Biosphäre, ihre Struktur und Grenzen

Die größte Verallgemeinerung im Komplex der Erdwissenschaften (Geologie, Geographie, Geochemie, Biologie) war die vom russischen Wissenschaftler V. I. Vernadsky geschaffene Doktrin der Biosphäre. Nachdem V. I. Vernadsky seine wissenschaftliche Tätigkeit (als Geologe) mit der Untersuchung von Sedimentgesteinen der Erdkruste begonnen hatte, enthüllte er die enorme Rolle lebender Organismen in den komplexen geochemischen Prozessen unseres Planeten. 1926 erschien sein Buch Biosphere. Diese Arbeit analysiert eingehend die komplexe Beziehung zwischen lebenden Organismen und der unbelebten Natur der Erde. Seine Arbeit war seiner Zeit etwas voraus. Erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts fand seine Theorie der Biosphäre vor dem Hintergrund verschärfter Umweltprobleme weite Verbreitung.

Ein wichtiges Element der Lehre von V. I. Vernadsky über die Biosphäre ist die Idee der engen Abhängigkeit der Biosphäre von der menschlichen Aktivität und ihrer Erhaltung als Ergebnis einer vernünftigen Einstellung des Menschen zur Natur. Der Wissenschaftler schrieb:

Die Menschheit als Ganzes wird zu einer mächtigen geologischen Kraft. Vor ihm, vor seinem Denken und Wirken steht die Frage der Neugestaltung der Biosphäre im Interesse der frei denkenden Menschheit insgesamt. Dieser neue Zustand der Biosphäre, dem wir uns, ohne es zu merken, nähern, ist die Noosphäre. eins

Die Lehre von der Biosphäre ist derzeit der wichtigste Teil der Ökologie, der in direktem Zusammenhang mit den Problemen der Regulierung der Interaktion zwischen Mensch und Natur steht.

Der Begriff „Biosphäre“ wurde erstmals Anfang des 19. Jahrhunderts von J. B. Lamarck verwendet. Später wurde es in der Arbeit des österreichischen Geologen E. Suess im Jahr 1875 erwähnt. Dieses Konzept wurde von diesen Wissenschaftlern jedoch nicht im Detail entwickelt, sondern beiläufig verwendet, um den Bereich des Lebens auf der Erde zu bezeichnen. Nur in den Werken von V. I. Vernadsky wird es detailliert und sorgfältig analysiert und als „Hülle des Lebens“ auf unserem Planeten verstanden.

Biosphäre bezeichnet die Gesamtheit aller Lebewesen unseres Planeten und jene Bereiche der geologischen Hüllen der Erde, die von Lebewesen bewohnt und im Laufe der Erdgeschichte ihrem Einfluss ausgesetzt waren.

Die Grenzen der Biosphäre. Lebende Organismen sind in den geologischen Hüllen der Erde ungleich verteilt: Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre(Abb. 1). Daher umfasst die Biosphäre nun den oberen Teil der Lithosphäre, die gesamte Hydrosphäre und den unteren Teil der Atmosphäre.

Reis. eins.Das Verbreitungsgebiet von Organismen in der Biosphäre:1 - das Niveau der Ozonschicht, stark verzögert UV-Strahlung; 2 - Schneegrenze; 3 - Erde; 4 - Tiere, die in Höhlen leben; 5 - Bakterien im Öl Brunnen

Die Lithosphäre ist die äußerste feste Hülle der Erde. Seine Mächtigkeit variiert zwischen 50 und 200 km. Die Verteilung des Lebens darin ist begrenzt und nimmt mit der Tiefe stark ab. Die überwiegende Mehrheit der Arten konzentriert sich in der oberen Schicht, die mehrere zehn Zentimeter dick ist. Einige Arten dringen in eine Tiefe von mehreren Metern oder mehreren zehn Metern ein (grabende Tiere - Maulwürfe, Würmer; Bakterien; Pflanzenwurzeln). Die größte Tiefe, in der einige Bakterienarten gefunden wurden, beträgt 3–4 km (im Grundwasser und in ölführenden Horizonten). Die Ausbreitung des Lebens in die Tiefen der Lithosphäre wird durch verschiedene Faktoren behindert. Das Eindringen von Pflanzen ist aufgrund von Lichtmangel unmöglich. Für alle Lebensformen sind auch die Dichte des Mediums und die Temperatur, die mit der Tiefe zunehmen, erhebliche Hindernisse. Im Durchschnitt beträgt der Temperaturanstieg etwa 3 ° C pro 100 m. Deshalb gilt die Tiefe von drei Kilometern als untere Grenze der Verbreitung des Lebens in der Lithosphäre (wo die Temperatur etwa +100 ° C erreicht).

Hydrosphäre- die Wasserhülle der Erde, ist eine Ansammlung von Ozeanen, Meeren, Seen und Flüssen. Im Gegensatz zur Lithosphäre und Atmosphäre wird sie vollständig von lebenden Organismen beherrscht. Sogar am Grund des Weltmeeres, in Tiefen von etwa 12 km, wurden verschiedene Arten von Lebewesen (Tiere, Bakterien) gefunden. Die meisten Arten bewohnen jedoch die Hydrosphäre innerhalb von 150–200 m von der Oberfläche entfernt. Dies liegt daran, dass Licht so tief eindringt. Und folglich ist in den unteren Horizonten die Existenz von Pflanzen und vielen Arten, deren Ernährung auf Pflanzen angewiesen ist, unmöglich. Die Ausbreitung von Organismen in großen Tiefen wird durch den ständigen "Regen" von Exkrementen, die Überreste toter Organismen, die aus den oberen Schichten fallen, sowie durch Raubtiere sichergestellt. Hydrobionten leben sowohl im Süß- als auch im Salzwasser und werden je nach Lebensraum in 3 Gruppen eingeteilt:

1) Plankton - Organismen, die auf der Oberfläche von Gewässern leben und sich aufgrund der Wasserbewegung passiv bewegen;

2) nekton - bewegt sich aktiv in der Wassersäule;

3) Benthos - Organismen, die am Grund von Gewässern leben oder sich in Schlick eingraben.

Atmosphäre- die gasförmige Hülle der Erde, die eine bestimmte chemische Zusammensetzung hat: etwa 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 1 - Argon und 0,03% Kohlendioxid. Die Biosphäre umfasst nur die untersten Schichten der Atmosphäre. Leben in ihnen kann ohne direkte Verbindung mit der Lithosphäre und Hydrosphäre nicht existieren. Große Gehölze erreichen eine Höhe von mehreren zehn Metern und stellen ihre Kronen nach oben. Fliegende Tiere steigen Hunderte von Metern auf - Insekten, Vögel, Fledermäuse. Einige Greifvogelarten erheben sich 3-5 km über der Erdoberfläche und halten Ausschau nach ihrer Beute. Schließlich tragen aufsteigende Luftströme passiv Bakterien, Pflanzensporen, Pilze und Samen zehn Kilometer nach oben. Alle aufgeführten Flugorganismen oder eingeschleppten Bakterien befinden sich jedoch nur vorübergehend in der Atmosphäre. Es gibt keine Organismen, die dauerhaft in der Luft leben.

Als obere Grenze der Biosphäre gilt die Ozonschicht, die sich in einer Höhe von 30 bis 50 km über der Erdoberfläche befindet. Es schützt alles Leben auf unserem Planeten vor der starken ultravioletten Sonnenstrahlung, indem es diese Strahlen weitgehend absorbiert. Oberhalb der Ozonschicht ist die Existenz von Leben unmöglich.

So konzentriert sich der Hauptteil der Arten lebender Organismen auf die Grenzen von Atmosphäre und Lithosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre und bildet einen relativ "dünnen Film des Lebens" auf der Oberfläche unseres Planeten.

Aufbau und Funktion der Biosphäre. Biosphäre - Das globales Ökosystem, bestehend aus vielen niederrangigen Ökosystemen, Biogeozänosen, deren Wechselwirkung untereinander ihre Integrität bestimmt. Tatsächlich existieren Biogeozänosen nicht isoliert – es gibt direkte Verbindungen und Beziehungen zwischen ihnen. Beispielsweise werden in aquatischen Biogeozänen mineralische und organische Stoffe aus terrestrischen Ökosystemen durch Wind, Regen und Schmelzwasser ausgetragen. Es kann eine Bewegung von Organismen von einer Biogeozänose zur anderen geben (z. B. saisonale Tierwanderungen). Und schließlich alle eint die Erdatmosphäre, die den Lebewesen als gemeinsames Reservoir dient. Es erhält Sauerstoff (wird von Pflanzen bei der Photosynthese freigesetzt) ​​und Kohlendioxid (wird bei der Atmung aerober Organismen gebildet). Pflanzen aller Ökosysteme entziehen der Atmosphäre Kohlendioxid, das sie für die Photosynthese benötigen, und alle atmenden Organismen erhalten Sauerstoff.

Die Existenz der Biosphäre basiert auf der kontinuierlichen Zirkulation von Stoffen, deren Energiegrundlage das Sonnenlicht ist (Abb. 2).

Reis. 2.Schema der biogeochemischen Zyklizität in der Biosphäre. Rechtsim Diagramm ein Abschnitt von Soda-Podzol-Boden unter Nadelbäumen Wald

Die Zirkulation von Stoffen in der Natur zwischen belebter und unbelebter Materie ist eines der charakteristischsten Merkmale der Biosphäre. Der biologische Kreislauf ist die biogene Wanderung von Atomen aus der Umwelt in Organismen und von Organismen in die Umwelt. Biomasse erfüllt auch andere Funktionen:

1) Gas - ständiger Gasaustausch mit der äußeren Umgebung aufgrund der Atmung lebender Organismen und der Photosynthese von Pflanzen;

2) Konzentration - ständige biogene Migration von Atomen in lebende Organismen und nach ihrem Tod - in die unbelebte Natur;

3) Redox - Austausch von Materie und Energie mit der äußeren Umgebung. Bei der Dissimilation werden organische Substanzen oxidiert, bei der Assimilation wird die Energie von ATP genutzt;

4) biochemisch - chemische Umwandlungen von Substanzen, die die Grundlage des Lebens des Organismus bilden.