Условия существования организмов тесно связаны с составом литосферы, гидросферы и атмосферы.
Литосфера - это каменная оболочка Земли или земная кора, в которой выделяют два основных типа: океанический (базальтовый) и континентальный (гранитный). Средняя мощность океанической коры – 6,5–7,0 км, однако под гребнями срединно-океанических хребтов и рифтовыми долинами она сокращается до 2,0–2,5 км. Мощность континентальной коры под древними платформами около 40 км. Под островными дугами она уменьшается до 20–25 км и под молодыми складчатыми поясами возрастает до 80 км.
Земная кора сложена преимущественно легкоплавкими силикатами с преобладанием алюмосиликатов. Элементный состав континентальной и океанической коры приведен в табл. 1. На континентах состав определяют четыре элемента: O – 47; Si – 29,5; Al – 8; Fe – 4,6%. В сумме они дают 92% ее массы. Если к перечисленным элементам добавить Ca, Na, K и Mg, то получим 99% массы. Содержание важнейших для любого организма элементов воды – около 10% и углерода – всего 2,3∙10-3%.
| Таблица 1. Средний химический состав континентальной и океанической коры | ||
| Окислы | Содержание, % | |
| Континентальная кора | Океаническая кора | |
| SiO2 | 61,9 | 49,4 |
| Al2O3 | 15,6 | 16,0 |
| Fe2O3 | 2,6 | 2,3 |
| FeO | 3,9 | 7,6 |
| CaO | 5,7 | 11,4 |
| MgO | 3,1 | 8,0 |
| Na2O | 3,1 | 2,7 |
| K2O | 2,9 | 0,2 |
Вещественный состав земной коры неоднороден и определяется типом пород. Так, например, Виноградовым выделены биогеохимические провинции, для которых характерна специфическая геохимическая обстановка, характеризующаяся избытком или недостатком отдельных элементов. Это является одним из факторов, влияющих на эволюцию жизни при ее экспансии.
Гидросфера - это прерывистая оболочка, включающая океаны, моря, поверхностные и подземные воды континентов и ледяные покровы (табл. 1). Мировой океан занимает 70,8% поверхности Земли и играет важную роль в формировании климата и теплового баланса Земли. В процессе своего естественного круговорота воды взаимодействуют с большим числом минералов, газов и органических соединений и потому представляют раствор различных веществ.
Пресные воды составляют около 2% от общего объема гидросферы. В этой связи, 2/3 водоснабжения городов осуществляется за счет подземных вод, общий объем которых оценивается в 60 млн. км3 .
| Таблица 2. Запасы воды в гидросфере | ||
| Элементы гидросферы | Объем, тыс. км3 | Процент от общего объема |
| Мировой океан | 1,37·106 | |
| Подземные воды | 6,0·104 | 4,1 |
| Ледники | 2,4·104 | 1,6 |
| Озера | 2,8·102 | 0,02 |
| Почвенная влага | 0,006 | |
| Пары атмосферы | 0,001 | |
| Речные воды | 1,2 | 0,0001 |
Средняя соленость Мирового океана принята равной 350/00 Химический состав его вод – итог длительной эволюции, которая привела к накоплению растворимых и выпадению трудно растворимых соединений. Главные компоненты (г/кг): Cl− – 19,4; SO42− – 2,74; HCO3− – 0,14; Ca2+ – 0,41; Na+ – 10,76; K+ – 0,39. Общая солевая масса океана (56 1015 т) практически постоянна и для ее изменения необходимы миллионы лет. Однако содержания отдельных компонентов может меняться при нарушении баланса его поступления и выноса.
Поверхностные воды суши представляют наиболее подвижную часть гидросферы. Степень минерализации рек делят на четыре группы (О.А. Алекин, 1970): малая – до 200, средняя – 200-500, повышенная – 500–1000 и высокая - более 1000 мг/л. Речные воды с малой и средней минерализацией обычно являются гидрокарбонатно-кальциевыми, реже гидрокарбонатно-магниево-кальциевыми. Для них типичен следующий порядок распределения главных ионов:
HCO3– > SO42– > Cl– и Ca2+ >Mg2+ > Na+ + K+.
С повышением минерализации воды доминирующим становится ион SO42– ,а в высокоминерализованных водах ионы SO42¯– и Cl–.
Зональность химического состава подземных вод определяется действием природных факторов на подземную гидросферу. По условиям формирования выделяются подземные воды:
· выщелачивания (Ca49 Mg26 Na24 K1);
· континентального засоления (Na40 Ca31 Mg27 K2).
Первый тип вод формируется в областях с повышенными атмосферными осадками или в районах недостаточно увлажненных, но с хорошо проницаемыми породами. Второй тип типичен для равнин сухих степей, полупустынь и пустынь. Средний химический состав грунтовых вод зон засоления по С. Л. Шварцеву
(HCO3)80 (SO4)9 (Cl)8(NO3)2(F)1.
В вертикальном разрезе бассейнов подземных вод прослеживается прямая гидрогеохимическая зональность, которая определяет повышение их минерализации с глубиной и изменение ионно-солевого состава по соответствующей схеме:
HCO3– (Ca2+, Na+) → SO42+ (Ca2+,Na+) → Cl– (Na+, Ca2+).
Как и для литосферы, для гидросферы характерна определенная неоднородность. Акватория открытых вод Мирового океана бедна веществами, необходимыми для существования организмов. Существует зональность в вещественном составе вод, связанная с изменение температуры воды. Для теплых морей характерно, например, повышенное содержание кальция. влияющая на распространение жизни.
Атмосфера. Ее масса около 5,2·1015 т (Г. В. Войткович, 1986). В атмосфере выделяют:
– тропосферу – достигает высоты 18 км на экваторе и до 8-10 км на полюсах;
– стратосферу – простирается на высоту до 50–55 км;
– мезосферу – распространяется до 80 км;
– ионосферу (термосфера) – высота верхней границы области ионизации около 800 км;
– экзосферу – на высоте порядка 2000 км переходит в межзвездную среду.
Биосфера расположена в первом от поверхности Земли слое – тропосфере. Ее верхняя граница − тропопауза – определяется температурой, исчезновения паров воды. 80% массы воздуха сосредоточено в тропосфере. Его состав определяют: азот ~78, кислород ~21 и аргон около ~1%. Газы, которые постоянно присутствуют в атмосфере в небольших концентрациях, принято называть малыми. К ним относят двуокись углерода (CO2), окись углерода (CO), гелий (He), неон (Ne), ксенон (Xe), радон (Rn), криптон (Kr), аммиак (NH3), водород. Содержание CO2, необходимого растениям, в настоящее время составляет около 0,04%. Следует отметить, что состав воздуха меняется с высотой.
Для жизни на суше важен озоновый слой (озон – молекула кислорода, состоящая из трех атомов). Он расположенный в верхних слоях тропосферы и защищает биоту от губительного ультрафиолетового излучения.
Кроме перечисленных газов, в воздухе содержатся вещества природного и антропогенного происхождения, качественный и количественный состав которых меняется: пары воды, пыль, аэрозоли.