Важным для понимания биосферы было установление Пфефером (1845–1920) трех способов питания живых организмов:
1) автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
2) гетеротрофное – построение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
3) миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).
Из многих определений биосферы наиболее удачным (Радкевич, 1998) является следующее:
Биосфера (в современном понимании) представляет собой глобальный биотоп, населенный всеми живыми существами (в том числе и человеком), проживающими на Земле.
Она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством. Через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Она имеет несколько слоев:
♦ тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80 % газового состава атмосферы и весь водяной пар;
♦ стратосфера — слой атмосферы, располагающийся над тропосферой до высоты 50–55 км. В нижней ее части температура относительно постоянна, но начиная с высоты 25 км она вырастает от 6 С до 1 °C. Это объясняется тем, что на данной высоте (25 км) находится озон, который сильно поглощает солнечную радиацию. В эволюционном плане озон способствовал распространению живого вещества на суше;
♦ ионосфера – оболочка, в которой практически отсутствует «живое вещество».
Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78 %), O2 (21 %), CO2 (0,03 %).
Гидросфера представляет собой совокупность всех вод на Земле (глубинных, почвенных, атмосферных, океанических и др.). Основную часть гидросферы (96,53 %) составляет Мировой океан. На протяжении тысячелетий во всех районах и на всех глубинах океана соотношение основных химических компонентов морской воды остается постоянным. В. И. Вернадский даже предлагал принять это соотношение в качестве константы на нашей планете, аналогично тому, как характерной константой вещества служит точка его плавления. Океану присущ гомеостаз – способность сохранять постоянство своего химического облика. Здесь нельзя не заметить, что сегодня очень остро стоит вопрос: сохранится ли эта способность в современных условиях?
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2, Ca2, Cl, S, С.
Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, и другим химическим элементам, которые усваиваются живыми организмами.
Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, постепенно, с глубиной, переходящая в сферы с меньшей прочностью вещества (Реймерс, Яблоков, 1982, с. 71). Она включает земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы 50-200 км. Глубина земной коры до 30–60 км на континенте и 5-10 км на дне океана.
В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровича. Та часть поверхности литосферы, которая преобразована за счет совместного воздействия на нее воды, воздуха и живых организмов, образует почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.
Преобладающие элементы химического состава литосферы: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К.
Ведущую роль среди многих химических элементов, выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92 % ее объема. Этот газ прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. В количественном отношении земная кора – это «царство» кислорода, химически связанного в ходе ее геологического развития.
Накопление фактического материала и теоретическое его осмысление привели ученых к идее, что между живыми организмами и неживой природой существует не просто формальная, а средопреобразующая взаимосвязь. Об этом свидетельствует обратное воздействие живых организмов (и их систем) на физические, химические и геологические среды их жизни. Отметим, что этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Ученые все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже XIX–XX вв. в науку все шире проникают идеи холистического (целостного) подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.