Toate ființele vii de pe planeta Pământ intră în contact strâns unele cu altele și cu mediul, formând astfel ecosisteme. Aceste comunități de organisme care interacționează nu sunt izolate unele de altele. Ele sunt interconectate prin diverse relații, în primul rând alimente. Totalitatea ecosistemelor formează un singur ecosistem planetar, care se numește biosferă. Acest articol va lua în considerare structura biosferei, compoziția ei și funcțiile principale.
Știință
Acest concept a fost introdus pentru prima dată în știință de J. B. Lamarck în 1803 și a însemnat totalitatea tuturor organismelor vii de pe planeta Pământ. La sfârșitul secolului al XIX-lea, termenul de „biosferă” a fost folosit de J. Zuse, care a inclus materia neînsuflețită a rocilor sedimentare în structura biosferei. Doctrina biosferei a apărut în 1926, când V. I. Vernadsky a rezumat o cantitate imensă de informații științifice, într-un fel sau altulilustrând relația dintre materia vie și cea nevie. Omul de știință a reușit să demonstreze că planeta noastră nu este locuită doar de organisme vii, ci este și transformată activ de către acestea. În plus, conform lui Vernadsky, intervenția umană în procesele naturale este atât de semnificativă încât se poate vorbi de noosferă - o nouă fază în dezvoltarea biosferei. Astăzi, știința biosferei combină date din diferite domenii ale cunoașterii. Printre acestea se numără biologia, chimia, geologia, climatologia, oceanologia, știința solului și altele.
Structura biosferei este astfel încât organismele vii pot menține în mod independent compoziția necesară a solului, a atmosferei și a hidrosferei. Ele joacă un rol cheie de mediu. Pe baza acestui fapt, oamenii de știință au emis ipoteza că solul și aerul au fost create de organismele vii înseși pe parcursul a sute de milioane de ani de evoluție. După ce a studiat asemănările în structura rocilor geologice care se află mai adânc decât Cambrianul, cu rocile ulterioare, Vernadsky a sugerat că viața pe planetă a existat aproape de la început sub forma celor mai simple organisme. Mai târziu, geologii au dovedit eroarea acestei ipoteze.
Deoarece soarele este baza energetică pentru existența întregii vieți pe Pământ, biosfera poate fi considerată ca o înveliș, a cărei structură și compoziție se formează datorită activității comune a organismelor vii și sunt determinate de afluxul de energie solară. Acum să ne familiarizăm cu structura biosferei Pământului.
Vii și nevii
Avand in vedere compozitia si structura biosferei, in primul randeste de remarcat faptul că este format din materie vie și nevie (materie inertă). Cea mai mare parte a organismelor vii este concentrată în trei învelișuri geologice ale Pământului: atmosfera (stratul de aer), hidrosfera (oceane, mări și așa mai departe) și litosferă (stratul superior de rocă). Cu toate acestea, aceste scoici sunt distribuite inegal în cel mai mare ecosistem. Astfel, hidrosfera este pe deplin reprezentată în structura biosferei, în timp ce litosfera și atmosfera sunt parțial reprezentate (straturile superioare și, respectiv, inferioare).
Componenta nevii a biosferei constă din:
- Substanță biogenă, care este un produs al activității vitale a organismelor vii. Include: cărbune, petrol, turbă, calcar natural, gaz etc.
- Substanță bioinertă, care este un rezultat comun al activității vitale a organismelor și al proceselor non-biologice. Aceasta include: sol, nămol, rezervoare de apă și așa mai departe.
- Substanță inertă, care este inclusă în ciclul biologic, dar nu este un produs al activității vitale a organismelor vii. Acest grup include: apă, săruri metalice, azot atmosferic etc.
Foartele biosferei
Concepții precum compoziția, structura și limitele biosferei sunt strâns legate între ele. În ciuda faptului că bacterii și spori au fost găsite la altitudini de până la 85 de kilometri, se crede că limita superioară a biosferei este de 20-25 km. La altitudini mari, concentrația materiei vii este neglijabilă datorită influenței puternice a radiației solare.
În hidrosferă, viața este prezentă peste tot. Și chiar și în șanțul Marianei, a cărui adâncime este de 11 km, omul de științădin Franța, J. Picard a observat nu numai nevertebrate, ci și pești. Bacteriile, algele, foraminiferele și crustaceele trăiesc sub mai mult de 400 de metri de gheață din Antarctica. Bacteriile se găsesc sub un strat de kilometru de nămol și în apele subterane. Cu toate acestea, cea mai mare concentrație de ființe vii se observă la o adâncime de până la 3 km. Astfel, limitele și structura biosferei în diferite părți ale planetei pot fi diferite.
Atmosferă, litosferă și hidrosferă
Atmosfera este compusă în principal din oxigen și azot. Conține cantități mici de argon, dioxid de carbon și ozon. Viața atât a creaturilor terestre, cât și a apei depinde de starea atmosferei. Oxigenul este necesar pentru respirația organismelor vii și pentru mineralizarea substanțelor organice pe moarte. Ei bine, dioxidul de carbon este folosit de plante pentru fotosinteză.
Litosfera are o grosime de 50 până la 200 km, cu toate acestea, numărul principal de specii de organisme vii este concentrat în stratul superior de câteva zeci de centimetri grosime. Răspândirea vieții adânc în litosferă este limitată din cauza unui număr de factori, dintre care principalii sunt: lipsa luminii, densitatea mare a temperaturii medii și ridicate. Astfel, limita inferioară a distribuției vieții în litosferă este o adâncime de 3 km, la care au fost găsite unele tipuri de bacterii. Pentru dreptate, trebuie remarcat faptul că ei nu trăiau în pământ, ci în apele subterane și în orizonturile petroliere. Valoarea litosferei constă în faptul că dă viață plantelor, hrănindu-le cu toate substanțele necesare.
Hidrosferăeste o componentă esențială a biosferei. Aproximativ 90% din aprovizionarea cu apă cade pe Oceanul Mondial, care ocupă 70% din suprafața planetei. Conține 1,3 miliarde km3, iar râurile și lacurile conțin 0,2 milioane km3 de apă. Cel mai important factor în activitatea vitală a organismului este conținutul de oxigen și dioxid de carbon din apă.
Numere fascinante
Compoziția, structura și funcțiile biosferei surprind prin amploarea lor. Acum vom cunoaște câteva fapte interesante. Apa conține de 660 de ori mai mult dioxid de carbon decât aerul. Pe uscat predomină diversitatea lumii vegetale, iar în mare - lumea animală. 92 la sută din toată biomasa de pe uscat este plante verzi. În ocean, 94% sunt microorganisme și animale.
În medie, o dată la opt ani, biomasa Pământului este reînnoită. Plantele terestre au nevoie de 14 ani pentru aceasta, plantele oceanice - 33 de zile. Va dura 3000 de ani pentru ca toată apa de pe glob să treacă prin organismele vii, oxigen - până la 5000 de ani și dioxid de carbon - 6 ani. Pentru azot, carbon și fosfor, aceste cicluri sunt chiar mai lungi. Ciclul biologic nu este închis - aproximativ 10% din materia vie trece în depozite sedimentare și înmormântări.
Biosfera reprezintă doar 0,05% din masa planetei noastre. Ocupă aproximativ 0,4% din volumul Pământului. Masa ființelor vii este doar 0,01-0,02% din masa materiei inerte, totuși, acestea joacă un rol foarte important în procesele geochimice.
200 de miliarde de tone de greutate organică uscată sunt produse anual și înFotosinteza absoarbe 170 de miliarde de tone de dioxid de carbon. În procesul de activitate vitală a microorganismelor, 6 miliarde de tone de azot și 2 miliarde de tone de fosfor, precum și o cantitate imensă de fier, magneziu, sulf, calciu și alte elemente sunt implicate în ciclul biogenic în fiecare an. În acest timp, omenirea produce aproximativ 100 de miliarde de tone de minerale.
În cursul vieții, organismele aduc o contribuție semnificativă la circulația substanțelor, stabilizând și transformând biosfera, ale cărei proprietăți și structură fac să ne gândim la prezența unor puteri superioare.
Funcția energetică
După ce ne-am familiarizat cu structura și compoziția biosferei, să trecem la funcțiile acesteia. Să începem cu energie. După cum știți, plantele absorb radiația solară și saturează biosfera cu energie vitală. Aproximativ 10% din lumina captată este folosită de producători pentru nevoile lor (în principal pentru respirația celulară). Orice altceva este distribuit prin lanțuri trofice în toate ecosistemele biosferei. O parte din energie este conservată în intestinele pământului, saturându-le cu puterea sa (cărbune, petrol etc.).
Chiar și luând în considerare pe scurt funcțiile și structura biosferei, ei evidențiază întotdeauna funcția redox ca subspecie de energie. Fiind producatoare, bacteriile chemosintetice pot extrage energie din reactiile de oxidare si reducere a compusilor anorganici. În procesul de oxidare a hidrogenului sulfurat, bacteriile cu sulf se hrănesc cu energie, iar fierul (de la 2-valent la 3-valent) - bacterii de fier. Nitrificare, de asemenea, nu stați fărătreburile. Ei oxidează compușii de amoniu în nitrați și nitriți. De aceea fermierii își fertilizează câmpurile cu compuși de amoniu, care nu sunt absorbiți de plante singure. La fertilizarea directă a solului cu nitrați, țesuturile de depozitare ale plantelor sunt suprasaturate cu apă, ceea ce duce la o deteriorare a gustului acestora și la creșterea riscului de apariție a bolilor digestive la cei care le consumă.
Funcția de creare a mediului
Organismele vii formează solul și, de asemenea, reglează compoziția aerului și a învelișurilor de apă ale pământului. Dacă fotosinteza nu ar exista pe planetă, aportul de oxigen atmosferic s-ar consuma în 2000 de ani. În plus, literalmente într-un secol, din cauza creșterii concentrației de dioxid de carbon din aer, organismele ar începe să moară. Într-o singură zi, o pădure poate absorbi până la 25% din dioxidul de carbon dintr-un strat de aer de 50 de metri. Un copac de dimensiuni medii poate furniza oxigen pentru patru persoane. Un hectar de pădure de foioase, situat în apropierea orașului, reține anual circa 100 de tone de praf. Lacul Baikal, care este renumit pentru limpezimea sa cristalină, este atât de mult datorită micilor crustacee care îl „filtrează” de trei ori pe an. Și acestea sunt doar câteva exemple despre modul în care organismele vii reglează compoziția substanțelor din biosferă.
Funcția de concentrare
Ființele vii, și în special microorganismele, sunt capabile să concentreze multe elemente chimice găsite în biosferă. Aproape 90% azot din solsunt rezultatul activității algelor albastre-verzi. Bacteriile pot concentra fierul (de exemplu, prin oxidarea bicarbonatului solubil în apă la hidroxid depus în mediul lor), manganul și chiar argintul. Această caracteristică uimitoare a permis oamenilor de știință să creadă că datorită microorganismelor există atât de multe depozite de metal pe pământ.
În unele țări, elemente precum germaniul și seleniul sunt extrase din plante. Algele Fucus pot acumula de 10.000 de ori mai mult titan decât este conținut în apa de mare din jur. Fiecare tonă de alge brune conține câteva kilograme de iod. Stejarul australian acumulează aluminiu, pin - beriliu, mesteacăn - bariu și stronțiu, zada - niobiu și mangan, iar toriul este concentrat în aspen, cireș și brad. În plus, unele plante chiar „colectează” metale prețioase. Deci, într-o tonă de frasin de pelin pot fi până la 85 de grame de aur!
Funcție distructivă
Structura chimică a biosferei Pământului și a mediului său implică nu numai procese creative, ci și distructive. Cu toate acestea, ele joacă și un rol important în reglarea substanțelor de pe planetă. Odată cu viața activă a organismelor vii, are loc mineralizarea reziduurilor organice și degradarea rocilor. Bacteriile, ciupercile, algele albastre-verzi și lichenii pot descompune rocile dure prin eliberarea de acizi carbonic, azot și sulfuric. Compușii corozivi eliberează și rădăcinile copacilor. Există bacterii care pot distruge chiar și sticla și aurul.
Funcția de transport
Avand in vedere structura sifuncțiile biosferei, nu se poate pierde din vedere transferul de masă al materiei. Un copac ridică apa din pământ în atmosferă, o cârtiță aruncă pământul în sus, un pește înoată împotriva curentului, un roi de lăcuste migrează - toate acestea sunt o manifestare a funcției de transport a biosferei.
Materia vie poate face o muncă geologică extraordinară, formând o nouă imagine a biosferei și participând activ la toate procesele acesteia.
Separat, merită remarcat procesul de formare a rocilor sedimentare. Prima etapă a acestui proces este intemperii - distrugerea straturilor superioare ale litosferei sub acțiunea aerului, a soarelui, a apei și a microorganismelor. Intrând în stâncă, rădăcinile plantelor o pot distruge. Apa care se infiltrează în crăpăturile formate de rădăcini se dizolvă și duce substanța. Acest lucru se datorează componentelor corozive ale plantei. Lichenii sunt deosebit de abundenți în acizi organici. Astfel, meteorizarea fizică are loc împreună cu intemperii chimice.
Din cauza morții organismelor cu plancton, până la 100 de milioane de tone de calcar sunt depuse anual pe fundul oceanelor lumii. Multe dintre ele sunt de origine chimică, aflându-se, de exemplu, în zona de contact dintre apele subterane acide și alcaline. Odată cu moartea algelor unicelulare și a radiolarilor, se formează nămoluri care conțin siliciu care acoperă sute de mii de km2 din fundul mării.
Funcția de formare a solului
Proprietățile și structura biosferei sunt atât de cuprinzătoare încât toate funcțiile sale sunt strâns legate. Astfel, formarea solului este una dintre ramurile schimbului de masăși formarea mediului, dar este considerat separat datorită importanței sale. În timpul distrugerii și prelucrării ulterioare a rocilor de către microorganisme, se formează un înveliș liber, roditor al pământului, numit sol. Rădăcinile plantelor mari extrag elemente minerale din orizonturi adânci, îmbogățind cu ele straturile superioare ale solului și sporindu-le rodnicia. Solul primește compuși organici din rădăcinile și tulpinile moarte ale plantelor, precum și din excrementele și carcasele animalelor. Acești compuși sunt hrană pentru organismele din sol care mineralizează materia organică, producând dioxid de carbon, acizi organici și amoniac.
Nevertebratele, insectele, precum și larvele lor, joacă cel mai important rol de formare a structurii. Ele fac solul afânat și potrivit pentru viața plantelor. Animalele vertebrate (alunițe, scorpie și altele) slăbesc pământul, contribuind la creșterea cu succes a arbuștilor din acesta. Noaptea, aerul comprimat răcit pătrunde în pământ, ceea ce este necesar pentru respirația rădăcinilor și a microorganismelor.
O structură atât de uimitoare a biosferei.
