Земля – космическое тело. Она состоит из сфер, обволакивающих одна другую: ядра, мантии, земной коры, гидросферы, атмосферы. Все сферы взаимно пронизаны. Механизм взаимодействия геосфер исключительно сложен. Лучистая энергия солнца – один из главных источников этого всепланетарного механизма. Образовавшись из общего исходного космического вещества, сферы обособились в процессе длительной геологической эволюции планеты, но продолжают взаимодействовать друг с другом. Природные геологические процессы и антропогенная деятельность воздействуют как на отдельные геосферы, так и на всю планету в целом.
В начале XIX века французским ученым Ламарком было введено понятие «биосфера» для определения земной оболочки, занятой жизнью. Учение о биосфере разработал Вернадский.
Верхняя граница биосферы простирается в атмосфере на высоте 25–30 км (озоновый слой), нижняя граница – в земной коре на глубине 3–5 км. В Мировом океане биосфера охватывает практически всю водную толщу.
Биосфера начала формироваться около 2 млрд лет назад, когда в океанах возникли первые живые организмы (возраст Земли – около 4,5 млрд лет). Заселение суши началось, вероятно, 400 млн лет назад. Подобно живому веществу и вместе с ним биосфера изменялась со временем.
Компонентами биосферы являются: живое вещество (растения, животные и микроорганизмы);биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории, – осадочные горные породы: каменный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные породы неорганического происхождения и вода, т. е. вещества, происхождение которых не связано с живыми организмами); биокосное вещество (продукт взаимодействия живого и неживого – почвы, илы, болота). Биосферу в целом можно считать глобальным биокосным телом.
Живое вещество представляет самую мощную силу в биосфере. Распределение жизни отличается крайней неравномерностью. Биосферу населяют более 2 млн видов живых организмов. Животное население Земли более разнообразно, чем растительное. Среди животных преобладают насекомые, среди растений – цветковые. В целом среди видов преобладают сухопутные – 92–93 %.
Лучистая энергия Солнца – главный источник энергии, определяющий тепловой баланс и термический режим биосферы. Около 67 % энергии солнца поглощается атмосферой и земной поверхностью, а 33 % отражается облаками, поверхностью суши, тонкодисперсной пылью.
Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, на Земле должен происходить круговорот биологически важных веществ. Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ – геологический, или большой, круговорот, и биологический, или малый, круговорот (круговорот органического вещества). Геологический круговорот наиболее четко проявляется в круговороте воды.
С появлением на Земле живой материи химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция называется биогеохимическим циклом.
Основным структурным звеном биосферы является биогеоценоз. Любое воздействие на какой-либо элемент биогеоценоза и последующее изменение в данном элементе неизбежно вызывают цепную реакцию во всех звеньях биогеоценоза. Это определяет необходимость осторожного подхода к решению практических, хозяйственных задач, который обеспечил бы сохранение природного равновесия.
С появлением первого современного человека в эволюции биосферы стал действовать новый фактор – антропогенный. Получая из природной среды все жизненные ресурсы (воду, воздух, пищу, энергию, строительные материалы и др.), человек возвращает в биосферу бытовые и промышленные отходы, большая часть которых не в состоянии включиться в биологический круговорот из-за их чужеродности или токсичности. Происходит быстрое истощение природных ресурсов, вымирание многих видов живых организмов, загрязнение и отравление среды ядохимикатами и радионуклидами, разрушение естественных экосистем (лесов, лугов, озер, рек, болот).
Ныне разрабатывается и уточняется концепция устойчивого развития, которая призвана переориентировать человека на бережное отношение к природе, ее разумное использование, совершенствование технологий и выработку более дорогих, но безотходных способов производства, на поддержание устойчивости экосистем и сохранение биологического разнообразия. Это концепция во многом соответствует теоретическим представлениям В.И. Вернадского о перерастании биосферы в ноосферу – сферу разума.