Биосфера как глобальная экосистема

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

1. Живое.
2. Биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке).
3. Косное (абиотическое, образованное вне жизни).
4. Биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва).
5. Вещество в стадии радиоактивного распада.
6. Рассеянные атомы.
7. Вещество космического происхождения.

Вернадский был сторонником гипотезы панспермии [10] (занесения жизни на Землю из космоса). Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Он считал, что живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени.

Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход  в стадию ноосферы¹.

 

4. Биосфера как глобальная экосистема
1. Понятие «экосистема»

Экосистема  – система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними [2].

Отличительной чертой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы [6], поэтому не каждая система взаимоотношений, естественная или искуственная, может называться экосистемой.

2. Классификация экосистем

Так как экосистемы являются сложными системами, то их классифицируют по нескольким признакам.

По размеру выделяют:

• Микроэкосистемы. Экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: небольшой водоем, гниющий ствол упавшего дерева и т.п.
• Мезоэкосистемы. Примерами могут служить лес, река и т.п.
• Макроэкосистемы. Имеют очень большое распространение (в пределах морей, океанов, материков), например, горы Анды, материк Австралия.
• Глобальную экосистему, которая является аналогом биосферы.

Стабильность экосистем увеличивается вместе с широтой охвата территории.

По степени антропогенного воздействия экосистемы подразделяют на три вида:

• Природные (или естественные) – экосистемы не нарушенные влиянием человека. Например,  отдаленные от человеческих поселений джунгли в Амазонии, заповедники, океанические впадины.
• Социоприродные – естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище)
• Антропогенные – системы, созданные человеком для извлечения выгоды. Делятся на техногенные и агроэкосистемы.

Также экосистемы можно классифицировать по многим другим признакам: структуре (наземные, пресноводные, морские, прибрежные и т.д.); источникам энергии (основной источник – Солнце, но присутствуют также другие субсидирующие источники) [14].

Так как биомы (макроэкосистемы) распределены согласно консорциям² [6], экосистемы принято классифицировать по типу преобладающего фитоценоза:

Наземные биомы

Вечнозеленый тропический дождевой лес.  
Полувечнозеленый тропический лес.  
Пустыня: травянистая и кустарниковая. 
Чапараль — районы с дождливой зимой и засушливым летом. 
Тропические степи и саванна.  
Степь умеренной зоны.  
Листопадный лес умеренной зоны.  
Бореальные хвойные леса. 
Тундра: арктическая и альпийская.

Водные экосистемы классифицируются по отличительным признакам: солености воды, особенностям водоема.

Типы пресноводных экосистем 
 Стоячие воды: озера, пруды и т.д.  
Текучие воды: реки, ручьи и т.д. 
 Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.

Типы морских экосистем 
Открытый океан. 
Воды континентального шельфа (прибрежные воды). 
Районы апвеллинга (районы подъема глубинных вод к поверхности; плодородные районы с продуктивным рыболовством). 
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.).

Следует учитывать то, что приведенная классификация охватывает только крупные экосистемы – биомы.

3. Компоненты экосистемы

В экосистеме можно выделить два  компонента – биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества – консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии  для существования экосистемы и  поддержания в ней различных  процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца. Солнечная энергия поглощается в биосфере неравномерно, что можно видеть на рис. 4.

Рис. 4. Поступление и распределение  солнечной энергии

Энергия солнца поглощается лишь частично, и на каждый новый трофический уровень переходит лишь около 10% (Правило Линдемана) [12], что обуславливает ограниченную длину цепей питания (обычно 5-6 уровней), соответственно можно сказать что на долю консументов приходится значительно меньше энергии, чем на долю плотоядных, плотоядных – меньше чем фитофагов и т.д. (рис.5).

 
Рис. 5. Схема распределения энергии среди продуцентов и консументов

Каждая экосистема характеризуется присущей ей совокупностью свойств и структурой.

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1. Климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды.
2. Неорганические вещества, включающиеся в круговорот.
3. Органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии.
4. Продуценты – автотрофные организмы, создающие первичную продукцию.
5. Консументы – гетеротрофы, поедающие другие организмы (хищные) или крупные частицы органического вещества.
6. Редуценты – гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три  компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки  организмов (помимо автотрофов):

1. Биофаги – организмы, поедающие других живых организмов.
2. Сапрофаги – организмы, поедающие мёртвое органич<span class="dash041e_0431_044b_0447_043d_044b_0439__Char" style=" font-family: 'Times