Загальні уявлення про біосферу

Термін „біосфера” утворений з грецьких слів „bios” - життя і „sphaira” - сфера. Уперше термін „біосфера” з'явився в роботі відомого австрійського геолога Е. Зюсса „Походження Альп” (1875 р.), в якій він виділив атмосферу, гідросферу, літосферу і біосферу (сферу життя). Основоположником сучасних уявлень про БС є наш великий співвітчизник В.І. Вернадський (1863-1945). В.І. Вернадський розглядав БС не як просту сукупність живих організмів, а як єдину термодинамічну систему, в якій відбувається постійна взаємодія усього живого з неорганічними умовами довкілля. БС включає в себе область активного життя, що охоплює нижні шари атмосфери (тропосфери), Всесвітній океан, поверхню суші з біогенними ландшафтами і, нарешті, частину земної кори, в якій на глибинах в сотні й тисячі метрів у підземних водах існують мікроорганізми. Склад і будова БС зумовлені сучасною і минулою життєдіяльністю всієї сукупності живих організмів (живої речовини).

Верхня межа БС, за В.І. Вернадським, є променевою (зумовлена наявністю короткохвильового ультрафіолетового проміння, від якого життя Землі захищає озоносфера), а нижня межа – термічною (наявністю високих температур). Межі БС звичайно визначаються від рівня 20-22 км над земною поверхнею до 11 км в глибину океану (і на найбільших глибинах є форми життя). Фактично потужність БС набагато менша: від поверхні Землі до 6-7 км над нею, тобто приземний шар атмосфери, де зберігаються умови, за яких ідуть нормальні біохімічні процеси, до глибинної ізотерми 100 ^оС на суші (за даними надглибокої свердловини на Кольському півострові близько 6 км від земної поверхні) і максимальної глибини 10924-11034 м в океані. За даними Ф.Я. Шипунова (1980 р.), найбільшу товщину БС має на тропічних широтах – 22 км, найменшу – на полярних – 12 км.

Як зазначає Ф. Рамад [15], „біосферу можна зобразити як частину планети, яка включає сукупність живих істот і у якій можливе постійне життя”. Для численних характеристик БС основоположними є: 1) всюди завжди є вода в рідкому стані; 2) в БС постійно проникає сонячна радіація, яка являє собою єдине джерело енергії; 3) існують постійні та різноманітні форми життя. 

Основними типами речовин БС за В.І. Вернадським є: 1) жива речовина -рослини, тварини і мікроорганізми; 2) біогенна речовина - органічні і органо-мінеральні продукти, створені живими організмами протягом геологічної історії планети (торф, вугілля, горючі сланці, нафта і інші нафтіди - продукти трансформації сонячної енергії, поховані в надрах Землі); 3) косна (нежива) речовина - гірські породи неорганічного походження і вода, які представляють субстрат або середовище для мешкання живих організмів; 4) біокосна речовина - результат синтезу живої і косної речовини (осадові гірські породи, кори вивітрювання, мули, ґрунти), співвідношення між живими і неорганічними компонентами в біокоснiй речовині варіює в широких межах.

За структурою БС являє собою якісно різнорідне і відносно кількісного вмісту компонентів асиметричне утворення. Виділяють такі види неоднорідності БС [16]: 1) агрегатна (складається із взаємодії трьох агрегатних станів - твердого, рідкого і газоподібного); 2) просторова (полягає в нерівномірності розподілу речовини і структур); 3) енергетична (виражається в нерівномірному розподілі по земній поверхні сонячної енергії і в неоднаковому співвідношенні речовини і енергії в тілах БС); 4) геохімічна (нерівномірність розподілу атомів різних хімічних елементів); 5) зональна (нерівномірне по широтних зонах розселення органічних форм і відкладення продуктів їх життєдіяльності).

Верхня частина БС, куди проникає сонячне світло і де можливий фотосинтез, називається фітосферою. Відомо, що у процесі фотосинтезу із CO₂, H₂O та мінеральних елементів відбувається утворення органічних субстанцій, необхідних для життя. Схематично реакцію фотосинтезу можна представити таким чином: .      

У нижню частину БС сонячне світло не проникає, процеси фотосинтезу неможливі і утворення біомаси з мінеральних сполук (хемосинтез) істотного значення не має. Цю область підземних глибин материків з ізотермами понад 100 ^оС та значних (темних) глибин морів і океанів іменують редусферою [17]. Процес синтезу органічних речовин із CO₂, але не за рахунок сонячної енергії, як під час фотосинтезу, а за рахунок енергії, яку одержують при окисленні NH₃, H₂S та інших відновлених неорганічних сполук, яке здійснюється бактеріями-хемосинтетиками (азото-, сірко- або залізобактеріями) у ході їх життєдіяльності, називається хемосинтезом.