Границы биосферы

Расположение границ биосферы и лимитирующие факторы

Для ответа на него необходимо точно сформулировать условия задачи, для чего ответить на несколько дополнительных вопросов:

1. Каковы пределы распространения жизни на Земле, особенно верхняя и нижняя граница ее распространения в основных абиотических средах.
2. Следует ли проводить границу распространения жизни по лимитам абиотических условий для активных стадий существования организмов (поскольку в основном именно они выполняют различные биосферные функции) или же включать стадии переживания (споры, цисты и т.д.).
3. Поскольку биосферные функции способны выполнять не отдельные организмы, а лишь полноценные экосистемы, не следует ли сузить границы биосферы до пределов распространения экосистем, хотя бы с обедненным видовым составом.

Абиотические факторы возможности существования жизни

Какие же абиотические факторы определяют возможность существования жизни?

1. Обеспеченность углекислым газом (для фотосинтетиков) и кислородом (для аэробов). Первые живые организмы Земли обитали в условиях отсутствия кислорода. Анаэробный обмен свойственен и многим современным организмам, причем не только прокариотам, но даже некоторым многоклеточным.
2. Достаточное количество воды (непременно - в жидком агрегатном состоянии).
3. Температурные границы между температурой, вызывающей свертывание белков, и прекращающей работу ферментов (для гомойотермных организмов в течение некоторого времени температурные границы могут быть расширены). Крайние лимиты температур, которые выносят некоторые организмы, - от практически абсолютного нуля до +180°С.
4. Наличие минимально необходимого количества элементов минерального питания.
5. Определенная минерализация водной среды.

Жизнь в целом может существовать в широчайшем диапазоне химических условий среды. Уксусные угрицы (нематоды) живут в толще бродящего уксуса. Некоторые микроорганизмы обитают в концентрированных растворах различных солей, в том числе медного купороса, фторида натрия, некоторые водоросли и ракообразные могут обитать в насыщенном растворе поваренной соли. Серные бактерии выдерживают концентрацию 0,1 М растворов серной кислоты.

Давление в целом не является лимитирующим фактором для жизни. Она может существовать в очень широком диапазоне от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер в придонных слоях океанов и толще литосферы. Для некоторых прокариот лимитирующим уровнем давления является 12 000 атм. Стадии переживания (анабиоза) многих растений и беспозвоночных сохраняют жизнеспособность в условиях полного вакуума.

Некоторые организмы способны существовать даже в условиях воздействия ионизирующей радиации. К ним относятся прокариоты и некоторые одноклеточные эукариоты. Для некоторых инфузорий допустимым является излучение, в 3 млн. раз более интенсивное, чем естественный радиационный фон на поверхности Земли, специфические бактерии были обнаружены даже в котлах ядерных реакторов.

В литосфере основным лимитирующим фактором для организмов служит температура горных пород и подземных вод, которая закономерно возрастает с глубиной и на расстоянии от поверхности 1,5-15 км превышает +100°С. Максимальная глубина, на которой в литосфере были обнаружены бактерии, достигает 4 км. В месторождениях нефти на глубине 2-2,5 км бактерии обитают в большом количестве. Однако большинство бактерий, как и все более крупные организмы, проникают в литосферу всего на глубину в несколько метров, а наиболее велика их концентрация в гумусовом слое почвы, т.е. на глубине менее метра.

В океане жизнь распространена по всей глубине океана, даже на дне самой глубокой океанической впадины (более 11 км) существуют гетеротрофные экосистемы. Наибольшая высота в атмосфере, на которой могут быть встречены организмы в активной жизненной фазе, не превышает области озонового экрана, т.е. 22-25 км от поверхности Земли. Споры и цисты могут подниматься и выше, однако их концентрация на значительных высотах крайне мала. Основная доля воздушного планктона находится в приземном слое, не выше 1-1,5 км.

Немаловажным аспектом при определении границ жизни в атмосфере является тот факт, что не существует живых организмов, которые могли бы проходить в атмосфере весь жизненный цикл. Они поднимаются над землей в основном при расселении (некоторые имеют к этому специальные приспособления), для сезонных перемещений, питания, либо оказываются в атмосфере случайно.

Тем более, атмосфера не является отдельной экосистемой, даже в самом широком понимании этого термина. Поэтому можно сказать, что более правильным термином будет не «воздушная среда жизни», а «наземно-воздушная».

В горах верхняя граница распространения экосистем проходит на высоте не более 6 км над уровнем моря, хотя отдельные живые организмы могут встречаться и выше.

Вернадский указывал как на одно из основных свойств живого вещества "всюдность" жизни в пределах биосферы. Хотя жизнь появилась локально в водоемах, она относительно быстро распространилась, заняв все пригодные для существования каких-либо организмов условия.