Рис. 20.1. Межі біосфери

Біосфера має властивості глобальної екосистеми

Біосфера є величезною екосистемою, розміром із цілу планету! Разом із тим, для неї характерні властивості, спільні для всіх екосистем. Сукупність компонентів біосфери характеризується величезним різноманіттям організмів і середовищ їхнього мешкання. Біосфера — це найбагатша на види екосистема на Землі. Наразі на нашій планеті мешкає до 9 млн видів організмів, а загалом за всю історію біосфери налічують понад 100 млн видів.

Як і окрема екосистема, біосфера має стійкість і здатність до саморегуляції, що забезпечуються розгалуженістю трофічних мереж і видовим різноманіттям. Завдяки міжвидовим взаємодіям, обміну організмами між екосистемами (наприклад, перельотам птахів, міграціями риб) і сукцесіям біосфера підтримує свою сталість у часі. Саме завдяки стійкості біосфера вже кілька разів переживала масштабні катастрофи (наприклад, кисневу катастрофу, льодовикові періоди), після яких утрачала мільйони видів (чого вартує лише крейдяно-палеогенове вимирання, під час якого загинули динозаври разом із майже 75 % усіх видів Землі), але все одно відновлювалася.

Біосфера характеризується централізованістю. Як зазначав Володимир Вернадський, «організми формують основу біосфери та є її центральним компонентом».

Біосфера — відкрита система, тобто вона обмінюється речовиною й енергією з іншими системами. Насамперед, це стосується сонячної енергії, без надходження якої існування біосфери є неможливим. У ній наявний потік енергії, яка поглинається організмами, передається ланцюгами живлення й вивільняється до космічного простору у вигляді теплоти. Водночас надходження речовин до біосфери ззовні обмежене, тому ще одна її властивість — наявність замкнених колообігів речовин. Саме вони забезпечують тривале існування біосфери без виснаження власних ресурсів (докладніше про колообіги йтиметься в наступному параграфі).

Жива речовина біосфери виконує важливі функції

Володимир Вернадський у понятті «жива речовина» об'єднав усю сукупність організмів планети, тобто біотичний компонент біосфери. Для живої речовини характерна наявність власного запасу енергії, що проявляється в процесах зміни довкілля, розмноження й поширення. Завдяки виконанню енергетичної функції живою речовиною на планеті Земля сонячна енергія акумулюється й використовується для зміни довкілля. Без біосфери енергія Сонця не спричиняла б значних геологічних змін, а також не могла б запасатися й використовуватися тривалий час після свого поглинання.

Завдяки ферментам жива речовина здійснює хімічні процеси набагато швидше, ніж вони відбуваються в неживій природі. Організми відповідальні за реалізацію окисно-відновної функції — значна кількість процесів окиснення й відновлення відбуваються винятково в організмах. Це забезпечує перехід хімічних елементів із одних сполук в інші, що є основою біогеохімічних колообігів елементів (рис. 20.2, А). Так, азотфіксувальні бактерії перетворюють азот на амоніак, сіркобактерії — окиснюють сполуки Сульфуру, а рослини — відновлюють сполуки Карбону.

Рис. 20.2. Реалізація біосферних функцій

А. Залізобактерії окиснюють сполуки Fe2+ у сполуки Fe3+, які й зумовлюють іржавий колір води. Б. Водні фотосинтезувальні організми є основними продуцентами кисню в біосфері.

Організми намагаються обжити кожну доступну ділянку Землі, адаптувавшись і змінивши умови середовища. У цьому полягає функція утворення середовища, що її здійснює жива речовина. Завдяки ній мінеральні породи руйнуються і включаються до колообігу елементів. Також жива речовина постійно перетворюється: організми вмирають і народжуються знову, рештки розкладаються. Усе це забезпечує рух хімічних елементів і впливає на умови існування.

Постійний склад атмосфери підтримується діяльністю живої речовини. Організми поглинають і виділяють гази, і регулюючи таким чином їх уміст у повітрі. При цьому вони виконують газову функцію (рис. 20.2, Б). Поява киснеутворювальних організмів-фотосинтетиків змінила вигляд Землі й уможливила виникнення озонового шару, завдяки якому життя змогло вийти на суходіл.

Концентраційна функція полягає в накопиченні хімічних елементів у значно більших обсягах, ніж вони є в неживій природі. Наприклад, органічні речовини містять багато Карбону, Гідрогену, Оксигену й Нітрогену, на сполуки Кальцію та Фосфору багаті скелети тварин, а бурі водорості запасають Йод. Саме тому склад живої природи суттєво відрізняється від складу неживої.

Для кожного біому характерний свій тип рослинності

Різні регіони континентів відрізняються кількістю сонячного світла й опадів. Унаслідок зміни температури зі зміною географічної широти й висоти суші над рівнем моря, а також кількості опадів у окремих місцях сформувалися кілька природно-кліматичних зон суходолу, сукупність екосистем яких утворює біоми (рис. 20.3). До складу кожного біому входять рослинні й тваринні угруповання певного регіону із певним кліматом.

Основою для виокремлення того чи того біому є домінантний тип рослинності. Наприклад, у степу переважає трав'яниста рослинність, а в пустелях — сукулентні рослини. А вже залежно від типу рослинності й абіотичних умов різні види тварин «обживають» певний біом. За різними класифікаціями кількість біомів відрізняється. Ми ж розглянемо лише основні з них.

Найпівнічнішими біомами є тундри. Також вони зустрічаються на високогір'ї. Для тундри характерні тривалі низькі температури й короткий період тепла. Основою цього біому є лишайники, злаки й карликові дерева (рис. 16.3, А). Південніше, ніж тундра, розташована тайга, основою якої є хвойні дерева (рис. 15.4). Хвойні ліси тайги небагаті на кущі й трав'янисту рослинність через значну затіненість, що виникає під деревами. Хоча для тайги також характерні тривалі періоди морозів, продуктивність екосистем цього біому набагато більша за таку в тундрових.

Рис. 20.3. Поширення наземних біомів

А. Умови в наземних біомах. Б. Географічний розподіл біомів.

1 - тундра, 2 - тайга (хвойний ліс), 3 - листопадний і мішаний ліс, 4 - степ, 5 - пустеля, 6 - саванна, 7 - тропічний ліс.

У помірних широтах переважають два типи біомів: листопадні й мішані ліси (рис. 16.1, А) та степи (рис. 16.5, Б). Тут мають яскравий прояв сезонні зміни. Ці біоми зазнали найбільшого впливу людини, оскільки саме в них розташовані осередки розвитку цивілізації. Характерною особливістю степів є наявність великих травоїдних тварин: коней, бізонів, кенгуру.

У тропіках і на екваторі великі площі займають савани (рис. 20.4, А). Протягом року в них спостерігається велика кількість опадів у дощові сезони й тривалі посухи між ними. Тому саме волога є визначальним фактором сезонності, на відміну від температури в степах помірного клімату. Окремі дерева саван (це здебільшого акації) адаптовані до витримування тривалої спеки. Як і в степах, тут живе велике різноманіття копитних травоїдних — антилоп, зебр, жирафів.

Вологі тропічні ліси поширені вздовж екватора в Африці, Південній Америці та Південній Азії. У цих біомах існує найбільше видове різноманіття організмів і яскраво виражена ярусність (рис. 16.3, Б). У тропічних лісах є надзвичайно ефективний колообіг речовин, завдяки якому в лісі постійно існує значна кількість організмів.

Пустелі вирізняються малою кількістю опадів (менше 250 мм на рік). Домінантними видами цих біомів є сукулентні рослини (кактуси, верблюжі колючки, молочаї), що здатні витримувати спеку, однорічні швидкорослі рослини та посухостійкі кущі (рис. 20.4, Б). Їхнє життя цілком залежить від води: якщо тривалий час немає опадів, то екосистеми біднішають на види або взагалі зникають.

Рис. 20.4. Приклади наземних біомів

А. Африканська савана. Б. Пустеля Гобі.

Концепція ноосфери спрямовує людство на відповідальне ставлення до природи

Кінцевою вищою стадією розвитку біосфери Володимир Вернадський уважав формування ноосфери1 — стану біосфери, за якого людська діяльність буде визначальним фактором її розвитку. Концепція ноосфери доволі складна для розуміння, але можна сформулювати кілька основних положень, що характеризують уявлення вченого.

• Розселення людини по всій планеті та повне панування над рештою видів.
• Глобалізація, зміцнення зв'язків між державами, формування глобальних інформаційних систем.
• Використання нових джерел енергії, що дає змогу людям стати найважливішою геологічною силою на планеті.
• Розвиток демократії, зростання добробуту людей, припинення війн.
• Розвиток науки, створення умов для вільного розвитку наукової думки, зростання ролі науки в житті людей.
• Розширення біосфери шляхом космічної експансії людства та підкорення інших планет.

Реалізація рис, наведених Володимиром Вернадським, повинна дозволити людині гармонійно співіснувати з природою. На жаль, наявність фінансової нерівності між верствами населення (мало багатих і багато бідних) і низький рівень добробуту спричиняють споживацьке ставлення до довкілля: люди шукають спосіб вижити, їх мало турбують глобальні екологічні проблеми. «Роздуті» штучні потреби людей (кращі навушники щомісяця, модні кросівки щосезону, потужніший гаджет щороку) і неусвідомлення цього «висмоктують» ресурси з природи, перетворюючи останні на викиди й сміття. Крім того, наукове невігластво, недалекоглядність через нерозуміння наслідків своїх дій спричиняють катастрофічні впливи на природу. Людство так і не змогло побороти війни, які є одним із найгірших екологічних лих, під час яких планетарні ресурси використовуються й винищуються заради економічних і політичних амбіцій окремих осіб. Нам повсякчас важливо пам'ятати про основні ознаки ноосфери і, якщо люди хочуть ще довго жити на цій планеті, уживати невідкладних заходів задля їх досягнення.

1 Від грец. nous — розум і sphaera — куля.