Кукурудза С.І. Біогеографія

Подождите немного. Документ загружается.

6. Â÷åííÿ ïðî á³îñôåðó, àáî á³îñôåðîëîã³ÿ

151

цях “Історія мінералів земної кори” (1923–1933), “Біосфера” (1926),

“Хімічна будова біосфери Землі та її довкілля” (1965) виклав головні

висновки вчення про біосферу:

• живу речовину не можна розглядати у відриві від біосфе

ри, геологічною функцією якої вона є. Жива речовина або

її сліди наявні в осадових і метаморфізованих гірських

породах, природних водах і атмосферному повітрі. Су

часні компоненти біосфери є “продуктом” життєдіяль

ності організмів;

• біосферу слід розглядати як оболонку перетворення кос

мічної енергії всіх небесних тіл і

, насамперед, сонячного

випромінювання;

• біосфера є планетарним явищем космічного характеру.

Зауважимо, що сучасники вченого не відразу оцінили його по

гляди стосовно біосфери. Лише після публікації праць ученого у 50-х

роках минулого століття у США їхнє видання і

перевидання розпочалося в колишньому Радян

ському Союзі. Саме тому праця “Хімічна будова

біосфери Землі та її довкілля”, яку він називав

“книгою свого життя”, була опублікована впер-

ше через

20 років після смерті вченого.

Згідно із сучасними поглядами біосфера –

це своєрідна оболонка Землі, яка містить всю

сукупність живих організмів і ту частину ре

човини планети

, що перебуває у безперервному

обміні з цими організмами. Вона значною мірою

змінена людиною. Стан біосфери, у якому людська діяльність віді

грає головну роль, В

. Вернадський називав ноосферою (грец. νόος –

розум).

Щодо поняття “ноосфера”, то його в науковий вжиток запро

вадили французькі вчені Е

. Леруа (1927) і П. Теяр де Шарден (1930).

Палеонтолог, філософ і теолог П

. Теяр де Шарден уявляв ноосферу як

“ідеальну

, духовно-матеріальну оболонку планети, яка формується

внаслідок продуманих свідомих дій людини”. Ноосферу він розглядав

“як колективну свідомість, що почне контролювати напрям май-

бутньої еволюції планети і зіллється з природою в ідеальній точці

В. Вернадський

(1863–1945)

×àñòèíà 1. Çàãàëüí³ ïðîáëåìè á³îãåîãðàô³¿

152

“Омега”, подібно до того, як раніше утворилися такі цілісності, як

молекули

, клітини, організми”.

В. Вернадський поняття ноосфера трактував “як нову силу, на-

укову думку, планетарне явище, що може трансформувати біосферу

в таку стадію свого розвитку, рушійною силою формування якої

стане людський розум і людська праця”. На жаль, В

. Вернадський

встиг лише в загальних рисах окреслити засади вчення про ноосферу.

Його застереження: “У геологічній історії біосфери перед людиною

відкривається величезне майбутнє

, якщо вона зрозуміє це і не буде

використовувати свій розум і свою працю на самознищення

” над-

звичайно актуальне і дивним чином пов’язане із застереженнями

древніх єгиптян, залишеними на піраміді Хеопса

Академік М

. Мойсєєв вважає, що формування нової цивілізації

можливе через коеволюцію (об’єднання, спільну еволюцію) люд

ського суспільства та біосфери. На його думку, “коеволюція – це

узгодження “стратегії природи” і “стратегії розуму”, вона може

відбуватися шляхом зміни ставлення людської спільноти до природи

підпорядкування людства “екологічному імперативу

”. Цю вимогу

вчений-математик вважав обов’язковою стосовно будь-яких прогнозів

та впливів на природне довкілля. Адже існують певні гранично-до

пустимі стани не тільки окремих ландшафтних систем чи екосистем,

а всієї біосфери, які ніхто й ніколи не повинен переступати. На жаль,

антропічний вплив на біосферу не завжди є глибоко продуманим,

швидше навпаки – більшість дій людини стосовно біосфери мають

не творчо-захисний, а деструктивний характер

Учені другої половини ХХ – початку

ХХІ ст. є авторами гіпотез і концепцій, пов’я

заних з тим, щоб вплив людини на біосферу

спрямувати у контрольоване розумом річище.

Серед них “глобальне бачення світу і відмова від

конфронтації” (Маніфест Рассела-Ейнштейна),

“трансформація системи егоїстичних держав

у єдину світову спільноту” (А

. Печчеї), “еколо-

гічна концепція розвитку економіки” (Л

. Браун),

“екологічна Конституція Землі” (Ю. Туниця) та

ін. Теоретичні й технічні можливості для роз

П’єр Теяр де Шарден

(1881–1955)

6. Â÷åííÿ ïðî á³îñôåðó, àáî á³îñôåðîëîã³ÿ

153

роблення стратегії спільних дій щодо сталого розвитку є, і вони

реальні. Для цього потрібна політична воля, адже, незважаючи на

політичні, економічні, етнічні й релігійні розбіжності, маємо єдину

планету Земля і мусимо спільно на ній жити. Однак поки що тверди

ти про ноосферу в розумінні П

. Теяра де Шардена і В. Вернадського,

очевидно, завчасно.

6.2. Ñòðóêòóðà á³îñôåðè

В. Вернадський та його послідовники визначають біосферу як

планетарну оболонку Землі, склад і будова якої зумовлені минулою і

сучасною життєдіяльністю організмів. До складу біосфери належать:

а) сучасні живі організми; б) відмерлі тіла організмів, які у взаємодії

з абіотичними компонентами – гірськими породами, водою і повітрям

(або без нього) – утворили біогенну речовину, зокрема каустобіоліти

(грец. καυστός – горючий, βίος – життя і λίθος – камінь) – вугілля, го-

рючі сланці, нафту, торф, а також вапняки, доломіти, залізні та інші

руди біогенного походження; в) напівбіогенна або органо-мінеральна

речовина (ґрунти, мули, сапропелі), які утворилися внаслідок вза

ємодії живої речовини з гірськими породами (біокосна речовина за

В. Вернадським); г) абіотичні компоненти, які є середовищем для

живих істот і беруть безпосередню участь в обміні з ними речовиною,

енергією та інформацією (косна речовина за В

. Вернадським).

Теоретичні межі біосфери, на думку М

. Реймерса, значно ширші,

оскільки в гідротермах дна Світового океану на глибинах близько

трьох кілометрів знайдено організми при температурі 250

°С (!). При

тиску 300 атмосфер вода тут не кипить (межа життя лімітується

точками перетворення води в пару і згортанням білків). На глибинах

км, як стверджують вчені, має бути температура 460°С, при якій за

будь-якого тиску вода перетворюється в пару і життя є неможливе

Поняття структури передбачає поділ системи на ієрархічні

структурні рівні, тобто на горизонтальні й вертикальні ієрархічні

підсистеми. Біосфера є саме такою складною функціонально актив

ною геопросторовою мегасистемою

Ієрархічна будова біосфери. Відомий російський еколог М

. Рей-

мерс (1990) виділяє вісім ієрархічних рівнів у структурі біосфери:

×àñòèíà 1. Çàãàëüí³ ïðîáëåìè á³îãåîãðàô³¿

154

біогеоценоз – біокомплекс – біолокус – біозона – біорбіс – царство –

террабіосфера – біосфера. В

. Кучерявий (2001), критично аналізуючи

ієрархічну систему біосфери М

. Реймерса, вказує на два підходи в її

виділенні (фізико-географічний і біотичний), які утворюють єдиний

“екологічний стрижень ієрархії екосистеми біосфери”. Доцільність

саме такого підходу обґрунтовував відомий вітчизняний вчений

, ака-

демік П

. Погребняк (1975), а деякі вчені (К. Геренчук, С. Кукурудза,

1977) намагалися об’єднати ці два підходи і розробити узгоджену

систему таксономічних одиниць фізико-географічних, геолого-гео

морфологічних, гідро-кліматичних та біотичних систем

, виділивши

сім ієрархічних рівнів у структурі географічної оболонки.

Вертикальна структура біосфери визначається існуванням

автохтонних організмів (рис. 6.1). Якщо за точку відліку взяти рівень

Світового океану, то верхня межа біосфери збігатиметься з нижньою

межею найбільшої концентрації озонового горизонту, яка розташова

на на висоті 22–24 км. Звісно, що на такій висоті постійних мешканців

немає, але висхідні повітряні потоки заносять сюди велику кількість

мікроорганізмів, які “заселяють” частинки пилу, котрі водночас є

ядрами конденсації вологи. Віруси, пилок, спори досить часто тра

пляються на значних висотах

Всю товщу повітряної маси від поверхні океану і суходолу до

найбільшої концентрації озону М

. Реймерс назвав аеробіосферою.

Аеробіосферу можна розділити на три частини: нижню частину тро

посфери до висоти 50

–300 м – хамеаеробіосферу (грец. χαμαί – низько,

повітря, біосфера), яка найбільше насичена життям; середню і верх

ню частину тропосфери

, де життя розріджене – мезоаеробіосферу

до висоти

8–18 км тропосфери, і нижню частину стратосфери (до

озонового горизонту) – екзоаеробіосферу. В екзоаеробіосфері, як і у

верхній частині мезоаеробіосфери

, організми можуть існувати лише

в стані анабіозу. Цю частину аеробіосфери з екстремальними (лат.

extremus – крайній) життєвими умовами називають парабіосферою

(Дж. Хатчісон, 1972).

Висоти суходолу над рівнем моря аж до найвищої вершини

Землі – Евересту (8 848 м) – з відповідними біогеоценозами диферен

ціюють на підставі фізико-географічного поділу на рівнини (низовини

0–200 м н. р. м. й височини 200–500 м н. р. м.) та гори (низькі – до

6. Â÷åííÿ ïðî á³îñôåðó, àáî á³îñôåðîëîã³ÿ

155

1000 м, середні – до 2 000 м і високі – понад 2 000 м) з відповідними

рівнинними та гірськими біоценозами

Від нульового рівня океану аж до його максимальних глибин

(Маріанський жолоб – 11 022 м) розміщена океанобіосфера

. (Водні

об’єкти суходолу з відповідними організмами називають аквабіос

ферою. Океанобіосфера поділяється за глибинами і рівнем освітле-

ності на чотири частини:

літоральну (лат. litoralis – прибережний) з

Рис. 6.1. Вертикальна структура біосфери:

а – верхня межа стратосфери (межа життя); б – верхня межа існу-

вання спор бактерій та інших зародків; в – верхня межа тропосфери;

г – верхня межа польоту орлів; ґ – верхня межа польоту комах;

д – верхня межа існування грибків; е – верхня межа міграції птахів;

є – верхня межа польоту птахів; ж – рівень моря; з – нижня межа

життя в біосфері;

и – нижня межа існування організмів у підземних

водах (2600 м);

і – нижня межа життя в літосфері (3 000 м, 100°С)

(Саlinescu, Bunesku, Patroescu)

і и

×àñòèíà 1. Çàãàëüí³ ïðîáëåìè á³îãåîãðàô³¿

156

глибинами до 200 м. До цієї глибини доходить 1,0–0,5% сонячного

світла і можливий фотосинтез. Вона найбільше насичена життям.

За рівнем освітленості М

. Реймерс назвав її евфотичною (грец. εὖ –

добре і світло). У глибоководній частині океану їй відповідає

епіпе-

лагіаль (грец.

έπί – над і πέλαγος – відкрите море) – двохсотметрова

товща води над глибоководною частиною океану. Цю зону можна

назвати епібіосферою. Нижче літоральної (епіпелагіальної) зони

розташована

батіальна (грец. βαθύς – глибокий) зона з глибинами

0,2

–3,0 км. У відкритому океані цим глибинам відповідають мезо-

пелагіаль (0,2

–0,5 км) і батіпелагіаль (0,5–3,0 км). Слабкий рівень

освітлення характерний лише для верхньої частини батіальної зони,

яку М

. Реймерс назвав дисфотичною (грец. δυσ – префікс, що озна-

чає утруднення, розклад і світло), в якій обмаль світла. За сукупністю

глибин і освітлення її можна назвати батібіосферою

За аналогією абісальні (грец.

ἄβυσσος – безодня) глибини (3–

6 км), де немає світла (афотичні), можна назвати абісобіосферою, а

понад 6 км глибини – ультраабісобіосферою, або екстремобісфе

рою. Адже такі глибоководні западини мають екстремальні умови

життєвого середовища і суцільно не поширені. Екстремобіосферою

можна назвати також гірські вершини висотою понад

6,0–6,5 км, по-

криті льодовиками, адже там можуть існувати лише мікроорганізми,

спори, насіння рослин у стані анабіозу.

До всіх глибин дна Світового океану приурочені бентосні (грец.

βένθος – дно, глибини) організми, які утворюють своєрідну оболон-

ку – бентособіосферу. Це головно океанічний мул, до десятків метрів

“нашпигований” глибоководними організмами: губками (Poryfera),

морськими зірками (Asteroidea), офіурами (Ophiuroidea), голотуріями

(Holothuroidea) та ін.

Земна кора на суходолі має найбільшу потужність під гірськими

системами – до 70 км. Анаеробні мікроорганізми знайдено найглибше

у нафтоносних водах на глибинах близько 4,5 км. Глибше можуть за

лягати осадові породи, які утворились за сприяння живих організмів

у минулі геологічні епохи. У сучасних умовах на цих глибинах ознак

життя не виявлено.

Найщільніше заселений приповерхневий п’ятиметровий гори

зонт

, до якого приурочені ґрунти й підґрунтя (материнські породи).

6. Â÷åííÿ ïðî á³îñôåðó, àáî á³îñôåðîëîã³ÿ

157

Цей горизонт має назву педосфери. Загалом кора вивітрювання гір-

ських порід сягає

30–50 м, максимально – до 200 м. На цих глибинах

значно рідше трапляються живі організми. Цю частину земної кори

можна назвати гіпобіопедосферою (грец.

ὑίπό – під, вниз). Нижче

гіпобіопедосфери аж до глибини 1 000 м поширюється ґрунтове пові

тря

, або “підземна тропосфера”. Сюди випадково можуть потрапляти

деякі організми, але вони перебувають там тимчасово, бо не дають

потомства. Цю частину літосфери називають гіпогеобіосферою. На

глибинах 1 000

–5 000 м розташована теллуробіосфера (лат tellus (tellu-

rіs) – Земля). Ґрунтового повітря на таких глибинах немає, тому там

можуть траплятися лише анаеробні бактерії. Лімітуючим чинником на

цих глибинах є не тільки відсутність повітря, а й високі температури,

які сягають

80–105°С.

Нижче теллуробіосфери (5

–6 км) виділяють гіпобіосферу, куди

випадково можуть потрапляти анаеробні організми, а ще нижче (6

–

11 км) розміщена метабіосфера – горизонт літосфери, перетворений

живими організмами (живою речовиною або біогенними речовина

ми), але в ньому живих організмів немає.

Отже

, максимальна висота біосфери не перевищує 22–24 км над

поверхнею Землі, де розташований найщільніший озоновий горизонт,

і не опускається глибше

10–12 км, що в сумі становить 32–36 км.

Закономірності горизонтальної структури біосфери розгляда

ються в регіональній частині підручника (розділи

8–12).

6.3. Ðîëü æèâèõ îðãàí³çì³â ó ôîðìóâàíí³ á³îñôåðè

Для дослідження живої речовини планети В. Вернадський запро-

понував такі категорії

, як “вага” і “об’єм”, що дало можливість надалі

досить точно визначити параметри біомаси, а також продуктивність

біосфери та її складових: суходолу та Світового океану. Завдяки пра

цям В

. Богорова (1969), М. Базилевича, Л. Родіна і М. Розова (1970),

О. Рябчикова (1972), В. Степанова (1983) нині маємо хоч і розбіжні,

але в межах одного порядку дані про біомасу та продуктивність живих

організмів нашої планети (табл

. 6.1).

Найбільшу біомасу має рослинність суходолу завдяки фітомасі

лісів. Продуктивність фітомаси суходолу більше як удвічі перевищує

×àñòèíà 1. Çàãàëüí³ ïðîáëåìè á³îãåîãðàô³¿

158

продуктивність океану. І це за умови, що морські рослини не мають

механічних тканин, деревини, а лише фотосинтезуючі клітини. Мож

на зробити висновок про те, що їхня геохімічна робота (фотосинтез)

значно продуктивніша, ніж наземних.

Таблиця 6.1. Жива маса біосфери та її щорічна продуктивність

сухої речовини

, млрд т (О. Рябчиков, 1972)

Компоненти

біосфери

Біомаса

Суходолу Океану

Землі (загалом)

Загальна

маса

Продук-

тивність

Загальна

маса

Продук-

тивність

Загальна

маса

Продук-

тивність

Фітомаса

1770 121,6 0,17 55 1770 176,6

В тому числі

фітомаса лісів

1509 70 – – – –

Зоомаса

16,5 66 3,3 5,6 19,8 71,6

Біомаса

1786,5 187,6 3,47 60,6 1789,8 248,2

Загалом зоомаса суходолу у п’ять, а продуктивність у десять

разів вища, ніж океану. В океані біомаса тварин приблизно у

20 ра-

зів перевищує біомасу рослин. Здавалося б

, парадокс, адже рослини

є кормом для тварин і як так може бути, що їхня маса менша від

маси тварин. Проте, виявляється, що основну масу рослин в океані

становлять фітопланктонні організми – мікроскопічні водорості, які

пасивно переміщаються у приповерхневій товщі води і надзвичайно

швидко розмножуються, даючи десятки-сотні тисяч “урожаїв” про

тягом року.

Р. Уіттекер (1980) підрахував, що біомаса зелених рослин на

одиницю площі в океані в

400 разів менша, ніж на суходолі, а їхня

загальна щорічна продуктивність (щорічний приріст) тільки удвічі

менша.

Організми протягом року використовують близько

55 ккал/см

енергії видимої частини сонячного спектра. Здатність нагромаджу-

вати (акумулювати

) енергію сонячного світла в органічній речовині

називають продуктивністю живих організмів

Незалежно від методів та авторів підрахунку, виявлено деякі

загальні закономірності розподілу біомаси організмів на суходолі

та в океані:

6. Â÷åííÿ ïðî á³îñôåðó, àáî á³îñôåðîëîã³ÿ

159

• в океані загальна біомаса організмів значно нижча, ніж

на суходолі;

• основна біомаса рослин зосереджена на суходолі;

• біомаса тварин в океані менша від біомаси тварин су-

ходолу;

• на суходолі біомаса рослин на декілька порядків переви

щує біомасу тварин;

• в океані біомаса тварин значно перевищує біомасу рослин.

У географічній оболонці біомаса становить дуже малу частку

від її загальної маси. Норвезький геохімік В

. Гольдшмідт (1889–1945)

так порівнював співвідношення компонентів географічної оболонки:

якщо уявити літосферу у вигляді кам’яної чаші вагою

10,5 фунтів

(≈ 5 кг), то вода в ній вагою 1 фунт (≈ 0,5 кг) буде еквівалентна гідро-

сфері Землі

, вага мідної монети – вазі атмосфери, а вага поштової

марки – вазі біосфери

Незважаючи на таку мізерну вагу біосфери, організми в гео

графічній оболонці виконують надзвичайно продуктивну роботу.

Насамперед вони акумулюють енергію сонячних променів, котру

перетворюють у хімічну, електричну, теплову та інші види. Біогенна

міграція речовини й енергії також здійснюється завдяки життєдіяль

ності організмів. Така міграція відбувається внаслідок розмноження

і розселення живих істот та проникнення життя в найвіддаленіші

екологічні ніші.

Живі організми вирізняються різними швидкостями переда

чі життя. Найбільша швидкість розмноження, що наближається до

швидкості звуку в атмосфері

(330 м/с), характерна для найменших

організмів (мікро- та ультрамікроорганізмів). Найменша швидкість

розмноження, тобто передача геохімічної енергії, простежується в

найбільших організмів. Із суходільних істот це є слони, з морських –

кити. У них найбільша тривалість вагітності, що становить від 12

до 18 місяців.

Мікроорганізми мають необмежені можливості у збільшенні

біомаси за сприятливих умов. Зокрема, водорость діатомеї, розмножу

ючись за ідеальних умов, може дати кількість біомаси

, еквівалентну

нашій планеті

, протягом восьми діб, а за наступну годину її подвоїти.

Інфузорія за

30 діб здатна дати потомство, біомаса якого перевищу-

×àñòèíà 1. Çàãàëüí³ ïðîáëåìè á³îãåîãðàô³¿

160

вала б масу Сонця в мільйон разів. Академік В. Вернадський (1934)

з цього приводу зазначав: “

...якщо бактерія холери може покрити

суцільним покривом поверхню планети за одну з четвертю доби

то слон

, який розмножується найповільніше, може зробити це за

3–3,5 тис. років. Але в безмірності геологічної тривалості земного

життя геохімічний ефект обох морфологічних форм – слона і бак

терії – практично буде однаковим

. Організм, який розмножується

в біосфері найповільніше

, буде величезною силою, що змінює при-

родне довкілля так

, як і той, що розмножується найшвидше. Але ця

величезна сила організмів не проявляється тому

, що немає стільки

поживи й повітря, а також багато організмів гинуть, не досягнувши

статевої зрілості. На земній поверхні немає більшої хімічної сили, що

постійно діє

, а тому й могутнішої за своїми кінцевими наслідками,

ніж живі організми разом взяті

”.

Наука стверджує, що життя на Землі виникло понад 3,5 млрд

років тому. За біогенний період розвитку нашої планети живі ор

ганізми значно змінили її поверхню (

“обличчя”), створили сучасну

географічну оболонку, або біосферу

, в широкому її розумінні. Сучасні

літосфера, гідросфера, атмосфера, педосфера утворилися завдяки

активній дії живих організмів протягом мільярдів років.

Сучасна

літосфера містить багато порід, у складі яких є вуг-

лець. Усі ці породи мають біогенне походження. Таке ж походження

мають залізні руди, діатоміти, сапропелі тощо. Вся сучасна кора ви

вітрювання утворилася внаслідок вивітрювання первинних криста

лічних та магматичних порід. Найактивнішу участь у цьому процесі

беруть живі організми. Вони виділяють органічні кислоти

, сприяючи

швидкому руйнуванню кристалів, утворенню вторинних мінералів,

зокрема, глинистих, а також гідратів окислів заліза, алюмінію, крем

нію. Такі ж органічні речовини виділяють нижчі рослини, тварини,

гриби й мікроорганізми. Велику роль у процесі руйнування гірських

порід відіграють бактерії, зокрема анаеробні, які наявні на значних

глибинах без доступу кисню.

Гідросфера Землі також зазнала значного впливу живих істот.

З часу виникнення життя на Землі обсяг води в Світовому океані

збільшився приблизно на порядок. Ця вода зазнала впливу морських

організмів, які змінили її сольовий склад і насиченість газами. Це на