Глава 1. БИОСФЕРА
Биосфера, называемая также экосферой, - это природная среда живых организмов,
сложная биологическая оболочка Земли. Ее точные границы трудно определить. Она включает
верхнюю часть литосферы, нижнюю часть атмосферы и гидросферу. Химические и
физические характеристики биосферы определяются характеристиками других сфер, которые
создают относительно постоянную среду обитания живых организмов в каждой экосистеме.
Экосистема - это основополагающая природная ячейка окружающей среды, состоящая из
сообщества всех живых организмов в данной области и имеющая сбалансированные циклы
элементов и потоков энергии.
В целом биосфера состоит из трех главных экосистем - пресноводной, морской и
экосистемы суши. Эти главные экосистемы включают множество меньших систем с
разнообразными размерами и условиями. Значительная доля экосистем уже заметно изменена
человеком, и эти изменения будут продолжаться.
Источник энергии жизненных процессов - это лучистая энергия Солнца, благодаря
которой происходит химическая реакция фотосинтеза. Значение других источников -
геотермальной и гравитационной энергии и электрических потенциалов - мало в сравнении с
общим потоком энергии, однако они могут определять некоторые условия существования
экосистем.
Наиболее древние биохимические процессы образования органического вещества на
поверхности Земли датируются ранним докембрием, т. е. примерно 3 млрд. лет назад. По
расчетным данным процесс фотосинтеза получил развитие уже более 1,5 млрд. лет назад. За
это время в ходе эволюции возникли многие миллионы видов живых организмов, и все они
приспосабливались к своей среде обитания.
Большинство минеральных питательных веществ для жизни на суше поставляется
преимущественно почвой, покрывающей поверхность литосферы. Атмосфера служит
источником только нескольких важных компонентов (N
2
, O
2
и СO
2
), а гидросфера (главный
источник воды) - основная составляющая всех живых организмов.
Общая масса живого вещества (более 90%) состоит главным образом из органических
соединений и воды. Органо-минеральные и минеральные компоненты слагают относительно
малую долю живого вещества. Живое вещество в основном состоит из четырех химических
элементов: С, О, Н и N. Такие элементы, как К, Р, Са, Mg, S, Na и С1, присутствуют в живых
организмах в меньших и сильно варьирующих количествах. Все эти элементы очень
подвижны в биосфере, для них характерно образование летучих или легкорастворимых
соединений, которые вовлекаются в главные биогеохимические циклы.
Большинство химических элементов присутствует в живом веществе в очень малых
концентрациях. Часть из них жизненно необходима для роста, развития и здоровья
организмов. Обычно количественные различия между необходимыми и биологически
избыточными количествами этих элементов очень малы. Некоторые микроэлементы также
важны для жизненных процессов, но их биохимические функции еще не выяснены. В
будущем может обнаружиться жизненно важное значение и остальных микроэлементов.
Химический состав живого вещества формировался и приспосабливался к химическому
составу окружающей среды в течение длительных периодов геологического времени. Однако
все организмы для того, чтобы развиваться в условиях окружающей среды сложного
геохимического состава, выработали механизмы активного извлечения элементов,
участвующих в жизненных процессах, и удаления токсичных избытков других элементов. Эти
процессы - основа гомеостаза, который необходим для существования любого организма.
Хотя все живые организмы, и в особенности растения, обнаруживают способность
избирательно извлекать химические элементы, они все же сильно зависят от геохимии
окружающей среды. Некоторые факторы среды, оказывающие неблагоприятное действие на
растения, могут вызывать либо эволюционные, либо резкие изменения даже в течение
коротких периодов времени, охватывающих жизнь всего нескольких поколений растительных
видов. Подобные явления легко увидеть на примере возрастания толерантности популяций