1. Структура, межі та особливості біосфери як глобальної екосистеми

Структура біосфери включає абіотичний та біотичний компоненти, які пов’язані біологічною міграцією хімічних елементів і речовин. Біосфера охоплює три геологічні оболонки — літосферу, атмосферу та гідросферу.

• жива — сукупність усіх організмів на Землі;
• біогенна — речовина, що утворена й перероблювана організмами (вугілля, нафта, кисень атмосфери тощо);
• косна — абіотична речовина, що утворена без участі живого, тобто лава, попіл вулканів;
• біокосна — біогенно-абіотична речовина, продукти розкладу і переробки косної речовини організмами, тобто ґрунт;
• радіоактивна;
• космічна;
• розсіяні атоми.

Межами біосфери є нижні шари атмосфери до висоти близько \(11\) км, вся гідросфера та верхній шар літосфери до глибини \(3\) – \(11\) км.

Біосфера — це найбільша цілісна глобальна екосистема, якій притаманні фундаментальні властивості біосистем. До них належать відкритість, цілісність, саморегуляція. Однак біосфера має і специфічні (емерджентні) властивості. Це передусім її високий рівень самоорганізації, що забезпечує надзвичайну стабільність і стійкість у часі й просторі.

• унікальність, незамінність і неповторність;
• практично безмежна тривалість існування;
• безмежно великий запас генетичної інформації, що накопичувалася впродовж мільярдів років, внаслідок чого ця інформація є практично невичерпною;
• найдосконаліші механізми саморегуляції та захисту від руйнівного зовнішнього впливу;
• величезні запаси вільної енергії, причому не лише тієї, що є вільною енергією сучасних підпорядкованих їй екосистем, а й енергії, накопиченої екосистемами минулих епох;
• величезне біорізноманіття підпорядкованих їй біологічних систем — організмів, видів, екосистем.

Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 11 кл. закл. заг. серед. освіти / В.І. Соболь. — Кам’янець-Подільський: Абетка, 2019. с.163-164.

Біосфера, її структура і межі

Найбільшим узагальненням в комплексі наук про Землю (геологія, географія, геохімія, біологія) стало вчення про біосферу, створене російським ученим В. І. Вернадським. Почавши свою наукову діяльність (як геолог) з вивчення осадових порід земної кори, В. І. Вернадський виявив величезну роль живих організмів в складних геохімічних процесах нашої планети. У 1926 р. вийшла його книга «Біосфера». У цьому творі глибоко аналізуються складні взаємини живих організмів і неживої природи Землі. Його робота дещо випередила час. Лише у другій половині XX в., На тлі загострення екологічних проблем, його вчення про біосферу набуло широкого поширення.

Важливим елементом вчення В. І. Вернадського про біосферу є ідея тісній залежності біосфери від діяльності людини й схоронності її в результаті розумного ставлення людини до природи. Вчений писав:

Людство, взяте в цілому, стає калиткою геологічною силою. Перед ним, перед його думкою і працею стає питання про перебудову біосфери в інтересах вільно мисляшего людства як єдиного цілого. Це новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємося, і є ноосфера. [1]
В даний час вчення про біосферу являє собою найважливішу частину екології, безпосередньо пов’язану з проблемами регулювання взаємодії людини і природи.

Вперше термін «біосфера» був ужитий Ж. Б. Ламарком на початку XIX в. Пізніше він був згаданий в роботі австрійського геолога Е. Зюсс в 1875 р. Проте це поняття не було детально розроблено названими вченими, а використано побіжно для позначення галузі життя на Землі. Лише в роботах В. І. Вернадського воно аналізується детально і ретельно і під ним розуміється «оболонка життя» на нашій планеті.

Біосферою називають сукупність всіх живих організмів нашої планети і ті галузі геологічних оболонок Землі, які заселені живими істотами і піддавалися протягом геологічної історії їх впливу.
Межі біосфери. Живі організми нерівномірно поширені в геологічних оболонках Землі: літосфері, гідросфері та атмосфері (рис. 64). Тому біосфера зараз включає верхню частину літосфери, всю гідросферу і нижню частину атмосфери.

Літосфера – верхня тверда оболонка Землі. Її товщина коливається в межах 50-200 км. Поширення життя в ній обмежено і різко зменшується з глибиною. Переважна кількість видів зосереджено у верхньому шарі, що має товщину в декілька десятків сантиметрів. Деякі види проникають в глибину на кілька метрів або десятків метрів (тварини, що риють – кроти, черв’яки; бактерії; коріння рослин). Найбільша глибина, на якій були виявлені деякі види бактерій, становить 3-4 км (у підземних водах і нафтоносних горизонтах). Поширенню життя в глиб літосфери перешкоджають різні фактори. Проникнення рослин неможливо через відсутність світла. Для всіх форм життя істотними перепонами служать і зростаючі з глибиною щільність середовища і температура. У середньому температурний приріст становить близько 3 ° C на кожні 100 м. Саме тому нижньою межею поширення життя в літосфері вважають трикілометрову глибину, (де температура досягає близько +100 ° C).
Гідросфера – водна оболонка Землі, являє собою сукупність океанів, морів, озер і річок. На відміну від літосфери й атмосфери вона повністю освоєна живими організмами. Навіть на дні Світового океану, на глибинах близько 12 км, були виявлені різноманітні види живих істот (тварини, бактерії). Однак основна маса видів живе в гідросфері в межах 150-200 м від поверхні. Це пов’язано з тим, що до такої глибини проникає світло. А отже, в більш низьких горизонтах неможливе існування рослин і багатьох видів, що залежать в харчуванні від рослин. Поширення організмів на великих глибинах забезпечується за рахунок постійного «дощу» екскрементів, залишків мертвих організмів, падаючих з верхніх шарів, а також хижацтва.

Атмосфера – газова оболонка Землі, що має певний хімічний склад: близько 78% азоту, 21 – кисню, 1 – аргону і 0,03% вуглекислого газу. У біосферу входять лише самі нижні шари атмосфери. Життя в них не може існувати без безпосереднього зв’язку з літосферою і гідросферою. Великі деревні рослини досягають декількох десятків метрів у висоту, розташовуючи вгору свої крони. На сотні метрів піднімаються літаючі тварини – комахи, птахи, кажани. Деякі види хижих птахів піднімаються на 3-5 км над поверхнею Землі, виглядаючи свою здобич. Нарешті, висхідними повітряними потоками пасивно заносяться на десятки кілометрів вгору бактерії, спори рослин, грибів, насіння. Однак всі перераховані літаючі організми або занесені бактерії лише тимчасово знаходяться в атмосфері. Ні організмів, що постійно живуть в повітрі.

Верхньою межею біосфери прийнято вважати озоновий шар, що розташовується на висоті від 30 до 50 км над поверхнею Землі. Він захищає все живе на нашій планеті від потужного ультрафіолетового сонячного випромінювання, значною мірою поглинаючи ці промені. Вище озонового шару існування життя неможливо.

Таким чином, основна частина видів живих організмів зосереджена на кордонах атмосфери і літосфери, атмосфери та гідросфери, утворюючи відносно «тонку плівку життя» на поверхні нашої планети.

Будова і функціонування біосфери. Біосфера – це глобальна екологічна система, що складається з безлічі екосистем більш низького рангу, біогеоценозів, взаємодією яких один з одним і обумовлена її цілісність. Дійсно, біогеоценози існують не ізольовано – між ними існують безпосередні зв’язки і відносини. Наприклад, у водні біогеоценози вітром, дощами, талими водами виносяться з наземних екосистем мінеральні та органічні речовини. Може відбуватися переміщення організмів з одного біогеоценозу в інший (наприклад, сезонні міграції тварин). І нарешті, всіх об’єднує атмосфера Землі, що служить загальним резервуаром для живих істот. У неї надходять кисень (виділяється рослинами в процесі фотосинтезу) і вуглекислий газ (утворений в процесі дихання аеробних організмів). З атмосфери ж рослини всіх екосистем черпають вуглекислий газ, необхідний їм в процесі фотосинтезу, а все дихаючі організми отримують кисень.