ההכללה הגדולה ביותר במכלול מדעי כדור הארץ (גיאולוגיה, גיאוגרפיה, גיאוכימיה, ביולוגיה) הייתה תורת הביוספרה, שנוצרה על ידי המדען הרוסי V.I. Vernadsky. לאחר שהחל את פעילותו המדעית (כגיאולוג) במחקר של סלעי משקע של קרום כדור הארץ, וי.אי. ורנדסקי חשף את התפקיד העצום של אורגניזמים חיים בתהליכים הגיאוכימיים המורכבים של הפלנטה שלנו. ב-1926 יצא לאור ספרו ביוספרה. עבודה זו מנתחת לעומק את הקשר המורכב בין אורגניזמים חיים לבין הטבע הדומם של כדור הארץ. עבודתו הקדימה במקצת את זמנה. רק במחצית השנייה של המאה ה-20, על רקע החרפת בעיות הסביבה, התפשטה התיאוריה שלו על הביוספרה.
מרכיב חשוב בהוראת V.I. Vernadsky על הביוספרה הוא הרעיון של התלות ההדוקה של הביוספרה בפעילות האנושית ושימורה כתוצאה מיחס סביר של האדם לטבע. המדען כתב:
האנושות כולה הופכת לכוח גיאולוגי רב עוצמה. לפניו, לפני מחשבתו ועבודתו, עומדת שאלת המבנה מחדש של הביוספרה למען האינטרסים של האנושות החופשית כולה. המצב החדש הזה של הביוספרה, שאליו אנו מתקרבים מבלי לשים לב אליו, הוא הנואספירה. אחד
כיום, תורת הביוספרה היא החלק החשוב ביותר באקולוגיה, הקשור ישירות לבעיות של ויסות האינטראקציה בין האדם לטבע.
בפעם הראשונה המונח "ביוספירה" שימש על ידי ג'יי ב' למארק בתחילת המאה ה-19. מאוחר יותר, זה הוזכר בעבודתו של הגיאולוג האוסטרי E. Suess בשנת 1875. עם זאת, מושג זה לא פותח בפירוט על ידי מדענים אלה, אלא שימש כלאחר יד כדי לייעד את אזור החיים על פני כדור הארץ. רק ביצירותיו של V.I. Vernadsky הוא מנותח בפירוט ובקפידה, והוא מובן כ"קליפת החיים" על הפלנטה שלנו.
ביוספירהקוראים למכלול כל האורגניזמים החיים של הפלנטה שלנו ולאותם אזורים של הקליפות הגיאולוגיות של כדור הארץ המאוכלסים ביצורים חיים ונחשפו להשפעתם במהלך ההיסטוריה הגיאולוגית.
גבולות הביוספרה.אורגניזמים חיים מפוזרים בצורה לא אחידה בקונכיות הגיאולוגיות של כדור הארץ: ליתוספרה, הידרוספירה ואטמוספירה(איור 1). לכן, הביוספרה כוללת כעת את החלק העליון של הליתוספירה, את כל ההידרוספירה ואת החלק התחתון של האטמוספירה.
אורז. אחד.אזור התפוצה של אורגניזמים בביוספרה:1 - מפלס שכבת האוזון, עיכוב חזק קרינה אולטרא - סגולה; 2 - גבול שלג; 3 - אדמה; 4 - בעלי חיים החיים במערות; 5 - חיידקים בשמן בארות
הליתוספירה היא הקליפה המוצקה החיצונית ביותר של כדור הארץ. עוביו נע בין 50-200 ק"מ. תפוצת החיים בו מוגבלת ויורדת בחדות עם העומק. רובם הגדול של המינים מרוכזים בשכבה העליונה, שעוביה כמה עשרות סנטימטרים. מינים מסוימים חודרים לעומק של כמה מטרים או עשרות מטרים (בעלי חיים חופרים - שומות, תולעים; חיידקים; שורשי צמחים). העומק הגדול ביותר בו נמצאו סוגים מסוימים של חיידקים הוא 3-4 ק"מ (באופקים נושאי מי תהום ונפט). התפשטות החיים אל מעמקי הליתוספירה מעוכבת על ידי גורמים שונים. חדירת צמחים בלתי אפשרית בגלל חוסר אור. עבור כל צורות החיים, צפיפות המדיום והטמפרטורה, הגדלים עם העומק, משמשים גם מכשולים משמעותיים. בממוצע, עליית הטמפרטורה היא כ-3 מעלות צלזיוס לכל 100 מ'. לכן העומק של שלושה קילומטרים נחשב לגבול התחתון של התפלגות החיים בליתוספרה (שם הטמפרטורה מגיעה לכ-100 מעלות צלזיוס).
הידרוספרה- מעטפת המים של כדור הארץ, היא אוסף של אוקיינוסים, ימים, אגמים ונהרות. שלא כמו הליתוספירה והאטמוספירה, היא נשלטת לחלוטין על ידי אורגניזמים חיים. גם בקרקעית האוקיינוס העולמי, בעומקים של כ-12 ק"מ, נמצאו סוגים שונים של יצורים חיים (בעלי חיים, חיידקים). עם זאת, רוב המינים מאכלסים את ההידרוספירה במרחק של 150-200 מ' מפני השטח. זאת בשל העובדה שהאור חודר לעומק כזה. וכתוצאה מכך, באופקים התחתונים, קיומם של צמחים ומינים רבים התלויים בצמחים לצורך תזונה בלתי אפשרי. התפשטות האורגניזמים בעומקים גדולים מובטחת על ידי ה"גשם" המתמיד של הפרשות, שרידי אורגניזמים מתים הנופלים מהשכבות העליונות, כמו גם טרפה. הידרוביונטים חיים גם במים מתוקים וגם במים מלוחים ומחולקים ל-3 קבוצות לפי בית הגידול שלהם:
1) פלנקטון - אורגניזמים החיים על פני השטח של גופי מים ונעים באופן פסיבי עקב תנועת המים;
2) נקטון - נע באופן פעיל בעמוד המים;
3) בנטוס - אורגניזמים החיים בתחתית מקווי מים או מתחפרים בסחף.
אַטמוֹספֵרָה- המעטפת הגזית של כדור הארץ, בעלת הרכב כימי מסוים: כ-78% חנקן, 21% חמצן, 1 - ארגון ו-0.03% פחמן דו חמצני. הביוספרה כוללת רק את השכבות הנמוכות ביותר של האטמוספירה. החיים בהם אינם יכולים להתקיים ללא קשר ישיר עם הליתוספירה וההידרוספרה. צמחים עציים גדולים מגיעים לגובה של כמה עשרות מטרים, מניחים את כתרים כלפי מעלה. בעלי חיים מעופפים מתנשאים מאות מטרים - חרקים, ציפורים, עטלפים. כמה מינים של עופות דורסים מתנשאים 3-5 ק"מ מעל פני כדור הארץ, ומחפשים את הטרף שלהם. לבסוף, זרמי אוויר עולים נושאים באופן פסיבי חיידקים, נבגי צמחים, פטריות וזרעים עשרות קילומטרים כלפי מעלה. עם זאת, כל האורגניזמים המעופפים הרשומים או החיידקים המוכנסים נמצאים רק באופן זמני באטמוספירה. אין אורגניזמים החיים באופן קבוע באוויר.
הגבול העליון של הביוספרה נחשב לשכבת האוזון, הנמצאת בגובה של 30 עד 50 ק"מ מעל פני כדור הארץ. הוא מגן על כל החיים על הפלנטה שלנו מקרינת שמש אולטרה סגולה עוצמתית, ובעיקר סופג את הקרניים הללו. מעל שכבת האוזון, קיומם של חיים בלתי אפשרי.
לפיכך, החלק העיקרי של המינים של אורגניזמים חיים מתרכז בגבולות האטמוספירה והליתוספירה, האטמוספרה וההידרוספרה, ויוצרים "סרט דק של חיים" יחסית על פני הפלנטה שלנו.
מבנה ותפקוד הביוספרה.ביוספירה - זה מערכת אקולוגית גלובלית, המורכבת ממערכות אקולוגיות רבות בדרגה נמוכה יותר, ביו-גאוצנוזות, שהאינטראקציה ביניהן קובעת את שלמותה. ואכן, ביוגאוקנוזות אינן קיימות במנותק - יש ביניהן קשרים ויחסים ישירים. לדוגמה, בביוגאוצנוזים מימיים, חומרים מינרליים ואורגניים מבוצעים ממערכות אקולוגיות יבשתיות על ידי רוח, גשם ומי נמס. תיתכן תנועה של אורגניזמים מביו-גאוצנוזה אחת לאחרת (לדוגמה, נדידת בעלי חיים עונתית). ולבסוף, כולם מאוחדים על ידי האטמוספירה של כדור הארץ, המשמשת כמאגר משותף ליצורים חיים. הוא מקבל חמצן (משוחרר על ידי צמחים במהלך הפוטוסינתזה) ופחמן דו חמצני (הנוצר במהלך הנשימה של אורגניזמים אירוביים). צמחים מכל המערכות האקולוגיות שואבים פחמן דו חמצני מהאטמוספירה, לו הם זקוקים בתהליך הפוטוסינתזה, וכל האורגניזמים הנושמים מקבלים חמצן.
קיומה של הביוספרה מבוסס על מחזור רציף של חומרים, שבסיס האנרגיה שלהם הוא אור השמש (איור 2).
אורז. 2.תכנית של מחזוריות ביוגיאוכימית בביוספרה. מימיןבתרשים, קטע של אדמת סודי-פודזולית מתחת לעצי מחט יַעַר
מחזור החומרים בטבע בין חומר חי ללא-חי הוא אחד המאפיינים האופייניים ביותר לביוספרה. המחזור הביולוגי הוא הגירה ביוגנית של אטומים מהסביבה לאורגניזמים ומאורגניזמים לסביבה. ביומסה מבצעת גם פונקציות אחרות:
1) גז - חילופי גזים קבועים עם הסביבה החיצונית עקב נשימה של אורגניזמים חיים ופוטוסינתזה של צמחים;
2) ריכוז - הגירה ביוגנית מתמדת של אטומים לתוך אורגניזמים חיים, ולאחר מותם - לטבע הדומם;
3) חיזור - חילופי חומר ואנרגיה עם הסביבה החיצונית. במהלך התפזרות, חומרים אורגניים מתחמצנים; במהלך הטמעה משתמשים באנרגיה של ATP;
4) ביוכימי - טרנספורמציות כימיות של חומרים המהווים את הבסיס לחיי האורגניזם.
