Биосфера

Биосфе́ра(отдр.-греч.βιος— жизнь иσφαῖρα— сфера, шар) — оболочкаЗемли, заселённая живымиорганизмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальнаяэкосистемаЗемли.
Среда обитания ― это всё то, что окружает живое существо в природе. На Земле существуют четыре основные среды обитания, освоенные и заселённые организмами. Это наземно-воздушная среда, водная, почвенная и организменная, то есть тело какого-либо живого организма, которое используется для жизни другим организмом. Каждая из этих сред имеет свои специфические условия жизни. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всюгидросферу, верхнюю частьлитосферыи нижнюю частьатмосферы, то есть населяетэкосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».
Французский учёный-естествоиспытательЖан Батист Ламаркв начале XIX в. впервые предложил концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологомЭдуардом Зюссомв 1875 году.
Целостное учение о биосфере создал советский биогеохимик и философВ. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планетыЗемля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Существует и другое, более широкое определение: Биосфера — область распространенияжизнина космическом теле. При том, что существованиежизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океанеЕвропы— спутникаЮпитера.
Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.
Структура биосферы:
Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространствомчеловеческой экспансии в околоземном пространстве— панбиосферой.
Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки — атмосферная влага, источником энергии — солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство — более тонкий слой, чемтропосфера). Выше простирается слой крайне разреженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются — парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.
Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши — террабиосферы (с террабионтами), разделяемой на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) ипедосферу(почвыиподпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли — литобиосферу (с литобионтами, живущими в порахгорных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы —эоловая зона(с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов — гипотеррабиосферу, и слой, где возможно лишь обитание анаэробов — теллуробиосферу. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже — в гипобиосферу. Метабиосфера — все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.
Гидросфера — вся водная оболочка Земли (с подземными водами), населённая гидробионтами — распадается на слой континентальных вод — аквабиосферу (с аквабионтами) и область морей и океанов — маринобиосферу (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя — относительно ярко освещённуюфотосферу, всегда очень сумеречнуюдисфотосферу(до 1 % солнечнойинсоляции) и слой абсолютной темноты —афотосферу.
Развитие наблюдается лишь в живом веществе и связанным с ним биокосном. В косном веществе нашей планеты эволюционный процесс не проявляется.
Жизнь на Земле зародилась ещё вархее— примерно 3,5 млрд лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденныепалеонтологамидревнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты — одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесспочвообразованияна суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.
Фундаментальное отличие живого вещества от неживого заключается в реализации им функции максимизации устойчивости элементов и их композиций в пространстве-времени. Эта регулярность базируется на необходимости удерживать стационарное состояние в условиях неравновесия. Фундаментальная зависимость длительности жизни популяции от её параметров выражается конгруэнцией:τ≅exp⁡(rK22ε2),{\displaystyle \tau \cong \exp({\frac {rK^{2}}{2\varepsilon ^{2}}}),}гдеr{\displaystyle r}— коэффициент размножения,K{\displaystyle K}— емкость ареала,τ{\displaystyle \tau }— среднеквадратичное варьирование ареала. Это равенство означает, что популяция может увеличить среднюю длительность жизни особи без существенного увеличения энергии (если будет увеличивать емкость среды, или снижать потери на конкуренцию (повышение связности), или приспосабливаться к изменчивым условиямε,{\displaystyle \varepsilon ,}повышая сложность своей организации). Опыт многолетних наблюдений позволяет утверждать, что основной обмен (a,{\displaystyle a,}мВт) организмов таксонов высокого ранга является экспоненциальной функцией от времени их происхождения (T,{\displaystyle T,}млн. лет):a=0,378exp⁡(0,0073T).{\displaystyle a=0,378\exp(0,0073T).}Исходя из этих соображений, тепловой поток в состоянии покоя тем больше, чем с более эволюционно молодой организм рассматривается.
Пространство планеты анизотропно непрерывно, что для живого вещества с его ливизнойпредставляется римановым пространством, а пространство биосферы является эвклидовым (с вложенным в него множеством римановых подпространств). Резюме В. И. Вернадского: биосфера представляется земной оболочкой, в которой в состояниях пространства евклидовой трехмерной геометрии тел включены дисперсным образом и в дисперсной форме перечисленные мелкие римановские пространства живого вещества, связь между которыми поддерживается непрерывным биогенным током атомов.
Большой вклад в развитие учения о биосфере внёсВ. И. Вернадский. Впервые термин биосфера был введён Эдуардом Зюссом в 1875 году.
Н. А. Солнцеввландшафтоведенииразличал фитосферу и зоосферу.
Биосфера — открытая система. Человек не может существовать вне биосферы, однако стремится исследовать космическое пространство. ЕщёК. Э. Циолковскийсвязывал освоение космоса с созданием искусственной биосферы.
В настоящее время идея её создания вновь становится актуальной в связи с планами освоенияЛуныиМарса. Однако на данный моментпопытка созданияполностью автономной искусственной биосферы не увенчалась успехом.
Рассматривается возможность создания (пока в далёком будущем) внеземной биосферы на других планетах при помощитерраформирования.