Нескучная биология - Алексей Целлариус

Биосфера

Хотя в слово биосфера и входит частица «био», однако это понятие, строго говоря, не имеет отношения к биологии. Изначально термин «биосфера» – из области геологии, точнее геохимии. Деление внешнего слоя Земли на сферы – атмосфера, гидросфера, литосфера – используется геологами с незапамятных времен и отражает своеобразие состава и химических процессов в этих средах. То же самое относится и к био-сфере.

Биосфера – это та часть верхних слоев планеты, в которых присутствуют активные живые организмы, за счет которых это «геохимическое пространство» имеет совершенно особый состав и особый ход преобразования геологических пород.

С точки зрения эколога, биосфера – совокупность всех экосистем планеты. Эти экосистемы влияют друг на друга, некоторые из них поставляют друг другу различные вещества или создают друг для друга определенные условия и существовать сами по себе не могут.

Например, леса и болота регулируют сток рек, от которого зависит существование экосистем озер и морских заливов. Лесные экосистемы, главным образом экосистемы тропических лесов, отвечают за климат планеты. Надо сказать, что в лесах сосредоточено более половины всей массы живых существ планеты, включая и обитателей океанов.

Леса расположены в местах, где выпадает наибольшее число осадков. Значительную часть этих осадков растения лесов испаряют обратно в атмо-сферу. Растения одного гектара вечнозеленого тропического леса ежедневно испаряют около 150 (ста пятидесяти!) тонн воды. Это приблизительно в двадцать раз больше, чем при той же температуре испаряется с одного гектара открытой водной поверхности. А теперь посчитаем – площадь только тропических лесов на планете – около пятнадцати миллионов квадратных кило-метров. Площадь Мирового океана – около 360 миллионов. Результат впечатляет – влажные тропические леса производят такое же количество облаков и, следовательно, дождей, сколько весь Мировой океан. Если экосистемы вечнозеленых тропических лесов исчезнут с лица Земли, а к этому, похоже, дело и идет, климат на планете катастрофически изменится.

Считается, что впервые представление о биосфере, как особой геохимической зоне, было сформулировано великим естествоиспытателем Жаном Батистом Ламарком в конце XVIII столетия. Во всяком случае, так считал один из крупнейших геохимиков, Владимир Иванович Вернадский.

Влияние биосферы на геологические процессы

Сам термин «биосфера» придумал и ввел в обиход австрийский геолог Эдуард Зюсс в конце XIX века. Однако вдохнул в него жизнь Вернадский, в начале XX века впервые детально исследовавший роль живого в геохимических циклах конкретных химических элементов. Кстати, и сам термин «геохимия», впервые примененный швейцарцем X. Ф. Штенбейном в 1838 г., возродил Владимир Иванович на паях с норвежцем Виктором Гольдшмидтом.

Значение биосферы в геохимии планеты чрезвычайно велико. Возьмем кислород. Сейчас любому школьнику известно, что практически весь свободный кислород планеты: и содержащийся в атмосфере, и растворенный в воде, – продукт жизнедеятельности зеленых растений и фотосинтезирующих бактерий. Под влиянием ультрафиолетового излучения солнца и электрических грозовых разрядов молекула кислорода (О2) превращается в еще более активный атомарный кислород О и озон (О3). Возникший благодаря деятельности организмов-фотосинтетиков озоновый экран перекрыл доступ к поверхности планеты жесткого ультрафиолетового излучения и, таким образом, прекратил течение ряда фотохимических реакций, игравших очень важную роль в преобразовании многих минеральных соединений в докислородную эпоху.

Кроме того, кислород – очень активный, агрессивный элемент. Наличие в среде больших количеств свободного кислорода коренным образом меняет ход химических преобразований на поверхности Земли. Один из наиболее ярких примеров – геохимическая судьба железа. Концентрация солей железа в водах, насыщенных кислородом, сильно уменьшается, возникают отложения железосодержащих соединений. Значительная часть железных руд, используемых человеком, – результат выделения фотосинтетиками свободного кислорода. Запасы этих руд сформировались в период, когда живые существа начали преобразование атмосферы. Заметим, кстати, что другая часть железных руд обязана своим происхождением деятельности некоторых групп бактерий, обмен веществ которых устроен таким образом, что они используют железо в ряде биохимических реакций, результатом которых являются нерастворимые соединения железа.

Не менее показательна роль биосферы в судьбе кальция. Еще Карл Линней в первой половине XVIII столетия утверждал: «Весь известняк – из червей». И был прав. Известь, или углекислый кальций (СаСО3), на Земле производится почти исключительно живыми существами. Все отложения известняков, достигающие толщины нескольких километров, – результат деятельности водных организмов, формирующих свои скелеты из извести: моллюсков, коралловых полипов и многих других. В течение многих сотен тысяч лет микро– и макроскопические остатки мертвых существ опускались на дно морей. Со временем, под влиянием собственной тяжести, масса этих осадков превратилась в километровые толщи мела, мергеля, мрамора. Если бы не живые организмы, этих пород на планете просто не было бы.

Биосфера и человек

Экология, экологические проблемы, экологическая катастрофа, деградация биосферы. Эти слова слышал или читал каждый из нас. Действительно, то, что творит на планете человек, совершенно выходит за рамки нормальных биологических процессов и по своим последствиям вполне сопоставимо с падением гигантского метеорита, или нашествием полчищ киберов из системы Альдебарана, или другими бедствиями, которые так любят выдумывать писатели-фантасты. Не будем распространяться о выбросах в атмосферу углекислого газа, озоновых дырах, радиоактивном загрязнении и разлитой в морях нефти. Окинем беглым взглядом хотя бы основные наземные экосистемы и изменения, которые они претерпели за последние две сотни лет.

Площадь лесов на планете сократилась более чем втрое. Это только по официальным данным, которые предоставляют соответствующие министерства различных стран. Из оставшейся трети лишь небольшую часть можно назвать лесами. Причем, строго говоря, это зачастую не леса в понимании нормального человека, а то, что в официальных бумагах называется «лесопокрытая площадь». В цивилизованных странах существенная часть этой площади – искусственные посадки на месте вырубок. Считать лесом вытянутые по ниточке молоденькие деревца, поливаемые удобрениями и ядохимикатами, могут только чиновники и воротилы лесной промышленности. В странах менее цивилизованных, в число которых, наряду со странами Африки, Южной Азии и Южной Америки входит и Россия, вырубки в основном зарастают стихийным образом. Но и эти молодые леса не многим отличаются от искусственных посадок. Это, конечно, лес, но биомасса таких лесов намного ниже биомассы первичных, ненарушенных, лесов. Значит, намного ниже и влияние этого леса на среду. Первичных же лесов на планете практически не осталось. Нигде: ни в таежной зоне, ни в тропиках. Площадь таких лесов – менее двух процентов всей «лесопокрытой площади».

Что касается степей… впрочем, какие такие степи? Ныне нетронутых степей на планете фактически нет. Остались крошечные клочки нетронутых степей, вроде заповедника Галичья гора площадью в два квадратных километра. Таких заповедников во всем степном поясе пара десятков, их общая площадь – площадь полей одного приличного колхоза.

Сокращение площади лесов (на примере Вьетнама) с 1943 года

Хуже всего обстоят дела в тропической зоне. Многие свято верят, что тропики – рай земной, где, чтобы прокормиться, нужно просто лечь под ближайшим деревом и открыть рот. Или, в крайнем случае, ткнуть в землю какой-нибудь батат, а «оно за месяц само вырастет». К сожалению, все с точностью до наоборот. Сельское хозяйство в тропиках намного, в несколько раз, менее эффективно и более трудоемко, чем в нашей умеренной зоне. Дело в том, что тропические леса – верх лесного совершенства. Мы уже говорили, что в почвах под лесами тропиков практически нет питательных веществ. Все, что падает мертвым на землю, стремительно возвращается в тела тропических деревьев. Расчищенный участок дает максимум два-три урожая, потом его надо забрасывать и расчищать новый. Кроме того, ливни здесь таковы, что обнаженная почва моментально размывается. Можно удержать поле путем всяких современных агротехнических ухищрений, но это очень дорогое удовольствие. И дело вовсе не в том, что бедный негр или индеец не могут себе этого позволить. Просто хозяйство становится нерентабельным, себе в убыток, неважно, кто ты, нищий фермер или богатый плантатор. Так на месте сводимых лесов через несколько лет возникает пустыня.