Нижня межа біосфери проходить у верхній частині земної кори. Виразне розповсюдження життя простежується тут лише до глибини в декілька десятків метрів, проте з підземними водами мікроорганізми розповсюджуються до глибин 2-3 км, хоча відомі випадки виявлення мікроорганізмів у нафтових водах і нафті, видобутих при бурінні свердловин з глибин більше 4 км.
З погляду концентрації живої речовини в біосфері особливий інтерес становить ґрунтовий шар, товщина якого в різних ландшафтних і кліматичних зонах змінюється в широких межах (від декількох сантиметрів до 1—1,5 м). Практично вся рослинність суші, а отже, і весь її тваринний світ пов'язані з ґрунтом як необхідним джерелом їжі.
Ґрунт. Тверда земна кора, на якій ми мешкаємо (літосфера), має складну будову.Верхні шари літосфери (до 2—4 км) називають літобіосферою, а поверхневий шар — ґрунтом. У глибину Землі живі організми проникають на невелику відстань. Найбільша глибина, на якій у породах земної кори були знайдені бактерії, становить 4 км, на дні океанів — до 11 км.
Ґрунт є найважливішою ланкою, що зв'язує біотичні й абіотичні компоненти наземних екосистем. У цьому полягає особлива роль ґрунту в біосфері. Процес утворення ґрунту отримав назву ґрунтоутворення. Наука про ґрунти називається ґрунтознавством. Ґрунтоутворення — результат фізичного, хімічного і біологічного перетворення гірських порід. Воно є трифазним середовищем, що містить тверді, рідкі й газоподібні компоненти. Найважливішою властивістю ґрунту є його родючість.
Василь Васильович Докучаєв (1846—1903) — видатний російський учений — вперше представив ґрунт як динамічне, а не інертне середовище в класичній роботі "Російський чорнозем", де розглянув ґрунти Росії і їх утворення. В.В. Докучаєв виявив головні ґрунтотвірні чинники — клімат, геологічну основу (материнська порода), топографію (рельєф), живі організми і час. Всі ці чинники належать до екологічних (чинників середовища існування).
Родючість ґрунту визначається як здатність ґрунту забезпечити органічне і мінеральне живлення рослин. Надлишок або нестача гумусу, а також едафічні чинники визначають родючість ґрунту.
Едафічні чинники (від грец. edaphos— ґрунт) — сукупність фізичних і хімічних властивостей ґрунту.
Гумус, або перегній, — це складний комплекс органо-мінеральних сполук, що утворилися з органічних залишків рослин і тварин шляхом розкладання останніх за допомогою мікроорганізмів.
Ріст рослин залежить від вмісту потрібних поживних речовин у ґрунті і від його структури.
До складу ґрунту входять чотири важливі структурні компоненти: мінеральна основа (зазвичай 50—60 % загального складу ґрунту), органічна речовина (до 10 %), повітря (15—22 %) і вода (25—35 %). Мінеральний кістяк ґрунту — це неорганічний компонент, який утворився з материнської породи внаслідок її вивітрювання.
Структура ґрунту. Мінеральні фрагменти, що утворюють речовину ґрунтового кістяка, різні — від валунів і каміння до піщаних крупинок і найдрібніших частинок глини. Матеріал кістяка зазвичай довільно розділяють на дрібний ґрунт (частинки < 2 мм) і більші фрагменти. Частинки менше 1 мкм у діаметрі називають колоїдними. Механічні й хімічні властивості ґрунту в основному визначаються тими речовинами, які належать до дрібного ґрунту. Співвідношення частинок різних розмірів у дрібному ґрунті досліджують шляхом механічного аналізу в лабораторії або за наявності досвіду на дотик у полі.
Структура ґрунту має велике значення для сільського господарства. Середньо-дрібноструктурні ґрунти, такі як глина, суглинки й алеврити, містять достатньо поживних речовин і здатні утримувати воду. Піскуваті ґрунти швидше дренуються і втрачають поживні речовини через вилуговування, але їх вигідно використовувати для отримання ранніх урожаїв: їх поверхня висихає ранньою весною швидше, ніж у глинистих ґрунтів, що сприяє кращому прогріванню. Ступінь каменистості ґрунту теж має значення, оскільки впливає на швидкість зносу сільськогосподарських знарядь, а також на дренаж. Зі збільшенням вмісту каміння в ґрунті зменшується його здатність утримувати воду.
Ідеальний ґрунт має містити приблизно рівні кількості глини і піску в поєднанні з частинками проміжних розмірів. У цьому випадку утворюється пориста, крупчаста структура, і ґрунти називаються суглинками. Вони зазвичай мають переваги двох крайніх типів ґрунтів і не мають їх недоліків. Таким чином, легко здійснюваний механічний аналіз ґрунту дає корисне уявлення про його вірогідні властивості.
Земля необхідна людині для різних цілей, які інколи несумісні. Зростає зневага до істинної цінності землі. Це нерідко призводить до того, що в ролі "годувальниці" вона цінується нижче, ніж як "основа для бетонного фундаменту". Земля — слово особливе. Так називається наша планета. Йдучи на чужину, наші предки брали із собою жменю рідної землі і берегли її як святиню.
Світ ґрунтів — "душі ландшафту", за висловом В. В. Докучаєва, мінливий, ранимий. Створений рослинами і тваринами, він управляє біогеоценозом, відновлюючи його зональний тип. Динамічність ґрунтів цілком пов'язана з динамічністю біосфери, і цей зв'язок може зіграти з людьми злий жарт, якщо ми не враховуватимемо ті численні процеси, які протікають у "четвертій стихії" — ґрунті.
Атмосфера. Третя геосфера Землі, з якою пов'язана біосфера, — це атмосфера, що є газовою оболонкою Землі, яка складається з азоту (78,08 % об'єму), кисню (20,95 %), аргону (0,93 %) і вуглекислого газу (0,03 %). На частку решти газів припадає близько 0,01 % загального об'єму атмосфери. З віддаленням від поверхні Землі щільність атмосфери поступово зменшується до висоти близько 3 тис. км, де стає рівною щільності міжпланетного простору. Звичайно атмосферу представляють у вигляді сукупності шарів — тропосфери, стратосфери та іоносфери. Тропосфера, що містить у собі близько 80 % маси всієї атмосфери і практично всю водяну пару, сягає висоти приблизно 9 км (на полюсах) — 17 км (на екваторі). У нижній частині стратосфери, що простягається від верхньої межі тропосфери до висоти близько 50 км, розташовується озоновий шар, для якого характерний підвищений вміст озону. Концентрація озону на висотах розміщення озонового шару 15—26 км більш ніж у 100 разів перевищує його концентрацію біля поверхні Землі.
Озон О3 утворився в результаті реакції між атомарним (О) і молекулярним (О2) киснем під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця.
Ультрафіолетове випромінювання Сонця — це електромагнітні хвилі сонячного випромінювання з довжиною хвилі менше 400 нм, а видиму частину сонячного спектра становить проміння з довжиною хвилі 400—760 нм. Вище озоносфери існування життя неможливе без спеціального захисту через жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця.
Вплив атмосферних чинників на біологічні процеси величезний — це саме життя. Атмосфера — один із продуктів процесу виникнення і розвитку Землі. Кисень і дихання — синоніми життя. "Поки дихаю — сподіваюся" (Овідій). У міру переходу до більш високоорганізованих форм життя залежність від кисню збільшується: анаероби (мікроорганізми) можуть жити без нього завжди, жаби — кілька днів, люди — кілька хвилин.
В атмосфері знаходиться приблизно 1 % від загальної кількості води на планеті, але цього достатньо, щоб дощі підтримували життя на Землі.
Горизонтальні й вертикальні переміщення повітряних мас відіграють провідну роль у формуванні погоди і клімату. Основними силами, що визначають горизонтальний рух повітря, є перепади тиску, сили Коріоліса і тертя. Нерівномірний нагрів атмосфери Сонцем створює перепади тиску. [5]
2. Роль живої речовини
2.1 Жива речовина планети
Одним із центральних ланок концепції біосфери є вчення про живу речовину. Досліджуючи процеси міграції атомів у біосфері, В.І.Вернадський підійшов до питання про генезис (походження, виникнення) хімічних елементів у земній корі, а після цього й до необхідності пояснити стійкість з'єднань, з яких складаються організми. Аналізуючи проблему міграції атомів, він прийшов до висновку, що "ніде не існують органічні сполуки, незалежні від живої речовини". Пізніше він формулює поняття "живої речовини": "Жива речовина біосфери є сукупність її живих організмів... Я буду називати сукупність організмів, зведених до їхньої ваги, хімічному складу й енергії, живою речовиною". Головне призначення живої речовини і його невід'ємний атрибут - нагромадження вільної енергії в біосфері. Звичайна геохімічна енергія живої речовини виробляється насамперед шляхом розмноження.
Наукові ідеї В. І. Вернадського про живу речовину, про космічність життя, про біосферу й перехід її в нову якість - ноосферу своїми коріннями йдуть в XIX- початок XX ст., коли філософи й натуралісти робили перші спроби осмислити роль і завдання людини в загальній еволюції Землі. Саме їхніми зусиллями людина почала своє просування до вершин природної еволюції живого, поступово займаючи екологічну нішу, відведену йому природою.
В 30-і роки В.І.Вернадський із загальної маси живої речовини виділяє людство як його особливу частину. Таке відокремлення людини від усього живого стало можливим по трьох причинах. По-перше, людство є не виробником, а споживачем біогеохімічної енергії. Така теза вимагала перегляду геохімічних функцій живої речовини в біосфері. По-друге, маса людства, виходячи з даних демографії, не є постійною кількістю живої речовини. І по-третє, його геохімічні функції характеризуються не масою, а виробничою діяльністю. Характер засвоєння людством біогеохімічної енергії визначається розумом людини. З одного боку, людина - це кульмінація несвідомої еволюції, "продукт" спонтанної діяльності природи, а з іншого боку - зачинатель нового, розумно спрямованого етапу самої еволюції.