2.2. Динамика и устойчивость биосферы

Биосфера неоднородна. Меняется ее мощность, насыщенность живыми организмами и косным веществом. Это определяется многими причинами.

Термин «динамика биосферы» означает систему закономерных изменений состояния среды обитания живых организмов и соответственно состояние самих этих организмов.

Первопричиной динамики биосферы считают поток поступающей на Землю солнечной энергии (видимый свет, тепловые (инфракрасные) лучи, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские лучи). Проходя через атмосферу и попутно взаимодействуя с нею, поток энергии определяет совокупность климатических процессов.

Конкретное состояние климатических процессов в каждом месте в каждый момент времени называют погодными условиями (погодой). Именно постоянное изменение погодных условий служит главной причиной разнообразных изменений в биосфере.

Над материками и океанами циркуляция атмосферы протекает в основном в форме перемещения воздушных масс. Воздушные потоки в жизни биосферы играют большую роль. В результате воздействия многих факторов траектории воздушных потоков периодически отклоняются от средних положений. Из-за этого в различных местах Земли происходят заморозки и оттепели, засухи и дожди, стихийные бедствия, и наоборот – наступают периоды устойчивости природных факторов.

Геологические факторы конкретизируют влияние погодных изменений на природную среду. Например, действие заморозков ослабевает в положительных (выступающих) и усиливается в отрицательных (углубленных) формах рельефа. И, наконец, при прогнозировании последствий изменения погоды нельзя не учитывать роль почвенного покрова, прежде всего – его замедленную реакцию на изменения погодных условий. Торможение проявляется прежде всего в том, что атмосферная засуха может быть сильной, но в почвенном покрове имеются запасы влаги, оставшиеся от предыдущих лет.

В настоящее время на динамику биосферы огромное влияние оказывает человеческая деятельность. В отличие от естественных экологических факторов она обусловливает не колебательные, а поступательные изменения природы. Так, например, прогресс водного транспорта влечет за собой создание каналов, соединяющих различные водные системы, и развитие обменов элементами флоры и фауны между водными бассейнами.

Развитие цивилизации привело к существенной перестройке биосферы. Стремление удовлетворить все потребности постоянно увеличивающейся популяции людей обусловило не только существенное изменение и даже исчезновение местных экосистем, но и сказалось на функционировании и устойчивости всей биосферы. Часто подобное воздействие носит характер экологической катастрофы. Перестроенную человеком биосферу называют техносферой (от греч. technē – мастерство).

К факторам устойчивости и стабильности биосферы относят:

– магнитное поле Земли. Огромная энергия, космического излучения способна за короткий срок разложить на ионы и электроны весь воздух атмосферы, т. е. уничтожить всю жизнь на планете. Земля представляет собой своеобразный магнит, его силовые линии окружают земной шар и образуют вокруг него магнитосферу, которая защищает живые организмы от солнечного излучения. Итак, магнитное поле Земли – фактор, без которого она не смогла бы зародиться в прошлом и сохраниться в настоящем;

– создание автотрофными организмами кислородной сферы. Появление такого активного элемента, как О₂ в свободном, т. е. молекулярном, состоянии существенно повлияло на процессы минералообразования в поверхностных слоях геологической оболочки планеты, следовательно, резко изменились и все химические факторы существования живого вещества;

– образование озона в стратосфере. Наполнение атмосферы кислородом способствовало появлению в ней озона, что связано с реакцией фотодиссоциации поступающего туда молекулярного кислорода под воздействием УФ-излучения Солнца с длиной волны менее 280 нм. 85–90 % озона находится в тропосфере: О₂ (hv) → О + О (атомарный); О + О₂ → О₃ ↔ О₃ (hv) → О₂ +О.

Низкое количественное содержание этого газа имеет огромное экобиологическое значение и служит защитным барьером, так как озоновый слой земли предотвращает поступление на ее поверхность опасных для живых организмов жестких ультрафиолетовых лучей с длиной волны менее 280 нм и значительно ослабляет полосу ультрафио­летового излучения с длиной волны 280...320 нм;

– высокое видовое разнообразие живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока веществ и распределении энергии;

– тесное переплетение и взаимосвязь биогенных и абиогенных процессов;

– согласованность циклов отдельных элементов. Одним из основных принципов стабильного функционирования экосистемы является замкнутый цикл круговорота биогенных элементов в природе, что позволяет поддерживать постоянство химических факторов среды. Непрерывному круговороту в биосфере Земли подвергаются следующие элементы: живое вещество биосферы обновляется раз в 8 лет; фитомассы суши (биомасса наземных растений) – 14 лет; фитомассы океана – за 1 день; полная смена вод в гидросфере происходит раз в 2800 лет; кислорода в атмосфере – за несколько тысяч лет; СО₂ – за 6,3 года. Геохимические циклы охватывают атмосферу, океан, толщу донных осадков и кору выветривания. Наиболее жизненно важными считаются вещества, из которых состоят белковые молекулы, – углерод, азот, кислород, фосфор и сера.

Таким образом, биосфера – это сложная, грандиозная эколо-географическая система, включающая в себя многочисленные системы низших рангов: биогеоценозы, популяции, организмы. Все они определенным образом взаимодействуют и обеспечивают, с одной стороны, определенную устойчивость биосферы, а с другой – ее развитие, эволюцию.