Біосфера та її межі. Поняття біосфера (від грец. біос - життя та сфера - куля) запропонував австрійський геолог Едуард Зюсс (1831-1914) у 1875 р. Учення про біосферу створив український учений В.І. Вернадський (мал. 38.1).

Біосфера не утворює окремої живої оболонки Землі, а є частиною її геологічних оболонок, заселених організмами. Вона охоплює верхню частину твердої оболонки Землі (літосфери), всю товщу водної (гідросфери) та нижній шар повітряної (атмосфери) і становить собою сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдину глобальну екосистему вищого порядку.

Углиб літосфери організми можуть проникати на відносно незначні глибини. Наприклад, на глибинах 2-4 км мешкають лише деякі групи бактерій, переважно у нафтоносних пластах. У гідросфері життя трапляється на будь-яких глибинах, навіть максимальних (близько 11 000 м). В атмосфері поширення організмів обмежено озоновим екраном. Максимальна висота, на якій було виявлено спори бактерій і грибів, - близько 22 км. Найвищу концентрацію біомаси спостерігають там, де умови існування організмів найбільш сприятливі та різноманітні - на межах літосфери та атмосфери, атмосфери та гідросфери, гідросфери та літосфери.

Основні положення вчення В. Вернадського про біосферу. В.І. Вернадський розглядав біосферу як органічну єдність живого та неживого. Усю сукупність організмів на планеті Земля, включно з людиною, учений називав живою речовиною. Основними її характеристиками є: сумарна біомаса, хімічний склад та енергія.

У біосфері активно відбувається обмін речовин і перетворення енергії, які визначаються сумарною активністю всіх організмів. Завдяки фотосинтезу щорічно жива речовина Землі продукує близько 160 млрд тонн сухої органічної речовини, з якої приблизно 1/3 синтезують біогеоценози Світового океану, а 2/3 - суходолу. Отже, біосфера є глобальним акумулятором і трансформатором енергії Сонця, без якої неможливе життя на Землі.

Біосфері притаманні механізми самопідтримання та самовідтворення. Ці властивості проявляються в регуляції постійного газового складу атмосфери, сталого складу і концентрації солей Світового океану, у підтриманні потрібних для існування організмів фізичних умов на поверхні Землі за допомогою озонового екрану.

В.І. Вернадський сформулював три біогеохімічні принципи: 1) біогенна міграція хімічних елементів у біосфері завжди проявляє тенденцію до свого максимального прояву; 2) еволюція видів під час історичного розвитку біосфери спрямована на підсилення біогенної міграції атомів; 3) жива речовина перебуває у стані безперервного хімічного обміну з навколишнім середовищем, яке створюється та підтримується на Землі завдяки космічній енергії Сонця.

Мал. 38.1. Володимир Іванович Вернадський (1863-1945) - український природознавець, філософ; започаткував такі наукові напрями, як біогеохімія та радіогеологія; заснував Національну бібліотеку України в Києві (нині - Національна бібліотека України ім. В.І. Вернадського); один із засновників Української національної академії наук, її перший президент (1918)

Мал. 38.2. Концентраційна функція живої речовини тісно пов’язана з участю організмів у створенні осадових порід: 1 - молюски (а), коралові поліпи (б), форамініфери (в) здатні концентрувати сполуки Кальцію, тому відіграють важливу роль в утворенні покладів вапняків; 2 - деякі радіолярії (г), діатомові водорості (д) накопичують сполуки Силіцію й беруть участь у створенні осадових порід радіоляритів і діатомітів

Біохімічні функції живої речовини. Газова функція: живі істоти впливають на газовий склад атмосфери, Світового океану і ґрунту: аеробні організми під час дихання вбирають з довкілля кисень і виділяють вуглекислий газ; рослини і ціанобактерії в процесі фотосинтезу вбирають вуглекислий газ і виділяють кисень. Окисно-відновна функція: за допомогою організмів в атмосферному повітрі, воді й ґрунті окиснюються та відновлюються певні хімічні сполуки. Наприклад, залізобактерії окиснюють сполуки Феруму, денітрифікуючі - відновлюють нітрати й нітрити до молекулярного азоту чи його оксидів тощо. Концентраційна функція: організми вбирають з довкілля і накопичують у своєму тілі певні хімічні елементи (мал. 38.2).

Колообіг речовин у біосфері. Функції живої речовини пов’язані з біогенною міграцією атомів у процесі колообігу речовин у біосфері. Частина міграції хімічних елементів, яка здійснюється за участю організмів, є біогенною, а яка відбувається поза ними - абіогенною. Систему колообігів різних хімічних елементів і речовин В.І. Вернадський назвав біогеохімічними циклами.

Мал. 38.3. Роль організмів у ґрунтоутворенні (завдання: з допомогою вчителя або вчительки поясніть, які групи організмів беруть участь у процесах ґрунтоутворення)

Організми беруть участь в утворенні осадових порід, накопичуючи протягом життя в своїх скелетах, черепашках, панцирах сполуки Кальцію, Силіцію, Фосфору тощо (див. мал. 38.2). Вони також долучаються до руйнування гірських порід. Наприклад, лишайники, оселяючись на скелях, виділяють органічні кислоти, які руйнують гірські породи. Мешканці ґрунтів, а також вплив води, повітря та кліматичних факторів забезпечують ґрунтоутворювальні процеси (мал. 38.3). Під час цих процесів відбуваються складні перетворення та переміщення різноманітних речовин у верхньому шарі літосфери. Речовини, які утворюються під час розкладання органіки, накопичуються у формі гумусових речовин, з яких утворюється гумус.

Рослинність Землі щорічно поглинає близько 1,7 • 108 т вуглекислого газу і виділяє близько 1,2 • 108 т кисню, який використовують у процесі дихання всі аеробні організми.

Учення В.І. Вернадського про ноосферу. В.І. Вернадський ще в першій половині XX ст. передбачав, що біосфера розвинеться у ноосферу ((від грец. ноос - розум і сфера - куля); термін запропонували 1927 р. французькі філософи Едуар Луї Еманюель Жюльен Леруа (1870-1954) та Пьєр Тейяр де Шарден (1881-1955)).

Ноосфера - це новий стан біосфери, за якого розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку.