在地球表面上，生物圈是一个厚度很薄却又十分独特的圈层。它的概念约在一个世纪前就由奥地利地质学家休斯(Suess)引入自然科学之中。他于1875年出版了一本关于阿尔卑斯山起源的论著，在最后总结性的一节内，首先提出了“生物圈”这个术语，但是一直未被科学界所接受。直到苏联科学院院士维尔纳斯基(В.И.Вернадский)首先在1926年的苏联科学界，而后又于1929年在法国发表了题为生物圈的两篇演说后，生物圈的概念才得到了全世界的广泛反响，一直延续至今，有关生物圈的内容和基本概念，仍然属于维尔纳斯基所定义的范畴。1970年，美国出版的《科学美国人》，以专刊的形式，系统地总结了有关生物圈研究的主要进展，尤其是哈奇逊(Hutchinson)的论文，更对于生物圈的基本特性，作了全面的综合性论述。

　　生物体系中存在的这个薄层，比地球上该薄层之外的空间具有更加独特的地方。如果没有这一独特的自然环境存在，结果将正如其它星体上目前尚未正式发现生命现象一样，地球本身也只能是一片死寂的世界。那么，在生物集中存在的空间，具备着哪些独特的表现呢？归纳起来大致应具如下的基本条件：

　　(1)它必须伴随有大量液态水的存在，而且在这种液态水存在的部位上，还应同时存在或交替存在着固、液、汽3种状态，并可在其间实行能量和物质的积极转换。

　　(2)它必须具有一个稳定而有效的外来能源——太阳，以满足生物生命过程所必须得到的能量，同时它亦可为生物环境的改变和进化提供基本的动力。

　　(3)在生物圈中，一定要具备充分大的三相物质界面，即具有固体的岩石圈，液体的水圈与气体的大气圈三者相邻接的庞大界面活动带。例如象绝大多数的绿色植物那样，它的根要伸入固体的土壤中，茎叶充分伸展于大气中，液态水则通过植物体联系着物质和能量的转换和流通。倘若无这种三相界面的存在，要发展到高等植物是不可能的。因为高等的生命形式，尤其是第一性生产力，很少只在一个单独的物质相中存在。

　　(4)必须有一个气压较为恒定、组成成分较为一致的大气。一方面为初始生命力的形成提供二氧化碳源以及为生物的呼吸作用提供氧源，另一方面又可保护生物体免受致命的紫外线辐射，并且是形成温室效应，防止能量过分逸失的贮能器。

　　(5)在这个生物圈中，必须具备全球规模的能量和物质循环，以助于能量物质分配的均衡并创造出一种特殊的环境结构，这种环境结构执行着有利于生命活动的特殊功能。事实上，生物本身的循环过程，与无机界的地质循环过程、大气循环过程、水循环过程，紧紧地交织在一起，而这种交织的空间，恰好只能位于地表界面附近狭小的范围中。因此在生物圈内，是唯一允许这四大循环同时并存并产生复杂偶合效应的场所。

　　(6)在生物圈中，环境因素的日变幅及年变幅不能太大。要求它们有一个比较精巧的组合，以满足生物生长和发育的要求。因此，过冷、过热、过湿、过干、营养元素的过度缺乏和过度富集、极端的盐碱度、过小的比表面积等，以及在各自然环境要素中过于偏离正常的组合关系，均不可能期待有丰富的生物物质量以及正常的生物活动，尤其不能期待会有高等植物的正常活动。

　　基于上述6个基本条件，适于生物活动大量集中的空间所占据的体积，既是很独特的，也是很小的。

　　前已述及，在距今30多亿年前，地球上产生了生命，这可视为地表无机环境进化的第一次质变。由此开始，在原来单一的无机环境中分离出有机和无机这两大部分，并产生了二者之间的物质能量交换。这种原始的生物物理与生物化学过程，显示了生命在地球的某一特定环境(最初的生命似乎只能在水中产生)内，已经牢牢地奠定了生存的基础。同时，随着生物化学过程的释氧反应，使原来地表环境所表现的还原性气氛，逐渐改变并趋于消失，氧化性气氛逐渐增强。大约进化到9～10亿年前，地表环境已由还原性占统治地位反转到以氧化性占统治地位了。这种改变将使生物进入第二次质变。
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