Biosfera, jej struktura i granice

Największym uogólnieniem w kompleksie nauk o ziemi (geologia, geografia, geochemia, biologia) była doktryna biosfery, stworzona przez rosyjskiego naukowca V. I. Vernadskiego. Rozpoczynając swoją działalność naukową (jako geolog) od badania skał osadowych skorupy ziemskiej, V. I. Vernadsky ujawnił ogromną rolę organizmów żywych w złożonych procesach geochemicznych naszej planety. W 1926 roku ukazała się jego książka Biosfera. Praca ta dogłębnie analizuje złożoną relację między żywymi organizmami a nieożywioną naturą Ziemi. Jego praca nieco wyprzedziła swoje czasy. Dopiero w drugiej połowie XX wieku, na tle zaostrzonych problemów środowiskowych, jego teoria biosfery stała się powszechna.

Ważnym elementem nauczania V. I. Vernadsky'ego o biosferze jest idea ścisłej zależności biosfery od działalności człowieka i jej zachowanie w wyniku rozsądnego stosunku człowieka do natury. Naukowiec napisał:

Ludzkość jako całość staje się potężną siłą geologiczną. Przed nim, przed jego myślą i dziełem stoi kwestia restrukturyzacji biosfery w interesie wolnomyślącej ludzkości jako całości. Ten nowy stan biosfery, do którego zbliżamy się nie zauważając tego, to noosfera. jeden

Obecnie doktryna biosfery jest najważniejszą częścią ekologii, bezpośrednio związaną z problematyką regulowania interakcji człowieka z naturą.

Po raz pierwszy termin „biosfera” został użyty przez J. B. Lamarcka na początku XIX wieku. Później wspomniano o tym w pracy austriackiego geologa E. Suessa w 1875 roku. Jednak koncepcja ta nie została szczegółowo rozwinięta przez tych naukowców, ale została użyta przypadkowo do wyznaczenia obszaru życia na Ziemi. Tylko w pracach V. I. Vernadsky'ego jest szczegółowo i dokładnie analizowany i rozumiany jako „skorupa życia” na naszej planecie.

Biosfera nazwijmy całość wszystkich żywych organizmów naszej planety i tych obszarów geologicznych skorup Ziemi, które są zamieszkane przez żywe istoty i zostały wystawione na ich wpływ w historii geologicznej.

Granice biosfery.Żywe organizmy są nierównomiernie rozmieszczone w geologicznych skorupach Ziemi: litosfera, hydrosfera i atmosfera(rys. 1). Dlatego biosfera obejmuje teraz górną część litosfery, całą hydrosferę i dolną część atmosfery.

Ryż. jeden.Obszar rozmieszczenia organizmów w biosferze:1 - poziom warstwy ozonowej, opóźniający twardość promieniowanie ultrafioletowe; 2 - granica śnieżna; 3 - gleba; 4 - zwierzęta żyjące w jaskiniach; 5 - bakterie w oleju studnie

Litosfera jest najbardziej zewnętrzną solidną powłoką Ziemi. Jej miąższość waha się w granicach 50–200 km. Rozkład życia w nim jest ograniczony i gwałtownie maleje wraz z głębokością. Zdecydowana większość gatunków koncentruje się w warstwie górnej, która ma kilkadziesiąt centymetrów grubości. Niektóre gatunki wnikają na głębokość kilku lub kilkudziesięciu metrów (zwierzęta kopiące - krety, robaki; bakterie; korzenie roślin). Największa głębokość, na której znaleziono niektóre rodzaje bakterii, wynosi 3–4 km (w warstwach wód gruntowych i roponośnych). Rozprzestrzenianie się życia w głębinach litosfery jest utrudnione przez różne czynniki. Penetracja roślin jest niemożliwa z powodu braku światła. W przypadku wszystkich form życia, gęstość ośrodka i temperatura, które wzrastają wraz z głębokością, również stanowią istotną przeszkodę. Średnio wzrost temperatury wynosi około 3°C na każde 100 m. Dlatego głębokość trzech kilometrów uważa się za dolną granicę rozkładu życia w litosferze (gdzie temperatura dochodzi do około +100 °C).

Hydrosfera- skorupa wodna Ziemi, to zbiór oceanów, mórz, jezior i rzek. W przeciwieństwie do litosfery i atmosfery jest całkowicie opanowany przez żywe organizmy. Nawet na dnie Oceanu Światowego, na głębokości około 12 km, znaleziono różne rodzaje żywych istot (zwierzęta, bakterie). Jednak większość gatunków zamieszkuje hydrosferę w odległości 150–200 m od powierzchni. Wynika to z tego, że światło wnika na taką głębokość. A co za tym idzie, na niższych poziomach istnienie roślin i wielu gatunków, których odżywianie zależy od roślin, jest niemożliwe. Rozprzestrzenianie się organizmów na dużych głębokościach zapewnia nieustanny „deszcz” ekskrementów, spadające z górnych warstw szczątki martwych organizmów, a także drapieżnictwo. Hydrobionty żyją zarówno w wodzie słodkiej, jak i słonej i dzielą się na 3 grupy w zależności od ich siedliska:

1) plankton - organizmy żyjące na powierzchni zbiorników wodnych i poruszające się biernie w wyniku ruchu wody;

2) nekton - aktywnie poruszający się w słupie wody;

3) bentos - organizmy żyjące na dnie zbiorników wodnych lub zakopujące się w mule.

Atmosfera- gazowa powłoka Ziemi, która ma określony skład chemiczny: około 78% azotu, 21% tlenu, 1 - argonu i 0,03% dwutlenku węgla. Biosfera obejmuje tylko najniższe warstwy atmosfery. Życie w nich nie może istnieć bez bezpośredniego połączenia z litosferą i hydrosferą. Duże drzewiaste rośliny osiągają kilkadziesiąt metrów wysokości, umieszczając ich korony do góry. Latające zwierzęta wznoszą się na setki metrów - owady, ptaki, nietoperze. Niektóre gatunki ptaków drapieżnych wznoszą się 3-5 km nad powierzchnią Ziemi, wypatrując zdobyczy. Wreszcie, wznoszące się prądy powietrza biernie przenoszą bakterie, zarodniki roślin, grzyby i nasiona dziesiątki kilometrów w górę. Jednak wszystkie wymienione organizmy latające lub wprowadzone bakterie znajdują się w atmosferze tylko tymczasowo. Nie ma organizmów stale żyjących w powietrzu.

Za górną granicę biosfery uważa się warstwę ozonową, znajdującą się na wysokości od 30 do 50 km nad powierzchnią Ziemi. Chroni całe życie na naszej planecie przed potężnym ultrafioletowym promieniowaniem słonecznym, w dużej mierze pochłaniając te promienie. Powyżej warstwy ozonowej istnienie życia jest niemożliwe.

W ten sposób główna część gatunków organizmów żywych koncentruje się na granicach atmosfery i litosfery, atmosfery i hydrosfery, tworząc stosunkowo „cienki film życia” na powierzchni naszej planety.

Budowa i funkcjonowanie biosfery. Biosfera - to globalny system ekologiczny, składający się z wielu ekosystemów niższej rangi, biogeocenoz, których wzajemne oddziaływanie warunkuje jego integralność. Rzeczywiście biogeocenozy nie istnieją w izolacji - istnieją między nimi bezpośrednie powiązania i relacje. Na przykład w biogeocenozach wodnych substancje mineralne i organiczne są przenoszone z ekosystemów lądowych przez wiatr, deszcz i roztopione wody. Może wystąpić przemieszczanie się organizmów z jednej biogeocenozy do drugiej (na przykład sezonowe migracje zwierząt). I wreszcie wszystkich łączy atmosfera ziemska, która służy jako wspólny rezerwuar żywych istot. Otrzymuje tlen (uwalniany przez rośliny podczas fotosyntezy) i dwutlenek węgla (powstały podczas oddychania organizmów tlenowych). Rośliny wszystkich ekosystemów pobierają z atmosfery dwutlenek węgla, którego potrzebują w procesie fotosyntezy, a wszystkie oddychające organizmy otrzymują tlen.

Istnienie biosfery opiera się na ciągłym obiegu substancji, których podstawą energetyczną jest światło słoneczne (ryc. 2).

Ryż. 2.Schemat cykliczności biogeochemicznej w biosferze. Po prawejna schemacie fragment gleby bielicowo-błękitnej pod iglastymi Las

Obieg substancji w przyrodzie między materią ożywioną i nieożywioną jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech biosfery. Cykl biologiczny to biogeniczna migracja atomów ze środowiska do organizmów iz organizmów do środowiska. Biomasa pełni również inne funkcje:

1) gaz - stała wymiana gazowa ze środowiskiem zewnętrznym w wyniku oddychania organizmów żywych i fotosyntezy roślin;

2) koncentracja – ciągła biogeniczna migracja atomów do organizmów żywych, a po ich śmierci – do przyrody nieożywionej;

3) redoks - wymiana materii i energii ze środowiskiem zewnętrznym. Podczas dyssymilacji substancje organiczne są utleniane, podczas asymilacji wykorzystywana jest energia ATP;

4) biochemiczne - chemiczne przemiany substancji stanowiących podstawę życia organizmu.