Корсак М.Н., Мошаров С.А. и др. Учебное пособие по экологии. Под ред. С.В.Белова (2006), страница 7

В составе биосферы В.И. Вернадский выделил четырере основных типа разных, но взаимосвязанных веществ:косное вещество - геологические образования, не созданные живыми организмами;живое вещество - вся совокупность биологической массы живых организмов на Земле;биокосное вещество - комплексы тесно взаимодействующих элементов живого и косного вещества, например почва;биогенное вещество - геологические породы, созданные в результате жизнедеятельности живых существ (известняки, песчаники, железные руды, каменный уголь, нефть и т. п.).Таким образом, по В.И. Вернадскому, биосфера представляет собой одну изгеологических оболочек Земли, в которой происходит взаимодействие живого икосного вещества планеты.Земля имеет форму геоида, сплюснутого у полюсов.

Под влиянием гравитации Земля движется по орбите и вращается вокруг своей оси, от чего зависят земной год, смена времен года, дня и ночи и их длительность. Этим обусловливаютсяне только основные ритмы на нашей планете, но и ее термодинамика. Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят морские приливы и отливы, оказывающие прямое воздействие на формирование прибрежных морских экосистем.Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу иверхнюю часть литосферы.Атмосфера - газовая оболочка Земли, общая масса которойоставляет5,271015 т, является довольно надежным экраном, защищающим жизнь от космического холода и от воздействия высокочастотных компонентов солнечной икосмической радиации.По химическому составу современная атмосфера состоит из 78,08 % азота,20,95 % кислорода, 0,93 % аргона, 0,0324 % углекислого газа.В стратосфере на высоте 15...30 км находится озоновый слой, где под воздействием высокочастотного ультрафиолетового излучения молекула кислорода(О2) раскалывается на атомы, и в результате взаимодействия с молекулами кислорода образуется озон (О3).

Озоновый слой атмосферы играет очень важную рольпри защите всего живого на Земле от губительного высокочастотного ультрафиолетового излучения.Атмосферу подразделяют на: термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу. В состав биосферы входит лишь нижняя часть атмосферы - тропосфера,для которой характерно конвекционное движение воздуха. Верхняя граница тропосферы изменяется в течение года: летом она выше, зимой ниже. У полюсовверхняя граница тропосферы колеблется в диапазоне 8...10 км, у экватора - в диапазоне 16...18 км, в умеренных зонах - в диапазоне 9...12 км.

Именно в тропосфереобразуются облака и здесь сосредоточена основная масса водяного пара. Массасамой тропосферы составляет приблизительно 80 % массы всей атмосферы. Температура в тропосфере убывает с высотой (на 0,6 °С на каждые 100 м) и на верхней границе тропосферы достигает -50...

-70 °СМежду тропосферой и стратосферой существует слой в 1 2 км (тропопауза),где господствуют очень сильные струйные воздушные потоки воздуха, перемещающиеся со скоростью 150...300 км/ч. В стратосфере (втором слое атмосферы)практически нет водяных паров, ее температура медленно поднимается, достигаяна верхней границе среднегодового значения 0 °С.Температура воздуха в нижних слоях тропосферы является показателем погоды (кратковременных метеорологических условий местности) и климата (устойчивых годовых циклов погодных условий). Важную роль в формировании погоды и климата играют термодинамически активные примеси (ТАП) - перемен-ные составные части атмосферы, способные сильно влияют на состояние воздухаи распределение в атмосфере тепла.Важнейшей ТАП является водяной пар, что обусловлено особыми свойствами воды, прежде всего высокой теплоемкостью и большой энергией парообразования и конденсации.

Весь водяной пар в атмосфере обновляется в среднем заодин год 33 раза или один раз в 11 дней. Водяной пар очень быстро конденсируется в капли при понижении температуры (облака, туман) или на частицах пыли(смог). Водяной пар и особенно сформировавшаяся облачность усиливают парниковый эффект, пропуская солнечную радиацию до поверхности Земли и поглощаянизкочастотное тепловое инфракрасное излучение из нижних слоев атмосферы. Кособым свойствам воды в атмосфере можно также отнести, то что осадкообразование идет быстрее, чем испарение, поэтому, как правило, насыщение атмосферыводяным паром не происходит.

Исключение составляют некоторые местности вэкваториальной зоне Земли. Таким образом, водяные облака и осадки - это особенности проявления погоды на Земле. От них в значительной мере зависит климат.Другой важный компонент ТАП в атмосфере - углекислый газ, который, каки водяной пар, способствует парниковому эффекту. Кроме того, в воздухе иногдапоявляются аэрозоли и пылевые облака, которые рассеивают солнечную радиацию и понижают температуру поверхности Земли, если пыль попадает выше тропопаузы и, следовательно, медленно оседает. В целом по многолетним наблюдениям и расчетам среднегодовая температура воздуха у поверхности Земли в среднем составляет около 15 °С.Следует отметить высокую стабильность газового состава атмосферы.

Благодаря эффективному перемешиванию воздуха в результате естественных конвекционных процессов (до высоты приблизительно 100 км) газовый состав атмосферы достаточно однороден. Лишь выше 600 км (в верхней части термосферы)заметна утечка в космос наиболее легких газов - водорода и гелия. Если бы газовый состав не обновлялся, то весь газообразный водород исчез бы за 2000 лет, гелий - за 24 млн. лет.Важнейшее значение для существования природных экосистем имеет теплообмен, происходящий между космическим пространством, атмосферой и поверхностью Земли, взаимодействующей с атмосферой.Для поддержания своей постоянной температуры Земля должна отдавать вбезвоздушное пространство столько же энергии, сколько получает ее от Солнца.Атмосфера почти не прозрачна для инфракрасной радиации, которую онабольшей частью поглощает с помощью термодинамически активных примесей,прежде всего водяного пара и углекислого газа Основная часть тепла исходит отземной поверхности в основном в результате конденсации водяных паров.

Такимобразом, вода в атмосфере и океане играет важную роль аккумулятора тепла и, всвою очередь, обусловливает конвекционные процессы в атмосфере и гидросфере. Мировой океан ослабляет суточные и годовые колебания температуры атмосферы. При этом годовые амплитуды температуры над материками значительнобольше, чем над океанами.Разница в нагревании Солнцем различных областей Земли приводит к движению ее оболочек - океана и атмосферы.

Таким образом, Земля представляет собой как бы тепловую машину: ее нагреватель - Солнце, а холодильник - холодбезвоздушного пространства. При этом тепловая энергия преобразуется в механическую работу - движение воздушных масс, океанических течений и испарениеводы с поверхности океана.Движение атмосферы и океанических вод перераспределяет энергию, полученную от Солнца, благодаря чему создается более равномерный климат Земли.Наиболее крупными элементами тепловой машины являются тропические поясаЗемли (нагревательный элемент с положительным бюджетом тепла) и высокоширотные области (холодильник с отрицательным тепловым бюджетом). Воздух, нагретый в тропиках, поднимается в верхние слои атмосферы, затем устремляется кполюсам и, охлаждаясь там, опускается и возвращается к экватору вдоль поверхности Земли.

Вследствие вращения Земли эти ветры отклоняются в юго-западномнаправлении в Северном полушарии и в северо-восточном - в Южном полушарии.В результате этого на Земле существует зона постоянных ветров со скоростью5...7,5 м/с (пассаты) между широтами 25° и 5° в каждом полушарии.Кроме того, давление воздуха и система ветров зависят от разницы прогреваморя и суши. В холодное время года нагревателем в тепловой машине служатнаиболее теплые области океана, а холодильником - материки.

В теплое время года ситуация меняется, материк нагревается быстрее океана и служит нагревателем, а океан - холодильником. Исключение составляют лишь Антарктида и Гренландия, которые из-за мощного материкового оледенения круглый год выполняютфункции холодильника.

Например, в январе над Азией и Северной Америкой появляется область высокого давления, в то время как над океаном давление понижено. Муссонная циркуляция над Индийским океаном в зимнее время в значительной степени определяется областью высокого давления над Азией, котораявызывает юго-западные ветры.

Этот поток сухого воздуха вызывает сильное испарение над сушей и смежным океаном. В июле ситуация меняется: теперь ветрыдуют с Индийского океана на северо-восток, т. е. в сторону материка. Влажныйокеанический воздух, достигая теплого материка, приносит с собой обильныеосадки, которые называются муссонными дождями.Тропические ураганы или тайфуны, средняя ширина которых достигает нескольких сотен километров, а высота 6...15 км, также появляются в результате работы тепловых машин. Нагревателем служат наиболее теплые участки океана, ахолодильником - все окружающее их пространство.

Речь идет о весьма устойчивых образованиях, засасывающих колоссальные массы воды и движущихся соскоростью нескольких десятков километров в час. Движение тайфунов сопровождается сильными ливнями с расходом воды, близким или в несколько раз превышающим годовую норму.Аналогичный механизм тепловой машины обусловливает морские течения.Движущей силой служит разница температур и плотности (солености) воды, дополняемая эффектом вращения Земли. Картина течений осложняется конфигурацией материков, а также рельефом морского дна.