Тема 2. Екосистема. Біосфера

Область існування живих організмів на Землі називають біосферою (сферою життя). Вперше цей термін вжив австрійський геолог Е. Зюсс у 1875 р., але поширився він після видання в 1926 р. праці видатного вченого В.І. Вернадського «Біосфера». Нині біосфера розглядається як глобальна саморегулююча відкрита система, яка охоплює і активно перетворює речовинні й енергетичні характеристики літосфери, гідросфери та атмосфери завдяки невпинній діяльності живих організмів упродовж усієї геологічної історії Землі. Живі істоти (рослини, тварини, гриби, мікроорганізми) існують на поверхні Землі, в її атмосфері, гідросфері та верхній частині літосфери, в цілому складаючи плівку життя (сферу) на нашій планеті.

Біосфера сучасного етапу розвитку досить різноманітна за своєю структурою і складом, що безпосередньо співвідноситься з характером кліматичних і ландшафтних зон поверхні Землі. Жива речовина поширена на планеті нерівномірно. Великі океанські простори відносно бідні на живу речовину, вона сконцентрована переважно на мілководді (до глибини 200 м) й прирічкових ділянках. Водночас майже 99% біомаси планети зосереджено на материках. Саме тут знаходяться найскладніші біологічні угруповання, зокрема тропічні ліси, де налічується понад 1 млн. різних видів живих організмів.

На суші найбільш насичений життям є ґрунт, який, по суті, у далекому минулому створено організмами та який є унікальним резервуаром накопичення і збереження вологи і біогенних елементів. Концентрація життя у ґрунтовій плівці дуже висока: в 1 кубічному сантиметрі лісового ґрунту налічується в середньому 10 млн. бактерій, 200 тис. мікроскопічних водоростей тощо, а сумарна довжина гіфів грибів досягає 2 км.

Виразне згущення життя на суші властиве береговій зоні на межі з морським середовищем, у заплавах річок, у вологих тропічних лісах й частково у лісах субтропіків та у стоячих водоймах. Маса рослинної речовини у вологих тропіках складає 65 кг на кожний м², а у тайзі – лише 20-25 кг. Сумарна маса рослинної речовини вологих тропічних лісів становить близько 60% усієї живої речовини нашої планети, десь 10% її зосереджено у заплавах і дельтах великих річок, що займають тільки 1% суші. До речі, якщо усю масу живої речовини Землі рівномірно розподілити на її поверхні, то утвориться шар завтовшки лише 2 см.

У загальній біомасі Землі домінують мікроорганізми (бактерії, одноклітинні гриби, одноклітинні водорості, найпростіші), що переважно здійснюють головні біогеохімічні та енергетичні перетворення в біосфері. Підраховано, що оновлення всієї живої речовини нашої планети відбувається за 8-10 років, причому фітомаса суші оновлюється приблизно за 15 років, фітомаса океану – за один день, а вся океанічна біомаса – за 33 дні.

Верхня межа біосфери сягає 85 км над поверхнею Землі, де виявлено спори мікроорганізмів, щоправда, в латентному (сплячому) стані через надто несприятливі умови існування. Нижня межа біосфери сягає глибин літосфери 2-8 км, де виявлено живі бактерії, хоча температура становить 100°С. Активне й досить різноманітне життя вирує в тріщинах антарктичних льодовиків і на найбільших глибинах Світового океану, навіть в океанічних водах, уражених сірководнем, теж існують специфічні сіркобактерії.

В.І. Вернадський довів, що живі організми відіграють дуже важливу роль у геологічних процесах, які формують обличчя Землі. Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Велике значення мають організми також для формування літосфери – більшість порід, і не лише осадових, а й таких, як граніти, так чи інакше пов'язані своїм походженням з біосферою. Мінеральна інертна речовина переробляється ними, набуває нової якості. Живі організми не лише пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а і активно їх змінюють. Таким чином, жива та нежива речовини на Землі становлять гармонійне ціле, що, власне, й називається біосферою. Одним із проявів біологічної активності організмів є досить висока швидкість їх розмноження. Так, наприклад, одноклітинна водорость діатомея теоретично здатна утворити масу живої речовини, що дорівнює земній, а протягом наступного дня подвоїти її.

Слід врахувати, що життєдіяльність тварин, рослин, грибів та мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між організмами та середовищем, внаслідок чого всі хімічні елементи земної кори, атмосфери й гідросфери багаторазово входять до складу тих чи інших організмів. Підраховано, що вся планета проходить цикл розщеплення в рослинних клітинах і відновлення в рослинних і тваринних організмах, тобто оновлюється біосферою приблизно за 2 млн. років. Образно кажучи, ми дихаємо повітрям, яким дихали динозаври, й п’ємо воду, що входила до складу тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів.

Живі організми відіграють величезну роль в акумуляції сонячної енергії. Наприклад, поклади кам'яного вугілля – це сонячна енергія, накопичена рослинами минулих геологічних епох. Так само можна визначити й природу багатьох мінералів, зокрема вуглекислого кальцію, який утворює величезні маси вапняків і майже на 100 % має біогенне походження. Важливу роль живі організми відіграють у накопиченні багатьох металів, таких як залізо, мідь, марганець.

Велике значення для біосфери й господарської діяльності людини має кругообіг азоту, сірки, фосфору та інших елементів. Встановлено, що будь-який розчинний, але нелеткий елемент може здійснювати кругообіг лише через біосферу. Живі організми накопичують деякі елементи в своїх тканинах, а водні мешканці, крім того, збільшують їх вміст і в своєму середовищі життя тобто у воді (наприклад, такі елементи, як молібден, кобальт, нікель містяться у водному середовищі в значно більшій кількості, ніж на суходолі).

Таким чином, можна з впевненістю сказати, що за мільярди років геологічної історії живі організми невпізнанно змінили геосфери нашої планети.