Екологія - Потіш Л.А. - 7.1. Поняття про біосферу

Поняття про біосферу

Структура біосфери. Жива речовина. Розподіл життя у біосфері

Жива речовина. Геохімічна робота живої речовини

Енергетичний баланс біосфери. Зміни енергетичного балансу біосфери, пов'язані з діяльністю людини

Біогеохімічні цикли. Кругообіг важливих хімічних елементів у біосфері. Антропогенний вплив на природні цикли основних біогенних елементів

Стабільність біосфери. Ноосфера, управління біосферою

7.1. Поняття про біосферу

Живі організми відіграють дуже важливу роль у геологічних процесах, які формують Землю. Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Мінеральна інертна речовина переробляється живими організмами, перетворюється в нову. Отже, жива та нежива речовини на Землі становлять гармонійне ціле.

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд років і відбувалася під впливом алогенних (зовнішніх) сил, таких, як геологічні та кліматичні зміни, й автогенних (внутрішніх) процесів, зумовлених активністю живих компонентів екосистеми. Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гетеротрофами, які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Згодом стався, за образним висловом Ю. Одума, "популяційний вибух" автотрофних водоростей, який перетворив атмосферу із відновлюваної в кисневу. Вперше термін "біосфера" — "сфера життя" — був використаний австрійським вченим Едуардом Зюссом ще в XIX ст. (1875). Однак він не дав визначення цього поняття. Сучасне його тлумачення, яке прийняте у всьому світі, належить українському вченому В.І. Вернадському — першому президенту Української академії наук. Наукові уявлення про біосферу як "живу оболонку" Землі вчений виклав у своїх лекціях, прочитаних у Карловому університеті в Празі та Сорбоні в Парижі протягом 1923—1924 рр. Згодом ці положення були узагальнені та зведені в книзі "Біосфера" (1926). Життя — вища форма розвитку матерії на Землі. Живі організми перетворюють космічну сонячну енергію у земну і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Ці живі організми своїм диханням, своїм живленням, своїм метаболізмом, своєю смертю і розмноженням, постійним використанням своєї речовини, а головне — триваючою сотні мільйони років безперервною зміною поколінь, своїм народженням і розмноженням продовжують одне з найґрандіозніших планетарних явищ, що не існує ніде, крім біосфери (В.І. Вернадський).

Отже, біосфера — це оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами. В.І. Вернадський підкреслив відмінні особливості біосфери, зокрема:

біосфера становить оболонку життя — ділянку існування живої речовини;

біосферу можна розглядати як ділянку Земної кори, зайнятої трансформаторами, які переводять космічні випромінювання в діяльну земну енергію — електричну, хімічну, механічну, теплову і т. д.

Біосфера в сучасному розумінні — це глобальна відкрита система зі своїм "входом" (потік сонячної енергії, який надходить з космосу) і "виходом" (утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, які з різних причин "випали" із біологічного кругообігу, так званий вихід "в геологію" — кам'яне вугілля, нафта, осадові породи тощо). З позицій кібернетики ця велетенська система, котра, як і її складові — біогеоценози, описується як "чорний ящик". Процеси, що відбуваються всередині нього, закодовані природою. Можна із впевненістю стверджувати, що система в її основних рисах є саморегульованою, самоорганізованою.

Екологи пояснюють самоорганізацію системи інформацією, яка пронизує екосистему. Вона міститься в живих організмах, в їх генетичному коді і здатності адаптуватися до змін умов середовища. Отже, саморегулювання екосистеми забезпечується живими організмами. Такий підхід дає підстави вважати біосферу централізованою кібернетичною системою, оскільки в ній один елемент (підсистема) — живі організми — відіграє домінуючу, центральну роль у функціонуванні системи в цілому. Згідно із законом необхідної різноманітності Віннера — Шеннона — Ешбі, який вважають основним кібернетичним законом, кібернетична система лише тоді володіє стійкістю для блокування зовнішніх і внутрішніх збурень, коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття. Це різноманіття в основному і створюється живими організмами. Варто нагадати, що сьогодні на Землі існує близько 2 млн видів організмів, з них

частка рослин становить 500 тисяч видів, а тварин — 1,5 млн видів (табл. 7.1).

Таблиця 7.1. Чисельність різних груп організмів у біосфері

Виходячи з екосистемних уявлень можна стверджувати: видове різноманіття — це не просто якась арифметична величина, нижче якої не мав би опускатися живий світ, а реальна потреба буквально кожного сущого на планеті виду в трофічних ланках біогеоценозів і біосфери в цілому. Ці види необхідно зберегти заради нормального функціонування сучасної біосфери, яка й сьогодні еволюціонує, збагачуючи видове різноманіття.

За даними українського палеоботаніка О.П. Фесуненка, кількість родів вищих рослин становила: в силурі (близько 400 млн років тому) — 1 рід, в девоні (350 млн) — 36, в інтервалі від карбону до тріасу (200 млн) — 150—200, від юри до неогену (160 млн до нинішніх днів) — 250—330. Отже, збагачення видового різноманіття, що добре ілюструють наведені факти, — це загальна тенденція сучасного розвитку біосфери, яка сприяє усуненню зовнішніх і внутрішніх перешкод і підтримці системи в стані гомеостазу.

Ю. О дум (1986) наводить витяг із однієї з американських програм (програма збереження генетичних ресурсів, керівник Девід Кофтон, Каліфорнія), в якій викладена точка зору вчених з приводу Глобальної загрози втрати видового різноманіття: " Біологічне різноманіття тварин, рослин і мікроорганізмів становить фактор фундаментальної важливості для виживання людства".

Термін "генетичні ресурси" можна визначити як генетичне різноманіття, яке відіграє вирішальну роль у задоволенні всіх потреб суспільства.

Характерна особливість біосфери як "плівки життя" — це її гетерогенність, мозаїчність, причому кожна окрема однорідна ділянка ("біогеоценоз", "екосистема") здатна до саморегуляції і цілковитого самовідновлення біоти. Екосистеми перебувають у постійній взаємодії одна з одною, створюючи разом гігантський кругообіг речовин у межах біосфери.