Sva živa bića planete Zemlje dolaze u blizak kontakt jedno sa drugim i sa okolinom, formirajući tako ekosisteme. Ove zajednice organizama u interakciji nisu izolovane jedna od druge. Međusobno su povezani raznim odnosima, prvenstveno hranom. Sveukupnost ekosistema čini jedan planetarni ekosistem, koji se naziva biosfera. Ovaj članak će razmotriti strukturu biosfere, njen sastav i glavne funkcije.
Nauka
Ovaj koncept je prvi u nauku uveo J. B. Lamarck davne 1803. godine i značio je ukupnost svih živih organizama na planeti Zemlji. Krajem devetnaestog veka, termin "biosfera" koristi J. Zuse, koji je uključio neživu materiju sedimentnih stena u strukturu biosfere. Doktrina o biosferi pojavila se 1926. godine, kada je V. I. Vernadsky sažeo ogromnu količinu naučnih informacija, na ovaj ili onaj načinilustrujući odnos između žive i nežive materije. Naučnik je uspeo da pokaže da našu planetu ne samo da naseljavaju živi organizmi, već je i oni aktivno transformišu. Osim toga, prema Vernadskom, ljudska intervencija u prirodne procese je toliko značajna da se može govoriti o noosferi - novoj fazi u razvoju biosfere. Danas nauka o biosferi kombinuje podatke iz različitih oblasti znanja. Među njima su biologija, hemija, geologija, klimatologija, oceanologija, nauka o tlu i drugi.
Struktura biosfere je takva da živi organizmi mogu samostalno održavati neophodan sastav tla, atmosfere i hidrosfere. Oni igraju ključnu ekološku ulogu. Na osnovu toga, naučnici su pretpostavili da su tlo i vazduh stvorili sami živi organizmi tokom stotina miliona godina evolucije. Proučavajući sličnosti u strukturi geoloških stijena koje leže dublje od kambrija, s kasnijim stijenama, Vernadsky je sugerirao da je život na planeti postojao u obliku najjednostavnijih organizama gotovo od početka. Kasnije su geolozi dokazali pogrešnost ove hipoteze.
Budući da je sunce energetska osnova za postojanje čitavog života na Zemlji, biosfera se može smatrati ljuskom čija struktura i sastav nastaju zajedničkim djelovanjem živih organizama i određuju se priliv sunčeve energije. Hajde sada da se upoznamo sa strukturom Zemljine biosfere.
Živi i neživi
S obzirom na sastav i strukturu biosfere, prije svegavrijedno je napomenuti da se sastoji od žive i nežive materije (inertne materije). Najveći dio živih organizama koncentrisan je u tri geološke ljuske Zemlje: atmosferi (zračni sloj), hidrosferi (okeani, mora i tako dalje) i litosferi (gornji sloj stijene). Međutim, ove školjke su neravnomjerno raspoređene u najvećem ekosistemu. Dakle, hidrosfera je u potpunosti zastupljena u strukturi biosfere, dok su litosfera i atmosfera djelimično zastupljeni (gornji i donji slojevi, redom).
Neživa komponenta biosfere sastoji se od:
- Biogena supstanca, koja je proizvod vitalne aktivnosti živih organizama. Uključuje: ugalj, naftu, treset, prirodni krečnjak, gas, itd.
- Bioinertna supstanca, koja je zajednički rezultat vitalne aktivnosti organizama i nebioloških procesa. Ovo uključuje: tlo, mulj, rezervoare vode i tako dalje.
- Inertna supstanca, koja je uključena u biološki ciklus, ali nije proizvod vitalne aktivnosti živih organizama. Ova grupa uključuje: vodu, metalne soli, atmosferski dušik, itd.
Granice biosfere
Pojmovi kao što su sastav, struktura i granice biosfere su usko povezani jedni s drugima. Unatoč činjenici da su bakterije i spore pronađene na visinama do 85 kilometara, vjeruje se da je gornja granica biosfere 20-25 km. Na velikim visinama koncentracija žive materije je zanemarljiva zbog jakog uticaja sunčevog zračenja.
U hidrosferi život je prisutan svuda. Pa čak i u Marijanskom rovu, čija je dubina 11 km, naučnikiz Francuske, J. Picard je posmatrao ne samo beskičmenjake, već i ribe. Bakterije, alge, foraminifere i rakovi žive ispod više od 400 metara antarktičkog leda. Bakterije se nalaze ispod kilometarskog sloja mulja i u podzemnim vodama. Ipak, najveća koncentracija živih bića uočena je na dubini do 3 km. Dakle, granice i struktura biosfere u različitim dijelovima planete mogu biti različite.
Atmosfera, litosfera i hidrosfera
Atmosfera se uglavnom sastoji od kiseonika i azota. Sadrži male količine argona, ugljičnog dioksida i ozona. Život i kopnenih i vodenih bića ovisi o stanju atmosfere. Kiseonik je neophodan za disanje živih organizama i mineralizaciju umirućih organskih supstanci. Pa, ugljični dioksid biljke koriste za fotosintezu.
Litosfera ima debljinu od 50 do 200 km, međutim, glavni broj vrsta živih organizama koncentrisan je u njenom gornjem sloju debljine nekoliko desetina centimetara. Širenje života duboko u litosferu ograničeno je zbog niza faktora, od kojih su glavni: nedostatak svjetlosti, velika gustina medija i visoka temperatura. Dakle, donja granica distribucije života u litosferi je dubina od 3 km, na kojoj su pronađene neke vrste bakterija. Pošteno radi, treba napomenuti da nisu živjeli u zemlji, već u podzemnim vodama i naftnim horizontima. Vrijednost litosfere leži u činjenici da daje život biljkama, njegujući ih svim potrebnim supstancama.
Hydrosphereje bitna komponenta biosfere. Oko 90% vodosnabdijevanja otpada na Svjetski okean, koji zauzima 70% površine planete. Sadrži 1,3 milijarde km3, a rijeke i jezera sadrže 0,2 miliona km3 vode. Najvažniji faktor vitalne aktivnosti organizma je sadržaj kiseonika i ugljen-dioksida u vodi.
Fascinantni brojevi
Sastav, struktura i funkcije biosfere iznenađuju svojom razmjerom. Sada ćemo saznati neke zanimljive činjenice. Voda sadrži 660 puta više ugljičnog dioksida od zraka. Na kopnu prevladava raznolikost biljnog svijeta, au moru - životinjskog svijeta. 92 posto ukupne biomase na kopnu su zelene biljke. U okeanu, 94% su mikroorganizmi i životinje.
U prosjeku, jednom u osam godina, biomasa Zemlje se obnavlja. Kopnenim biljkama za to je potrebno 14 godina, okeanskim biljkama - 33 dana. Biće potrebno 3000 godina da sva voda na Zemlji prođe kroz žive organizme, kiseonik - do 5000 godina, a ugljen-dioksid - 6 godina. Za dušik, ugljik i fosfor ovi ciklusi su još duži. Biološki ciklus nije zatvoren - oko 10% žive materije prelazi u sedimentne naslage i zakopavanja.
Biosfera čini samo 0,05% mase naše planete. Zauzima oko 0,4% zapremine Zemlje. Masa živih bića je samo 0,01-0,02% mase inertne materije, međutim, oni igraju veoma značajnu ulogu u geohemijskim procesima.
200 milijardi tona organske suhe težine proizvede se godišnje i uFotosinteza apsorbira 170 milijardi tona ugljičnog dioksida. U procesu vitalne aktivnosti mikroorganizama svake godine se u biogeni ciklus uključi 6 milijardi tona azota i 2 milijarde tona fosfora, kao i ogromna količina gvožđa, magnezijuma, sumpora, kalcijuma i drugih elemenata. Za to vrijeme, čovječanstvo proizvede oko 100 milijardi tona minerala.
Organizmi tokom svog života značajno doprinose kruženju supstanci, stabilizujući i transformišući biosferu, čija svojstva i struktura navode na razmišljanje o prisustvu viših sila.
Energetska funkcija
Nakon što smo se upoznali sa strukturom i sastavom biosfere, pređimo na njene funkcije. Počnimo sa energijom. Kao što znate, biljke apsorbuju sunčevo zračenje i zasićuju biosferu vitalnom energijom. Otprilike 10% uhvaćene svjetlosti proizvođači koriste za svoje potrebe (uglavnom za ćelijsko disanje). Sve ostalo se distribuira kroz lance ishrane kroz sve ekosisteme biosfere. Dio energije se čuva u utrobi zemlje, zasićujući ih svojom snagom (ugalj, nafta, itd.).
Čak i sagledavajući ukratko funkcije i strukturu biosfere, uvijek izdvajaju redoks funkciju kao podvrstu energije. Kao proizvođači, hemosintetske bakterije mogu izvući energiju iz reakcija oksidacije i redukcije anorganskih spojeva. U procesu oksidacije sumporovodika, sumporne bakterije se hrane energijom, a željezo (od 2-valentne do 3-valentne) - bakterije željeza. Nitrificiranje također ne sjedi bezposlovi. Oni oksidiraju amonijeva jedinjenja u nitrate i nitrite. Zbog toga farmeri gnoje svoja polja amonijevim spojevima, koje biljke same ne apsorbiraju. Prilikom direktnog đubrenja tla nitratima, skladišna tkiva biljaka su prezasićena vodom, što dovodi do pogoršanja njihovog ukusa i povećanja rizika od probavnih bolesti kod onih koji ih jedu.
Funkcija formiranja okoline
Živi organizmi formiraju tlo, a takođe regulišu sastav vazdušne i vodene školjke zemlje. Da fotosinteza ne postoji na planeti, zalihe atmosferskog kiseonika bi se potrošile za 2000 godina. Osim toga, bukvalno za jedno stoljeće, zbog povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u zraku, organizmi bi počeli umirati. U jednom danu šuma može apsorbirati do 25% ugljičnog dioksida iz 50-metarskog sloja zraka. Drvo srednje veličine može obezbijediti kiseonik za četiri osobe. Jedan hektar listopadne šume, koji se nalazi u blizini grada, godišnje zadrži oko 100 tona prašine. Bajkalsko jezero, koje je poznato po svojoj kristalnoj čistoći, takvo je zahvaljujući malim rakovima koji ga „filtriraju“tri puta godišnje. A ovo je samo nekoliko primjera kako živi organizmi regulišu sastav supstanci u biosferi.
Funkcija koncentracije
Živa bića, a posebno mikroorganizmi, mogu koncentrirati mnoge hemijske elemente koji se nalaze u biosferi. Skoro 90% azota u tlurezultat su aktivnosti plavo-zelenih algi. Bakterije mogu koncentrirati željezo (na primjer, oksidacijom vodotopivog bikarbonata u hidroksid taložen u njihovoj okolini), mangan, pa čak i srebro. Ova nevjerovatna karakteristika omogućila je naučnicima da povjeruju da je zahvaljujući mikroorganizmima toliko mnogo metalnih naslaga na zemlji.
U nekim zemljama, elementi kao što su germanijum i selen se ekstrahuju iz biljaka. Fucus alge mogu akumulirati 10.000 puta više titana nego što ga sadrži okolna morska voda. Svaka tona smeđih algi sadrži nekoliko kilograma joda. Australijski hrast akumulira aluminijum, bor - berilij, breza - barijum i stroncijum, ariš - niobijum i mangan, a torijum je koncentrisan u jasiku, trešnji i jeli. Osim toga, neke biljke čak "skupljaju" plemenite metale. Dakle, u 1 toni pepela može biti do 85 grama zlata!
Destruktivna funkcija
Hemijska struktura Zemljine biosfere i njenog okruženja uključuje ne samo kreativne, već i destruktivne procese. Međutim, oni takođe igraju veliku ulogu u regulaciji supstanci na planeti. Aktivnim životom živih organizama dolazi do mineralizacije organskih ostataka i trošenja stijena. Bakterije, gljive, modrozelene alge i lišajevi mogu razgraditi tvrde stijene oslobađanjem ugljične, dušične i sumporne kiseline. Korozivna jedinjenja takođe oslobađaju korenje drveća. Postoje bakterije koje čak mogu uništiti staklo i zlato.
Transportna funkcija
S obzirom na strukturu ifunkcije biosfere, ne može se izgubiti iz vida prenos mase materije. Drvo diže vodu iz zemlje u atmosferu, krtica baca zemlju uvis, riba pliva protiv struje, roj skakavaca migrira - sve je to manifestacija transportne funkcije biosfere.
Živa materija može obaviti ogroman geološki rad, formirajući novu sliku biosfere i aktivno učestvujući u svim njenim procesima.
Posebno je vrijedno napomenuti proces formiranja sedimentnih stijena. Prva faza ovog procesa je trošenje - uništavanje gornjih slojeva litosfere pod djelovanjem zraka, sunca, vode i mikroorganizama. Udirajući u stijenu, korijenje biljaka može je uništiti. Voda koja prodire u pukotine nastale od korijena otapa se i odnosi supstancu. To je zbog korozivnih komponenti biljke. Lišajevi su posebno bogati organskim kiselinama. Dakle, fizičko trošenje se javlja zajedno sa hemijskim trošenjem.
Zbog odumiranja planktonskih organizama, do 100 miliona tona krečnjaka se godišnje taloži na dno svjetskih okeana. Mnogi od njih su hemijskog porijekla, nalazeći se, na primjer, u području kontakta između kiselih i alkalnih podzemnih voda. Odumiranjem jednoćelijskih algi i radiolarija, formiraju se muljevi koji sadrže silicijum i koji pokrivaju stotine hiljada km2 morskog dna.
Funkcija formiranja tla
Svojstva i struktura biosfere su toliko sveobuhvatni da su sve njene funkcije usko povezane. Dakle, formiranje tla je jedna od grana razmjene masei formiranje životne sredine, ali se razmatra odvojeno zbog svog značaja. Prilikom uništavanja i daljnje obrade stijena mikroorganizmima, formira se labava, plodna ljuska zemlje, koja se naziva tlo. Korijenje velikih biljaka izvlači mineralne elemente iz dubokih horizonata, obogaćujući njima gornje slojeve tla i povećavajući njihovu plodnost. Tlo prima organske spojeve iz mrtvih korijena i stabljika biljaka, kao i izmeta i leševa životinja. Ova jedinjenja su hrana za organizme u tlu koji mineralizuju organsku materiju, proizvodeći ugljen dioksid, organske kiseline i amonijak.
Beskičmenjaci, insekti, kao i njihove ličinke, igraju najvažniju strukturno-formirajuću ulogu. Oni čine tlo rahlim i pogodnim za život biljaka. Kičmenjaci (krtice, rovke i druge) rahle zemlju, doprinoseći uspješnom rastu grmlja u njoj. Noću, ohlađeni komprimovani vazduh prodire u tlo, koji je neophodan za disanje korena i mikroorganizama.
Takva neverovatna struktura biosfere.
