Биосфера
Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар), также известная как биогеоценотический покров Земли или экосфера, — это оболочка Земли, состав, энергетика и организация которой определяется взаимодействием её биотических (живых) и абиотических (неживых) компонентов. Термин ввёл в науку австрийский геолог Эдуард Зюсс в 1875 году, а современное учение о биосфере создал Владимир Иванович Вернадский в 1926 году. Первые представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочке Земли сформулировал Жан-Батист Ламарк в 1802 году.
Биосфера включает:
- организмы (около 3 млн видов),
- их остатки,
- зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые и видоизменённые этими организмами.
В состав биосферы, помимо живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов), входят:
- биогенное вещество — продукты жизнедеятельности живых организмов (осадочные породы органического происхождения),
- биокосное вещество — продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами,
- косное вещество — горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, а также переработанные и видоизменённые живыми организмами вещества космического происхождения (космическая пыль, метеориты и т.п.),
- радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов,
- рассеянные атомы, не связанные химическими реакциями.
Самая существенная особенность биосферы — биогенная миграция атомов химических элементов, вызванная энергией Солнца и выражающаяся в процессах обмена веществ, роста и размножения организмов. Биогенная миграция подчиняется биогеохимическим принципам, сформулированным В. И. Вернадским в 1940 году.
С точки зрения иерархических уровней организации живой материи и системного подхода, биосфера — это совокупность всех экосистем (биогеоценозов), распространённых в пределах геосфер, с которыми взаимодействует живая оболочка Земли.
Границы биосферы:
- в атмосфере — до озонового слоя (25–35 км),
- в гидросфере — до максимальных глубин (около 11 км),
- в литосфере — до 8–10 м, реже до 3 км (нефтеносные слои воды).
Все экологические ниши, пригодные для жизни, заняты биосферой. Она возникла одновременно с появлением жизни на Земле, первоначально (около 4 млрд лет назад) в виде примитивных биоценозов (протобиоценозов) в первичном Мировом океане. Около 450 млн лет назад биосфера начала занимать сушу, где, несмотря на гораздо более жёсткие экологические условия, эволюционировала в направлении максимального видового разнообразия. В результате соотношение числа видов животных и растений в Мировом океане и на суше составило в среднем 1 : 5.
Основные факторы эволюции биосферы:
- абиотические (космические и геологические),
- биотические (изменчивость, то есть мутации, наследственность, борьба за существование, естественный отбор),
- антропогенные, особенно в эпоху научно-технической революции, благодаря которым биосфера постепенно переходит в ноосферу.
Общая биомасса биосферы составляет около 85–100 млрд т сухого органического вещества, в том числе в Мировом океане — 30 млрд т. Среднегодовая биопродуктивность биосферы — около 150 млрд т сухого органического вещества, или 4,2·10²¹ Дж в год. Потенциальная биопродуктивность биосферы является основным источником обеспечения человечества продовольствием.
Ограниченность потенциальной продуктивности биосферы и демографический взрыв обусловливают глобальный дефицит продовольствия: разница между реальной продуктивностью биосферы и потребностью человечества составляет по белку более 20%, по количеству калорий — более 40%.
В целях комплексного изучения взаимодействия человека и биосферы ЮНЕСКО разработала в 1971 году комплексную долговременную программу «Человек и биосфера». Этой проблемой занимаются также Международный союз охраны природы и природных ресурсов, Международный фонд охраны дикой природы, ЮНЕП и другие.
Современный контекст
В 1977 году М. И. Будыко предложил объединить все проблемы, касающиеся системы «человек — общество — биосфера», в науку «глобальная экология». С начала XXI века активно развивается концепция антропоцена — новой геологической эпохи, в которой деятельность человека стала главным фактором изменения биосферы и планетарных процессов. Современные данные дистанционного зондирования Земли (спутниковые системы, с 2000-х годов) и методы ГИС позволили уточнить границы биосферы: например, микроорганизмы обнаружены в литосфере на глубинах до 5 км и в атмосфере на высоте до 77 км (бактерии в стратосфере, исследования 2015–2020 годов). Программа «Человек и биосфера» обновлена в 2010-х годах с акцентом на устойчивое развитие и сохранение биоразнообразия в условиях изменения климата.