ВЕРТИКАЛЬНА СТРУКТУРА БІОСФЕРИ
В 1931 р. вийшла стаття В.І.Вернадського “Про межі біосфери”. Проте слід нагадати, що вчений до цієї проблеми звернувся ще в 1926 р.
Однак тоді наука ще не нагромадила достатньої кількості інформації, яка б дала повну відповідь на питання: де проходять межі біосфери? Наприклад, не підтвердилося передбачення вченого про заселення усієї осадної оболонки Землі бактеріальним життям.
Відомо, що розподіл мікроорганізмів у підземних водах, а значить, і нижня межа біосфери на континентах визначається двома факторами: температурою води і концентрацією в ній мінеральних солей. Живі бактерії можуть існувати у водах із температурою до IOOoC1 тоді як активна їхня життєдіяльність проявляється на межі близько 80°C. Крайня межа соляного розчину — 270 г/л, що в 10 разів перевищує концентрацію води океану.Передбачення В.І.Вернадського про повсюдне поширення життя в океані до самого його дна збулося. Однак це підтвердилося через декілька десятків років — у 1960 р., коли батискаф “Трієст” із Жаком Піккаром і Доном Уолшем торкнувся дна Маріанської западини на глибині 10919 м від точки занурення. Акванавти на великій глибині побачили життя, про яке В.І.Вернадський тільки догадувався: “Повз батискаф пропливали плоскі риби, завширшки в долоню, на дні лежала червона креветка. Поверхня дна була покрита якимись горбочками, напевно, створеними живими організмами. Океан виявився заселеним до самих великих своїх глибин”, — пише А.В.Лаппо. Сьогодні можна стверджувати, що океанічна межа біосфери перебуває на глибині близько 14 км (рис.7.3).
Де ж, на якій висоті проходить верхня межа біосфери і як її визначити? За В.І. Вернадським, до біосфери можна віднести ті зони Землі, де існують аборигенні угруповання живих організмів. Однак слід уточнити, що в цій зоні, яку ще називають аеробіосферою (рис.7.4), організми
Рис.
7.4. Вертикальна структура біосфери./ — ультрафіолетове проміння. 2 — межі снігу; 3 — ґрунт і едафон; 4 — печерні тварини; 5 — нафтові бактерії.
не живуть, вони сюди лише залітають (птахи, комахи). Повітряні потоки піднімають і переносять міріади мікроорганізмів, вірусів, які живуть головним чином в краплях вологи. Тут можна зустріти пилок, спори і насіння рослин, тут є звичними біогенні речовини — біоліни і фітонциди. Тут вирує життя, особливо в його товщі від декількох метрів від поверхні суші чи води до приблизно 50-300 м. Цю частину атмосфери М.Ф.Реймерс (1994) вважає екотоном між террабіосферою і гідробіосферою, з одного боку, і тропосферою — з іншого. Ту частину тропосфери, куди лише спорадично піднімаються перелітні птахи, зграї сарани чи якісь скупчення комах, автор відносить до тропобіосфери. Над останньою поза шаром позитивних температур лежить відносно тонкий шар апьтобіо- сфери (лат. альтус — високий). Тут, де температура середовища не піднімається вище 0°С, життя можливе лише завдяки прямій сонячній інсоляції (рис.7.5).
Зону, яка прилягає до біосфери зверху, американські вчені назвали парабіосферою (грецьк. “пара” — біля, при). В цій зоні випадково з являються мікроорганізми і їхні спори, не здатні до активного метаболізму через високу температуру і тиск, як в зоні життя осаднпх порід, яку М.Ф.Раймере називає гіпобіосферою, оскільки тут, навпаки, низька температура, малий атмосферний тиск і вплив космічного опромінювання та короткохвильової частини сонячного спектра. У вищих шарах атмосфери, розташованих за парабіосферою, життя відсутнє, але можуть міститися біогени. Це апобіосфера — аналог метабюсфери глибин Землі. На рис.7.6 зображені межі поширення живих організмів від висоти і глибини.
Аналізуючи наведені дані про нижню і верхню межі біосфери, а також фізико-хімічні умови, що їх визначають, А.В.Лаппо (1970) виділяє три групи життєзабезпечуючих факторів.
По-перше, це достатня кількість вуглекислого газу і кисню. На Гімалаях, наприклад, зелений покрив обмежений висотою 6200 м, де парціальний тиск вуглекислого газу нижчий, ніж на поверхні моря.
Однак і там життя не припиняється: його підтримують деякі види павуків і комах, які живляться органічними рештками, занесеними сюди вітром.По-друге, достатня кількість вологи, яка забезпечує нормальний хід ферментативних процесів.
По-третє, сприятливий термічниий режим, який виключає або надто високі температури (зумовлюють звертання білка), або надто низькі (припиняють роботу ферментів). Найживучішими є прокаріоти — бактерії і ціанобактерії. Ix можна зустріти в льодовиках Арктики, в скельних породах Антарктики, в гарячих джерелах з температурою до 980C, а в підземних водах — і при 100oC.
Таким чином, потужність біосфери за вертикаллю в океанах охоплює всю товщу води і незначну донну плівку життя, а на континентах — тонкий надземний і потужний підземний шар. Уся земна поверхня нашої планети належить до біосфери, виключаючи, можливо, окремі високогірні ділянки, вкриті льодовиками, та безводні пустелі.
|4 Eконогін
4 12___________________ БЮСФЕРОЛОПЯ (ГЛОБАЛЬНА ЕКОЛОГІЯ)
Рис 7 5 Поширення живих організмів млсжпо від висоти і глибини
/ край материкового cxnιv 2 материковий схил 3 абіссатьна коттовина 4 ультраабіссальна западина
Рис 7 6 Вертикальна структура біосфери (За Реймерсом, 1994)
Розвиваючи ідеї В.І.Вернадського, М.Ф.Реймерс особливу увагу приділяє формуванню поняття вертикальної структури біосфери, оскільки в сучасній екологічній літературі його тлумачення досить суперечливі. Наприклад, біогеоценотичний покрив ототожнюється із самою біосферою й екосферою (Экологический энциклопедический словарь, 1989). Використовуючи загальновідомі поняття — атмосфера, гідросфера та літосфера, в яких зосереджене життя, М.Ф.Реймерс відповідно визначає підрозділи біосфери — аеробіосферу (населену аеробіонтами) і гідробіосферу (населену гідробіонтами) та геобіосферу (населену геобіонтами).
Він звертає увагу на той факт, що життя зосереджене не лише на земній поверхні, але й у глибинах Землі, хоча б у її підземних водах. Біоценози над водою і на ній в плівці поверхневого натягу практично не існують. Вони або внутріводні, або ж, подібно до мангрових заростей, сухопутно-водні, але не строго повітряно-водні як на межі середовищ суші, де формується просторе фітосередовище, утворене товщею наземної рослинності разом із представниками інших царств природи, об’єднуючи фактично всі три середовища життя: повітряне, водне і тверде.Найпродуктивнішим шаром суші є Літосфера, яка разом із водними біоценозами (гідросфера, фотосфера) утворює активну плівку життя (біофільм). До фітосфери належать не лише біоценози, утворені на поверхні суші — террабіосфери, але й еолова зона високогір’їв, яка існує за рахунок органіки, перенесеної повітряними потоками з менших висот. Фітосфера і еолові зони утворюють біогеоценотичний покрив.
Життя не обмежується лише поверхнею суші. Воно існує і в нижніх шарах літосфери (особливо в підземних водах), яку називаютьлітобіо- сферою (разом з літобіонтами). Грунтовий шар, який є наслідком діяльності надземних і підземних абіотичних і біотичних факторів, належить до педосфери.
Шар розрідженого життя під педосферою, утворений ґрунтовою синузією фітосфери, М.Ф.Реймерс називає гіпогеобіосферою. Шар літосфери глибиною нижче 1 км (нижче межі кисню) називають теллуробіосферою (лат. tellus, telluris — земля).
Рис. 7.7. Три головні зони в озері.
Гідробіосфера розподіляється на два системних утворення — океанічне і континентальних водоймищ — океанобіо- сферу, абомариносферу (із маринобіон- тами) та аквабіосферу (з аквабіонта- ми). Кожне з цих утворень має свою характерну структуру і свій набір гідробіонтів. Наприклад, розглянемо вертикальну структуру озера, за якою класифікуються водні організми (рис.7.7):
1) організми літоральної зони — укорінені на мілководних ділянках, в які світло проникає до дна, прибережні водорості і багато квіткових рослин- гідрофітів;
2) організми лімничної зони приурочені до товщі води в межах глибини ефективного проникнення світла.
Цю глибину називають також компенсаційним горизонтом. Вона характерна тим, що тут процеси фотосинтезу збалансовані з процесами дихання. В загальному цей горизонт розташований на глибині, до якої проникає приблизно 1% усього сонячного світла. Угруповання лімничної зони складаються переважно з представників планктону (прикріплених до дна або розташованих на іншому організмі, а також організми, які живуть в намулі) та нектону (плаваючі організми, які не мають зв’язків з дном: риби, амфібії, великі плаваючі комахи і т.п.). Ця зона відсутня в невеликих дрібних ставках.Літоральну і лімничну зони, товща води яких освітлена сонячним промінням, називають евфтотичною',
3) організми профундальної зони населяють дно і товщу води, куди не проникає сонячне світло. Це зообентос (наприклад, лежачі на дні двостулкові та черевоногі молюски), нектон тощо.
М.Ф. Реймерс ці зони із трьома рівнями освітлення поділяє на фотосферу (відповідає літоральній зоні), дисфотосфсру (лімничній) та афотосферу (профундальній). Такий перехід по суті лежигь і в зонуванні літобіосфери.
Особливо слід відзначити озоносферу, яку ще називають озоновим екраном. Незважаючи на низький вміст озону в атмосфері, цей газ відіграє суттєву еколого-біологічну роль, активно поглинаючи короткохвильове ультрафіолетове (УФ) випромінювання Сонця. Озоновий шар, розташований в стратосфері на висоті приблизно 15-20 км (верхня межа його поширення 45 км), не лише визначає температурний режим стратосфери, але є і захисним щитом земних організмів, відхиляючи від них смертоносне ультрафіолетове випромінювання.
В останні десятиліття увага світової громадськості прикута до руйнування озонового шару, яке відбувається головним чином під впливом хлорфторвуглеводів (фреонів), які широко використовуються в побуті (холодильні установки, газове наповнення аерозольних балончиків). Ці сполуки (95% їх, як правило, попадає в повітряне середовище) під дією ультрафіолетового випромінення виділяють хлор, який і руйнує стратосферний озон.
Цьому негативному процесу сприяють також і викиди реактивних літаків, ядерні викиди, розклад мінеральних добрив, які супроводжуються виділенням азоту і його окислів, також здатних руйнувати озоновий екран.Як видно з рис.7.5, життя з активним обміном речовин піднімається вверх від поверхні землі від ізотерми O0C, або дещо нижчої температури переважно до 6 км по вертикалі. Отже, власне біосфера, або, як її називає М.Ф.Реймерс, еубіосфера — це шар активного життя, глибина якого на суші становить близько 12 км, а в межах океану —17 км. Ця відстань значно менша, ніж передбачалося (20-22 і навіть більше).
В середньому шар планетарного життя сягає всього близько 20 км. Якщо зіставити розміри космосу і земної антропосфери, це нагадує целофанову плівку, яку так легко пошкодити.
Ще легше пошкодити біогеоценотичний покрив, який нагадує плівку ще меншої товщини, де навіть необережний дотик може порушити її цілісність. Адже товщина цього шару (надземної і підземної частин) для лісових біогеоценозів коливається в межах 20-60 м, а для лугових — від кількох дециметрів до кількох метрів.
7.3.3.