Живые организмы не просто размещены на поверхности планеты: они участвуют в формировании состава воздуха, почв, вод и осадков. Растения и микроорганизмы создают органическое вещество, пищевые сети перераспределяют его, а разложение возвращает элементы в другие формы. В учении В. И. Вернадского биосфера рассматривается именно как область геологической деятельности жизни, а не только как суммарный список существующих видов.[1]
Как жизнь связана с оболочками Земли
Основной внешний источник энергии для современной биосферы — солнечное излучение. Фотосинтез переводит часть этой энергии в химическую форму, которую используют пищевые сети. В некоторых средах первичное образование органики поддерживается энергией химических реакций. По мере преобразований энергия рассеивается в виде тепла, тогда как атомы углерода, азота и других элементов могут многократно включаться в разные соединения. Поэтому круговорот вещества не означает замкнутого круговорота энергии.
На примере углерода видны разные временные масштабы. Фотосинтез, питание, дыхание и разложение связывают атмосферу, воду и организмы относительно быстрыми потоками. Захоронение органического материала, образование пород и геологические процессы действуют медленнее. NASA описывает эти связи как быстрый и медленный углеродные циклы. Перенос углерода из долговременных геологических запасов при сжигании топлива изменяет баланс системы, хотя сами атомы углерода не являются новым веществом для природы.[2]
Биосфера не совпадает с одной физической оболочкой одинаковой толщины. Жизнь распределена неоднородно: особенно активны освещённые воды, поверхность суши и почвы, но микроорганизмы существуют и в глубинных средах. Условия постоянного роста нужно отличать от случайного переноса клеток или спор. Поэтому единственная высота и глубина «границы жизни» без указания критерия создавали бы ложную точность.
Что позволяют увидеть наблюдения
Спутниковые изображения глобальной биосферы показывают сезонное изменение растительного покрова суши и хлорофилла в поверхностных водах. Это разные наблюдаемые показатели, а не прямое взвешивание всех организмов. Подземные сообщества, глубоководная жизнь и многие процессы разложения таким способом непосредственно не видны. Даже ярко-зелёный участок на карте не сообщает сам по себе о видовом разнообразии или сохранности экосистемы.[3]
Потоки между компонентами связывают локальные изменения с более широкими последствиями. Осушение почвы меняет не только растительность участка, но и скорость разложения органики; изменение океанической циркуляции влияет на доставку веществ к планктону. Человек входит в эти взаимодействия, одновременно существенно меняя их землепользованием, добычей ресурсов и выбросами. Представление о биосфере помогает увидеть связи, выходящие за административные границы.[1][2]
Обратные связи биосферы могут ослаблять или усиливать изменения. Её состояние изучают по круговоротам, климату, разнообразию и функциям экосистем на разных временных масштабах.