Сучасна структура біосфери та межі проживання сучасних організмів сформувалися не відразу. Вони результат довгої історії Землі, починаючи від її виникнення і до сучасного стану.

Докази розвитку біосфери численні та беззаперечні. Це, перш за все, викопні залишки давніх організмів. Вивчаючи такі залишки, вчені вже давно встановили головні етапи – ери та періоди – в історії розвитку рослинного покриву та тваринного населення Землі. Ці дані стали основою загальноприйнятої геологічної хронологічної шкали.

У найдавніші архейську і протерозойську ери життя було представлено найпримітивнішими, нижчими формами (рис. 1).

Ерою палеозою (тобто стародавнього життя) називають геологічний час, коли існували вже різноманітні організми в морі, а на суші з’явилася розвинена рослинність.

У мезозойську епоху (тобто епоху середнього життя) Землі пишно розвивалася вища рослинність. Сушу заселили великі плазуни: динозаври, плезіозаври, літаючі ящери, стародавні крокодили та ін.

Рис. 1. Архейський ландшафт

У найдавніші архейську і протерозойську ери життя було представлено найпримітивнішими, нижчими формами

У кайнозої (тобто в епоху нового життя) з’явилася різноманітна рослинність, з якої розвинулася сучасна. Серед тваринного населення сформувалися його вищі представники – ссавці. У другій половині кайнозою з’явилися і предки сучасної людини. Безсумнівно, всі такі великі зміни у складі земної флори і фауни мали дуже важливе значення для розвитку біосфери.

Виникнення життя Землі

Основні компоненти середовища, необхідних для виникнення та існування життя, – це кисень, вода і вуглекислий газ. Сонячна енергія, безсумнівно, завжди була надміру. Вуглекислий газ надходив у повітря незалежно від біосфери, наприклад при виверженнях вулканів. Але особливе місце у розвитку біосфери займав вільний кисень та його вміст у атмосфері.

Кисень необхідний для дихання більшості організмів. Тому від його кількості в атмосфері залежить загальна маса організмів. А тим часом, згідно з поглядами В.І. Вернадського, кисень в атмосфері Землі з’явився внаслідок фотосинтезу рослин. Тільки завдяки його появі зміг утворитися та підтримуватись у стратосфері озоновий екран. Він затримує ультрафіолетове випромінювання Сонця. Без озонового екрану життя на земній суші не могло б існувати. «Життя, створюючи вільний кисень, цим створює і озон… і захищає біосферу від коротких випромінювань небесних світил», – писав В. І. Вернадський.

Разом з тим, життя на Землі спочатку мало виникнути в безкисневих умовах. Лише пізніше, розвинувшись і набувши здатності до фотосинтезу, рослини почали виробляти вільний кисень, сприяючи розвитку біосфери. Це було підтверджено геохімічними і геологічними даними (рис. 2).

Рис. 2. Ціанобактерії

Життя на Землі спочатку мало виникнути в безкисневих умовах. Лише пізніше, розвинувшись і набувши здатності до фотосинтезу, рослини почали виробляти вільний кисень, сприяючи розвитку біосфери.

За даними, абсолютний вік Землі рівний приблизно 5–6 млрд років. Але рання історія утворення нашої планети залишається ще багато в чому не розгаданою. Нові дослідження інших планет дають підставу вважати, що Земля спочатку свого розвитку була неживою. Атмосфера Землі складалася переважно з водяної пари, водню, аміаку та метану. Кисню в ній не було, а це виключало існування вищих форм життя: багатоклітинних тварин та рослин.

Як з’явилися на Землі перші організми? Теорію походження життя на планеті розробив радянський вчений академік А.І. Опарін. За його теорією, життя на Землі виникло під впливом ультрафіолетової радіації з компонентів первинної атмосфери – водяної пари, водню, аміаку та метану. То були перші органічні сполуки, наділені здатністю до самовідтворення. Вони з’явилися шляхом складних хімічних реакцій. Такі органічні сполуки утворили на Землі, а саме у гідросфері, так званий «органічний бульйон». У ньому і з нього кілька мільярдів років тому розвинулися дуже просто організовані первинні організми. Ймовірно, вони існували деякий час у безкисневому середовищі.

Знадобився дуже тривалий час для того, щоб у первинних організмів замість найпростіших біохімічних реакцій, що служили джерелами енергії, з’явилася здатність до фотосинтезу – відтворення органічних речовин шляхом прямого використання сонячної енергії. Ця подія мала вирішальне значення для формування сучасної земної біосфери.

Розвиток біосфери від протерозою до наших днів

Протерозойська ера геологічної історії Землі – початковий етап існування земної біосфери. Вона тривала близько мільярда років. Тоді існували лише примітивні організми, відбитки яких виявляють у давніх гірських породах. Зараз ще неможливо достовірно уявити біосферу того часу.

Палеозойська ера – наступний етап у розвитку біосфери. Вона характеризується досить розвиненими формами життя. Від перших періодів цієї ери (кембрія та ордовика) до нас дійшли викопні залишки переважно морських безхребетних тварин. У силурійських та девонських гірських породах знаходять вже відбитки риб та інших високоорганізованих морських організмів. Все це говорить про колишній розвиток різноманітного життя в морях і океанах, які займали в ці періоди, зрештою як і зараз, більшу частину земної поверхні.

Створюється уявлення, що розвинене життя, яке формує основу земної біосфери, могло існувати тоді лише у водному середовищі. Воно було надійніше, ніж суша, захищене від несприятливих зовнішніх впливів.

Спільноти морських мешканців становили вже порівняно складно організовану екологічну систему, яка могла стати міцною основою для подальшого розвитку життя.

А давня суша того часу була, мабуть, лише частково заселена організмами, її екологічні системи були примітивнішими та одноманітнішими за складом у порівнянні з морськими. Більшість суші тоді була, мабуть, ще незаселеною.

Однак у передостанньому періоді палеозойської ери (карбоні) на суші швидко розвивається рясна рослинність, що продовжувала існувати й у пермському періоді. Про її склад та особливості свідчать багаті родовища кам’яного вугілля цього віку. У період пізнього палеозою Земля була вкрита потужною, але напрочуд одноманітною рослинністю (рис. 3).

Рис. 3. Ландшафт кам’яновугільного періоду

У передостанньому періоді палеозойської ери (карбоні) на суші швидко розвивається рясна рослинність, що продовжувала існувати й у пермському періоді. Про її склад та особливості свідчать багаті родовища кам’яного вугілля цього віку.

Причина цього – практично однаковий клімат на всій Землі в кам’яновугільному і пермському періодах. Це опосередковано підтверджує сучасні теорії про існування в домезозойський час єдиного великого земного материка Пангеї.

Свідками давніх (колишніх, за словами академіка В.І. Вернадського) біосфер є поклади органічних речовин, поховані в геологічних пластах. Це кам’яне та буре вугілля, різні бітумінозні утворення: нафта, горючі гази, природний асфальт.

Цікаво, що ці поклади формувалися періодично, а передостанній період палеозойської ери навіть називається кам’яновугільним (карбоном) тому, що в осадових гірських породах цього періоду залягають особливо великі поклади кам’яного вугілля. Інші великі родовища вугілля мають середньомезозойський (юрський) вік; а родовища бурого вугілля (лігнітів) – здебільшого ранньокайнозойський (палеогеновий) вік.

Цілком можливо, що періодичність в утворенні покладів вугілля та нафти – результат особливого явища – саморегулювання у розвитку древніх біосфер. Його суть у тому, що коли в стародавній біосфері було «перевиробництво» рослин, то їх «надлишки» вимикалися з біологічного циклу, що існував тоді, масами гинули і були поховані під шарами молодших нашарувань осадових порід. У результаті частина живої речовини перетворювалася на викопні органічні накопичення.

Чому ж у минулому було таке масове «перевиробництво» рослинності? Чому значна частина її вилучалася з тодішньої біосфери? Певні відповіді на ці питання зараз дати ще важко, хоча досить ясно, що в такі періоди в наземній частині біосфери виявлялися недосконалими процеси перетворення первинної рослинної біологічної продукції на вторинну (зокрема тварину), а також процеси руйнування (деструкції) органічних речовин.

Таким чином, у геологічному розвитку біосфери існували тоді деякі лімітуючи фактори. Безсумнівно, головним з них був загальний рівень організації біосфери, досягнутий у той чи інший геологічний період. Тоді загальний рівень організації біосфери був відносно невисоким, а структура біосфери – відносно простою. Але з часом біосфера розвивалася і з’являлися нові види організмів, рівень організації біосфери ставав дедалі вищим.

Мезозойська ера – початок формування сучасної земної біосфери. Наприкінці палеозою і особливо у перший період мезозойської ери (у тріасі) Землі з’явилося багато великих тварин. Можливо, що саме тоді в наземній біосфері встановилася рівновага у створенні, перетворенні та руйнуванні біологічної маси. Саме в цей період у геологічній історії Землі виник складний наземний біологічний кругообіг речовин. Він дав, очевидно, новий поштовх до розвитку всієї земної біосфери, яка набула цілісної структури не лише у морському середовищі, а й на суші.

Однією з головних особливостей мезозойської фауни була велика кількість гігантських архозаврів: динозаврів, птерозаврів, іхтіозаврів та ін. Ніколи, ні раніше, ні пізніше, ці тварини не були настільки поширені Землі (рис. 4). Динозаври жили в умовах порівняно одноманітного теплого клімату, без різких коливань температури та вологості взимку і влітку. Вони, мабуть, майже не мали здатності до регулювання температури свого тіла (хоча сучасні дані свідчать, що значна частина з них були теплокровними).

Рис. 4. Тиранозавр

Однією з головних особливостей мезозойської фауни була велика кількість гігантських архозаврів: динозаврів, птерозаврів, іхтіозаврів та ін. Ніколи, ні раніше, ні пізніше, ці тварини не були настільки поширені Землі.

У другій половині мезозойської ери і особливо в крейдяний період почалося масове вимирання цих тварин. У цей час досить сильно змінилися умови їхнього життя: почалися потужні процеси гороутворення, перерозподіл морів та суші. Відповідно, змінився і клімат. Мезозойські тварини не змогли пристосуватися до цих змін та гинули масами. Їхні поховання (цвинтарі динозаврів) можна зустріти в багатьох районах суші. Звісно, не всі тварини вимерли – рептилії, як і амфібії, не зникли зовсім. Але їх кількість різко скоротилася і змінилася їхня роль в екосистемах.

Протягом мезозойської ери, згідно з новітньою теорією, мабуть, розпочався процес роздроблення єдиної земної суші (Пангеї) на великі плити – сучасні материки (рис. 5). Такі континентальні брили, які захоплювалися рухом розплавленої речовини мантії в земних надрах, розходилися один від одного. Між ними формувалося дно сучасних океанів з його особливою геологічною будовою, відмінною від будови суші. Ця теорія підтверджується новітніми науковими даними. Дроблення суші і призвело до корінних змін всього природного середовища, що відбулися на межі між мезозоєм та кайнозоєм.

Рис. 5. Пангея

Протягом мезозойської ери, згідно з новітньою теорією, мабуть, розпочався процес роздроблення єдиної земної суші (Пангеї) на великі плити – сучасні материки.

Саме в цей час, очевидно, були закладені головні риси сучасної земної біосфери – вся поверхня суші була освоєна вищими рослинами і вищими тваринами (насамперед ссавцями та птахами). Вони почали відігравати значну роль у кругообігу речовин в екосистемах.

Кайнозойська ера – епоха формування сучасної біосфери. Наприкінці мезозою (у крейдяному періоді) та на початку кайнозойської ери природні умови сильно змінилися. З’явилася більшість представників сучасної вищої рослинності та ссавців. Саме ці рослини і тварини надають сучасній біосфері ті риси природного різноманіття та великої складності структури, які свідчать про високий ступінь її організації. Така організація виявилася необхідною для збереження стійкості (рівноваги) біосфери, її саморегулювання, оскільки протягом кайнозою умови довкілля ставали дуже мінливими.

Важливу роль в утворенні сучасної структури земної біосфери відіграли потужні заледеніння наприкінці кайнозою – у четвертинному періоді. Великі масиви льоду покрили значні частини сучасних північних континентів. Широкі та суворі зони багаторічної мерзлоти обмежили простори, на яких могли зберегтися рослини і тварини льодовикової біосфери (рис. 6).

Рис. 6. Четвертинне зледеніння (Плейстоценове зледеніння)

Важливу роль в утворенні сучасної структури земної біосфери відіграли потужні заледеніння наприкінці кайнозою – у четвертинному періоді.

Але льодовикові покриви періодично зменшувалися, іноді крига на материках навіть повністю щезала. Простори суші, що звільнилися від льодовиків, знову заселяли тварини, відновлювався рослинний покрив. Хвилі холоду в період четвертинного заледеніння змінювалися тривалим потеплінням. Це створювало мінливе природне середовище на Землі. Живим організмам доводилося постійно пристосовуватися до нових умов. Подальша еволюція життя пришвидшено йшла вперед.

Розвиток тваринного світу протягом нової, кайнозойської епохи, призвело до появи групи людиноподібних мавп. З цієї групи ссавців кілька мільйонів років тому виділилося родина гомінід.

Еволюція представників цієї родни завершилася появою сучасної людини.

Біосфера завжди була і залишається життєвим середовищем проживання людини. Її основні компоненти: клімат, ґрунти та мінеральні речовини, води, рослинний покрив, тварини стали тими ресурсами, які вона використовує для своєї життєдіяльності.

Людина з’явилася у складі земної біосфери як один з представників її тваринного населення. Але вона дуже швидко зайняла у ній особливе місце.

Спочатку керуючись інстинктами, потім набутим життєвим досвідом, а пізніше озброюючись науковим усвідомленням процесів, що відбуваються в біосфері, людина швидко вирвалася з полону природних залежностей.

Трудова діяльність перетворила людей на істот соціальних, на сукупність людей, тобто на людське суспільство. З часом людина, а точніше суспільство, дедалі більше посилювало свій вплив на природне середовище. У наш час вплив людського суспільства на біосферу вже можна порівнювати з дією найпотужніших природних сил.

Це, звісно, перемога людини над природою. Але ця перемога тягне за собою зовсім особливу відповідальність людства по відношенню до навколишнього середовища, тобто до біосфери. Потужний вплив сучасного людського суспільства на природу не повинен призводити до руйнівних наслідків. Людство має зберігати, перетворювати і покращувати властивості біосфери, які забезпечать благополуччя майбутніх поколінь людей.

На основі: Герасимов, И.П. (1976). Биосфера Земли. Москва : Педагогика, 96.