И.Ф. Рассашко, О.В. Ковалева, А.В. Крук
Общая экология
Тексты лекций для студентов специальности 1-33 01 02 «Геоэкология». – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2010. – 252 с.

Раздел 2. Организация биосферы

Лекция 11. Учение о биосфере

11.3. Xарактеристика и функции живого вещества

Под живым веществом понимается совокупность массы всех организмов, населяющих в тот или иной момент нашу планету. Живое вещество характеризуется количественно массой, химическим составом, геохимической энергией. Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению на планете. Все вещества и энергию, необходимые для жизнедеятельности, организмы получают из окружающей среды.

Биосфера представляет собой открытую термодинамическую систему, через которую проходит поток энергии от Солнца. Зеленые растения аккумулируют солнечную энергию, превращают ее в химическую и обеспечивают существование жизни на Земле. Живые организмы принимают участие в перераспределении химических элементов, образовании горных пород и минералов, выполняют особые функции: энергетическую, газовую (газообменную), концентрационную, окислительно-восстановительную, биохимическую, функцию созидания (синтеза) и разрушения (распада) и другие.

Энергетическая функция живого вещества – основная планетарная функция биосферы. Она заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.

Одной из важнейших функций живого вещества является газовая функция, заключающаяся в динамике и трансформации газов в биосфере. Известно, что в процессе фотосинтеза потребляется углекислый газ и выделяется кислород, который обогащает нашу планету. В настоящее время весь кислород в свободном и связанном состоянии имеет биогенное происхождение. В процессе дыхания происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа, как конечного продукта окислительного процесса, присущего живой системе. В большом количестве выдыхаются пары воды. С деятельностью бактерий связан круговорот азота. В процессе газового метаболизма могут выделяться сероводород (при неполном окислении органических веществ), метан, другие газы.

Концентрационная функция связана с накоплением в живых организмах разных химических элементов: углерода, водорода, азота, кислорода, кальция, калия, кремния, фосфора, магния, серы, хлора, натрия, железа, алюминия. Отдельные виды являются специфическими концентраторами некоторых элементов: морская капуста (ламинария) – йода, лютики – лития, ряска – радия, диатомовые водоросли и злаки – кремния, моллюски и ракообразные – меди, позвоночные – железа, бактерии – марганца и т. д. Результатом концентрационной функции в масштабах биосферы является накопление залежей полезных ископаемых (известняка, туфа, торфа, каменного угля, мергеля, др.). Живые организмы способны накапливать определенные химические элементы и соединения таким образом, что если в окружающей среде концентрацию элемента принять за единицу, то на первом пищевом уровне – у фотосинтезирующих организмов – она возрастет в 10 раз, на следующих уровнях – у растительноядных форм (фитофагов) и хищников – в 100, 1000 и более раз. В результате концентрации элементов по пищевым уровням они из безвредных в окружающей среде могут стать токсичными. Этим объясняется тот факт, что хищники высокого ранга – орлы, лососи, щуки, др. в пищевых цепях подвержены большим опасностям.

Окислительно-восстановительные функции и реакции лежат в основе всякого биологического метаболизма. Эта функция крайне важна для истории многих элементов, подвергавшихся окислению и восстановлению (прежде всего для соединений железа, серы, марганца, а также азота, меди, селена, урана, кобальта, ванадия, молибдена и др.).

Одной из функций является биохимическая. С ней В. И. Вернадский связывал такие явления, как рост, размножение, перемещение живых организмов. Все эти явления имеют существенное геологическое значение, так как приводят к быстрому расселению живых организмов – «давлению жизни».

Жизнь организмов – это непрекращающийся синтез и распад органических веществ. На разных этапах развития биосферы соотношение процессов данной функции менялось. В момент возникновения биосферы, когда природа была молода, созидание преобладало над разрушением, из первичной атмосферы были изъяты в большом количестве метан, сероводород, углекислый газ, а концентрация свободного кислорода, отсутствовавшего прежде, была доведена до нынешней (21%). При достижении расцвета теплокровных животных в биосфере это неравенство перешло в относительное равновесие. В этот период появился и человек. С момента расцвета промышленности до настоящего времени процессы разрушения стали преобладать над созиданием.

В наше время особое значение приобретает еще одна функция живого – биогеохимическая деятельность человечества. Анализируя эту функцию, В. И. Вернадский фактически первым четко сформулировал концепцию комплексного воздействия человечества на лик Земли, что значительно позже стали называть антропогенным (антропическим) воздействием на окружающую среду.