12.2. Структура биосферы

На нынешней стадии развития Земли материковая и океанская части биосферы различны. В биомассе суши абсолютно преобладает вещество растений, главным образом древесных: на фитомассу приходится 97 – 98%, на зоомассу 1 – 3%. Естественная фитомасса суши до активного воздействия человека составляла 6,25 • 10¹² т (для сравнения – масса атмосферы 5 • 10¹⁵т, гидросферы 1,4 • 10¹⁸т, земной коры 3 • 10¹⁹т). В настоящее время под воздействием хозяйственной деятельности людей фитомасса сократилась примерно на 25%, т. е. составляет около 1,88 • 10¹²т сухого вещества.

Структура живого вещества Мирового океана характеризуется тем, что масса животных превышает массу растений, среди последних преобладает фитопланктон. Суммарная масса животных и бактерий Мирового океана близка к 4,5 • 10⁹ т, масса растений – 3,5 • 10⁹ т. В океане почти нет высших растений, так как площадь литорали, на которой растут прикрепленные ко дну рас­тения, составляет всего 2% от общей площади дна океана. Основу жизни в океане составляют микроскопические водоросли фито­планктона и микроскопические травоядные организмы зоопланк­тона. Те и другие в воде крайне рассеяны, концентрация жизни в сотни тысяч раз меньше, чем на суше.

Таким образом, живая масса планеты преимущественно растительная.

12.3. Химический состав живого вещества

Подсчитано, что в живой (сырой) биомассе Мировой суши содержится 60% воды, 38% органического вещества, 2% зольных элементов. При пересчете на абсолютно сухую биомассу³это составляет 95% органического вещества и 5% зольных элементов. Исходным источником минеральных веществ является земная кора. Если исключить зольные элементы, то окажется, что органическое вещество биоомассы суши содержит 48% углерода, 41% кислорода, 7% водорода и 2% азота.

В состав живых организмов входят более 70 химических элементов, главные из которых (биогенные элементы) – это C, O, H, N, S, P, K, Fe, Ca и некоторые другие. Большинство из них содержатся в ничтожном количестве.

Особенностью живого вещества океана является более высокое содержание воды (около 80%), азота и серы. Содержание зольных элементов также выше и составляет 40 – 50% от сухой биомассы. Концентрация почти всех главных зольных элементов в растениях океана по сравнению с растительностью суши существенно больше, особенно натрия, магния, хлора и серы. Для рассеянных элементов характерно еще более значительное превышение концентрации – в десятки и сотни раз. Это относится, в частности, к иоду, брому и таким тяжелым металлам, как кадмий, цинк, ртуть, свинец, ванадий и др.

Одним из основных свойств живого вещества является его постоянное самообновление: одни поколения организмов сменяются другими, возобновляются отмирающие клетки и ткани. Закономерности биологического круговорота в океане отличаются от таковых на суше. Фитомасса океана мала в сравнении с фитомассой суши, однако, в результате быстрой воспроизводимости планктонных организмов годовая продукция фотосинтеза Мирового океана близка к фитомассе суши. Это становится возможным за счет максимального использования элементов питания, которые присутствуют в небольшом количестве. Морские организмы эволюционно приспособились к дефициту ряда элементов в среде обитания и, как считается, не имеют механизмов, которые препятствовали бы поступлению рассеянных элементов. В результате организмы активно поглощают рассеянные элементы, в том числе токсичные. Концентрации таких элементов постепенно возрастают вместе с переходом на каждый последующий трофический уровень, достигают опасных для человека значений в конечных звеньях цепей питания, особенно в некоторых организмах-фильтраторах. Поэтому загрязнение морской воды неочищенными производственными стоками нередко приводит к отравлению людей морепродуктами.

Современное представление о биосфере основано на учении В. И. Вернадского. До появления его трудов живым организ­мам в преобразовании географической оболочки отводилась скромная роль. В сравнении с неорганическими процессами: движения земной коры, вулканизм, воздействия рек, ледников, морских волн, ветра и т. п., результаты которых очевидны, – возможности живых организмов представлялись очень незна­чительными, а сами они ничтожно малыми, беспомощными, вынужденными приспосабливаться к условиям, создаваемым неорганическими процессами. Действительно, воздействие одного отдельно взятого организма на среду ничтожно мало, но масштабы совокупного действия всех орга­низмов, непрерывно появлявшихся и отмиравших, за все вре­мя существования жизни на Земле грандиозны. Это дало В. И. Вернадскому основание говорить о живом веществе как о самой мощной геологической силе биосферы, растущей с ходом времени.

Биосфера оказывает влияние на развитие других оболочек Земли. Установлено, что большая часть углекислого газа и кислорода атмосферы биогенного происхождения. Влияние живого вещества сказалось и на литосфере, где про­явление процессов выветривания происходит при воздействии живых организмов, а при участии бактерий осуществляются окислительные и восстановительные реакции. Живые организмы принимают де­ятельное участие в перемещении и накоплении различных элементов: углерода, кислорода, кальция, фосфора, серы, меди, йода, радия и многих др. При участии организмов создаются осадочные горные породы, такие как известняки, мел, фосфориты, угли, торф, нефть, а также руды (железистые, марганцевые и др.).

1Соленость – количество растворенных твердых минеральных веществ (солей), выраженное в граммах на 1 кг морской воды. Обозначается знаком ‰ (промиле).

2Конвекция (от лат. convectio – принесение, доставка) – перемещение макроскопических частей среды (газа, жидкости), приводящее к переносу массы, теплоты и др. физических величин. Естественная (свободная) конвекция вызвана неоднородностью среды (градиент температуры и плотности).

3С целью исключения влияния сильно варьирующих количеств воды и приведения данных о содержании химических элементов к выражению, удобному для сравнения, рассчитывают содержание элементов на абсолютно сухое органическое вещество (высушенное до постоянной массы при температуре 102 – 105^оС)

22