексного, безотходного производства с утилизацией всех полезных компонентов. Расширение площадей, занятых открытыми разработками, поставило экономическую проблему сохранения ландшафта, плодородной почвы, поверхностных и грунтовых вод.

Рост народонаселения и всё возрастающие темпы потребления первичных ресурсов биосферы предопределяют создание глобального комплекса мероприятий по охране биосферы. Международными соглашениями положено начало исследованиям проблемы "Человек и биосфера" в рамках различных международных и национальных программ (см. Охрана окружающей среды). В частности, создаются и внедряются безотходные технологии. Развиваются прогрессивные методы выемки горной массы с закладкой выработанных пространств инертными материалами. В переработку включаются забалансовые руды и хвосты обогащения. Применяется скважинное, кучное и заводское выщелачивание в комбинации с бактериальными методами извлечения компонентов.