Розділ «Глава 8. БІОСФЕРА»

8.1. Загальні відомості

Біосфера — загальнопланетарна оболонка, склад, будова й енергетика якої зумовлені минулою і сучасною діяльністю всієї сукупності організмів на Землі. Біосфера виникла близько 3,5 млрд. років тому. Вона включає в себе верхній шар земної кори, нижні шари атмосфери і всю гідросферу. Нижня (термічна) межа біосфери зумовлена високими температурами глибинних верств земної кори, верхня (промениста) — наявністю високих доз ультрафіолетового випромінювання, від якого живі організми захищені озоновим шаром. Біосфера є складною, цілісною, організованою і саморегульованою екологічною системою, в якій під дією живих організмів відбувається акумуляція, трансформація і перерозподіл величезних ресурсів речовини та енергії.

Вперше термін "біосфера" вжив на початку XIX ст. французький природознавець Ж.Б. Ламарк. У науковій літературі цей термін вперше використав у 1875 р. австрійський геолог Б. Зюсс. У своїй праці він висунув оригінальну ідею про концентричні оболонки, які обгортають земну кулю — літосферу, гідросферу, атмосферу і біосферу. Але поняття про біосферу як про середовище життя Е. Зюсс не розвинув. Заслуга створення фундаментального вчення про біосферу належить видатному українському вченому, академікові В.І. Вернадському.

Володимир Іванович Вернадський — класик сучасного природознавства, великий вчений-енциклопедист, один з активних організаторів Української Академії наук і її перший президент. Він був засновником багатьох нових наукових напрямів, що інтенсивно розвиваються в наш час, — це генетична мінералогія, геохімія, біогеохімія, вчення проживу речовину, біосферу і ноосферу. Величезний внесок зробив учений в розробку і розвиток геології, біології, ґрунтознавства, географії, гідрології, екології, вчення про газовий режим Землі.

В.І. Вернадський відкрив і сформулював низку важливих законів природи. Головними з них є закони про єдність зв'язків і взаємозв'язків людства і природи, єдність сущого на Землі з космосом. Вчення про біосферу і біогеохімічні процеси, про роль живої речовини в еволюції нашої планети є наріжним каменем сучасного природознавства і відіграє визначальну роль у розв'язанні екологічних проблем, які в наш час так гостро постали перед людством. Основи цього вчення, які були викладені В.І. Вернадським у книзі "Біосфера" та інших його працях, зберігають свою актуальність і нині.

В.І. Вернадський розглядав біосферу як область життя, основа якої — взаємодія живої і косної (неживої) речовини. Він писав: "Живі організми є функцією біосфери і тісно матеріально та енергетично з нею пов'язані, є величезною геологічною силою, що її визначає... Вони пов'язані з навколишнім середовищем біогенним током атомів: своїм диханням, живленням і розмноженням". Найістотніша особливість біосфери — це біогенна міграція атомів хімічних елементів, яка зумовлена променевою енергією Сонця, процесами фотосинтезу й органічного розкладу.

Згідно із сучасними уявленнями, біосфера — це своєрідна оболонка Землі, що містить всю сукупність живих і мертвих організмів і ту частину речовини планети, яка знаходилася або знаходиться в безпосередній взаємодії з ними. Основними компонентами біосфери є: 1) біомаса живих рослин, здатних шляхом фотосинтезу фіксувати і перетворювати сонячну енергію в потенційну і зберігати її у вигляді органічних сполук; 2) біомаса тварин і мікроорганізмів, які проживають на поверхні Землі і у верхніх шарах земної кори; 3) біогенна речовина — маса речовин, яка створена і перероблена організмами в минулому (наприклад, кам'яне і буре вугілля, крейдяні відклади і т. д.); 4) біокосна речовина, створена одночасно і живими організмами, і процесами косної (неживої) матерії — такими є вся природна вода, тропосфера, кора вивітрювання; 5) радіоактивні елементи, що надходять з внутрішніх сфер Землі; 6) потік сонячної енергії та речовин, що надходять на Землю з космосу.

Біосфера перебуває в постійному розвитку, вона пройшла шлях від безжиттєвого геологічного розвитку Землі через низку все більш складних організмів до появи в ній людини (табл. 7) — вінця творіння природи. Формування різноманітних форм життя на Землі є, без сумніву, одним з найбільших її чудес, непізнанною вічною загадкою природи, що робить нашу планету унікальною серед інших небесних тіл.

Таблиця 7. Формування біосфери Землі

Біосфера є не тільки оболонкою, в якій зародилося і розвинулося життя у всій різноманітності його форм. Жива речовина за час свого існування глибоко змінила первинну природу планети. Життя ніби саме пристосовувало середовище й оптимізувало його умови. Глибоких змін зазнали гідросфера і літосфера. З появою рослин на поверхні планети почалося помітне зменшення в атмосфері вмісту вуглекислоти і стала зростати концентрація кисню. В стратосфері виник озоновий екран, який захищає живі істоти від згубної дії ультрафіолетових променів" Утворилися величезні осадові товщі вапняків і доломітів. Відновне середовище в літосфері і гідросфері змінилося окисним. Відповідно, трансформувалися умови міграції та осідання сполук заліза, марганцю, сірки, азоту. Без перебільшення можна сказати, що по суті вся географічна оболонка виявилася нині значно переробленою організмами.

Таким чином, чиста вода, кисень в атмосфері, родючість ґрунтів є результатом тривалої взаємодії сотень тисяч видів рослин, тварин і мікроорганізмів, які складають різні екосистеми Землі. До цього варто додати, що люди значною мірою використовують природні ресурси, створені організмами в минулі епохи, запаси яких небезмежні. Тому підтримання стійкості екосистем і якісного стану навколишнього середовища, яке залежить від збереження біологічного різноманіття і рівноваги біосфери, має надзвичайно велике значення для життя майбутніх поколінь.

8.2. Виникнення і еволюція біосфери

Виникнення життя і біосфери є великою нерозв'язаною проблемою сучасного природознавства. Нині існують з цього приводу різні гіпотези, але їх суть можна звести до двох основних точок зору — гіпотези панспермії і гіпотези земного походження життя.

Згідно з гіпотезою панспермії, життя виникло поза Землею і на неї занесено ззовні. Але прихильники цієї гіпотези ухиляються від відповіді на питання, як саме виникла жива речовина, і стоять на позиціях агностицизму, тобто непізнаванності складних явищ природи. Ймовірність занесення органічної речовини на планету не слід беззастережно відкидати. Адже на метеоритах іноді знаходять сліди органічної речовини. Невідомо лише, належала вона небесним тілам ще у космосі чи потрапила на них уже на Землі. На думку окремих учених знайдені на метеоритах амінокислоти утворилися внаслідок поступової хімічної еволюції речовин, які передують виникненню життя. Варто зазначити, що амінокислоти є органічними сполуками, які входять до складу всіх білкових речовин тваринних і рослинних організмів. Вважають, що вуглеводні сполуки були занесені на Землю кометами.

Більшість учених схиляються все ж до гіпотези про земне походження життя. Воно виникло з неорганічної матерії на певному етапі її еволюції. Сталося це в давні геологічні епохи (приблизно 2—3,5 млрд. років тому), коли атмосфера була насичена воднем, метаном, аміаком. Під впливом діяльності вулканів, електричних атмосферних розрядів (блискавок) та інших специфічних природних явищ могли синтезуватись первинні хімічні сполуки, аж до аміно- і нуклеїнових кислот. Пізніше з них утворилися найпростіші білкові речовини.

Найкращі умови для виникнення життя на нашій планеті були в океанах, особливо на його мілководдях, де стикаються між собою три стихії: літосфера, гідросфера і атмосфера. Вода, як і повітря, захищала первісні примітивні організми від космічного опромінювання. Первісні організми Землі не збереглися у викопному стані, але вважають, що вони нагадували собою сучасні ультрамікроби, які були позбавлені оболонки. Ці організми розмножувалися діленням, в них не було клітинного ядра.

Поява перших багатоклітинних організмів була пов'язана з поступовим збільшенням в атмосфері і гідросфері кисню. У рослинному царстві панували синьо-зелені водорості. Тваринний світ характеризувався низьким рівнем розвитку і бідністю видів. Найчисленнішою була група бактерій. Вони брали активну участь у процесах розкладу, окислення й акумуляції неорганічних сполук.

У кінці протерозою з'явилися форамініфери, радіолярії, кремнієві губки, кишковопорожнинні, черв'яки і дрібні членистоногі. Всі вони не мали твердого скелету і тому дуже рідко зустрічаються у викопному стані.

На початку фанерозою (близько 600 млн років тому) відбулася важлива зміна в складі морської фауни. Багато організмів набули твердої частини тіла — скелету. Значно поширилися молюски. У них уже з'явилася нервова система і система травлення, органи чуття, серце, органи кровообігу. Більшість представників цього типу мали вапнякові раковини. Дуже своєрідною групою були трилобіти. Ці найдавніші членистоногі жили на морському дні, а деякі навіть вільно плавали. Плоске тіло тварини було вкрите твердим хітиновим панциром.