Рис.2 Межі біосфери
Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери.
Верхня межа біосфери, за В.І. Вернадського, є променевої. Проходить на висоті 20 - 25 км. Тут спостерігається найбільша концентрація озонового шару в атмосфері, який є природним екраном, що захищає живі організми від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Активна життєдіяльність живих організмів зафіксована до висоти 20 -25 км, тобто до верхньої межі біосфери. Далі до висоти близько 85 км були виявлені лише спори мікроорганізмів, що було виявлено під час запусків геофізичних ракет.
Нижня межа біосфери є термічної. Існування цієї межі обумовлено підвищенням температури при просуванні вглиб Землі кожні 33 метра в середньому на 1 о С. На суші термічна межа проходить на глибині 3-3,5 км від земної поверхні (у молодих складчастих областей це 1,5-2 км, на кристалічних щитах - 7-8 км). Зникнення життя на цих глибинах пояснюється збільшенням температури середовища до 100 * C. Біосфера охоплює практично всю гідросферу - ріки, океани і моря до глибин приблизно 12 км.
Названих вище меж досягають тільки нижчі організми - бактерії. Життя зосереджена в основному на суші (грунт і рослинний покрив), а також в Світовому океані - у верхньому шарі води глибиною до 200 м.
Очевидно, що товщина біосфери кінцева - має певні геометричні розміри і біологічні можливості відповідно.
Найбільша товщина біосфери на тропічних широтах - до 22 км, найменша на полярних широтах - 11 км.
Екологічний підхід враховує вплив екологічних факторів. Межі біосфери в екологічному аспекті - простір, в межах якого зовнішні умови (фактори) середовища стимулюють активну життєдіяльність.
Екологічні фактори - елементи або умови навколишнього середовища, які здатні надавати прямий або опосередкований вплив на живі організми навіть на одній фазі їх розвитку.
У пристосуванні до мінливих чинників навколишнього середовища організмам допомагає закладений в них природою механізм адаптації. Адаптивні можливості різних організмів розраховані на певну силу впливу екологічних факторів. Наприклад, підвищення або пониження температури за кордону адаптаційної можливості може привести до загибелі організму.
Екологічні фактори поділяються на три основні групи: абіотичні, біотичні, антропогенні.
Абіотичні чинники враховують вплив неживої природи. Їх поділяють на:
кліматичні (світло, тепло, тиск, волога, рух повітря);
едафогенние (едафос - грунт);
топографічні (рельєф, висота над рівнем моря);
хімічні (газовий склад повітря, хімічний склад водних ресурсів, ґрунту і т.д.).
До абіотичних факторів відносять також фізичні поля (гравітаційне, магнітне, електромагнітне), іонізуючу і проникаючу радіацію, рух середовищ - акустичні коливання, хвилі, вітер, течії, припливи. Багато абіотичні фактори можуть бути охарактеризовані кількісно і піддаються об'єктивному вимірюванню.
Біотичні чинники включають в себе форми впливу одних живих організмів на інші. Всі біотичні чинники визначені внутрішньовидовими і міжвидовими взаємодіями. Навколишній органічний світ - складова частина середовища проживання кожного живого організму. Взаємовідносини між організмами складніше абіотичних впливів. Більшість з них не має скалярних значень, важко піддається прямому вимірюванню, виняток становлять кількісні оцінки чисельності популяцій, фактори, що відносяться до харчових зв'язків і деякі інші.
Антропогенні фактори-фактори впливу людського суспільства на процеси, що протікають в біосфері. Антропогенні фактори призводять до зміни природи як середовища існування тих чи інших видів або ж безпосередньо впливають на їхнє життя.
Сутність екологічного підходу визначається двома критеріями В.І. Вернадського: полем стійкості життя і полем існування життя.
Поле стійкості життя - умови, які живі організми витримують, перебуваючи на межі своїх можливостей.
Поле існування життя - умови, при яких організм може давати потомство, тобто збільшувати свою живу масу і дієву енергію планети.
На розвиток життя, а, отже, на межі біосфери впливають багато чинників, наприклад, наявність кисню, вуглекислого газу, води в її рідкій фазі. Обмежують область поширення життя занадто високі або низькі температури, дефіцит або надлишок елементів мінерального живлення. Наприклад, позбавлені життя підземні води з концентрацією солей вище 270 г / л.
У сучасному формулюванні закон мінімуму звучить так: витривалість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. Однак, як з'ясувалося пізніше, лімітуючим може бути не тільки недолік, але і надлишок фактора, наприклад, загибель врожаю через дощі, перенасичення грунту добривами і т.п. Поняття про те, що нарівні з мінімумом лімітуючим фактором може бути і максимум, ввів через 70 років після Лібіха американський зоолог В.Шелфорда, який сформулював закон толерантності. Відповідно до закону толерантності лімітуючим фактором процвітання популяції (організму) може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, а діапазон між ними визначає величину витривалості (межа толерантності) або екологічну валентність організму до даного фактору (рис. 3).
Р
Сприятливий діапазон дії екологічного чинника називається зоною оптимуму (нормальної життєдіяльності). Що гучніше відхилення дії чинника від оптимуму, тим більше даний фактор пригнічує життєдіяльність популяції. Цей діапазон називається зоною гноблення. Максимально і мінімально стерпні значення чинника - це критичні точки, за межами яких існування організму або популяції вже неможливо.
Принцип лімітують справедливий для всіх типів живих організмів - рослин, тварин, мікроорганізмів і відноситься як до абіотичних, так і до біотичних факторів. Наприклад, лімітуючим фактором для розвитку організмів даного виду може стати конкуренція з боку іншого виду. У землеробстві лімітуючим фактором часто стають шкідники, бур'яни, а для деяких рослин лімітуючим фактором розвитку стає недолік (або відсутність) представників іншого виду. Наприклад, в Каліфорнії з середземномор'я завезли новий вид інжиру, але він не плодоносив, поки звідти ж не завезли єдиний для нього вид бджіл-запилювачів.
Відповідно до закону толерантності будь-який надлишок речовини або енергії виявляється які забруднюють середовище початком. Так, надлишок води навіть в посушливих районах шкідливий і вода може розглядатися як звичайний забруднювач, хоча в оптимальних кількостях вона просто необхідна. Зокрема, надлишок води перешкоджає нормальному грунтоутворення в чорноземної зоні.
Екологічні обмеження ніколи не бувають абсолютними. Саме за рахунок взаємодії факторів межі життя можуть бути кілька відсунуті. Наприклад, недостатня освітленість для рослин може бути частково компенсована підвищеною концентрацією вуглекислого газу, дія підвищеної кислотності грунту частково нейтралізується сприятливими окислювально-відновними умовами, тобто діаграма виживання для одного фактора майже завжди змінюється під дією іншого.
Межі біосфери як глобальної екосистеми в екологічному аспекті - поле існування життя, межі якого регламентують екологічні фактори.
Речовий склад біосфери
Речовий склад біосфери різноманітний, включає сім різнорідних частин, поява яких стало наслідком тривалих біологічних процесів і геологічного розвитку планети.
Жівоевещество - сукупність всіх живих організмів. Є потужним геологічним фактором (2420 млрд. Тонн). Характеризується елементарним складом, масою, енергією. В основі вчення В.І. Вернадського про біосферу лежить уявлення про планетарну геохімічної ролі живої речовини в утворенні біосфери.
Биогенное речовина - органічні і органо-продукти, створені живими організмами протягом геологічної історії планети. До них відносяться: кам'яне вугілля, торф, нафта, горючі сланці;
Відстале речовина неживе речовина, породи неорганічного походження. До нього відносяться пісок, глина, вода і т.д. Відстале речовина являє собою середовище проживання живих організмів;
Біокосна речовина продукти синтезу живого і відсталого речовини біосфери, до яких відносяться осадові породи, атмосфера, поверхневі води, грунт і т.д .;
Речовина радіоактивного розпаду (елементи і ізотопи уранового, радієвого, торієвого рядів);
Розсіяні атоми земної речовини і космічних випромінювань;
Речовина космічного походження у формі метеоритів і космічного пилу.
Біосфера, незважаючи на складну структуру, в основних своїх рисах представляє один і той же хімічний апарат з найдавніших геологічних періодів.