Alle levende vesener på planeten Jorden kommer i nærkontakt med hverandre og med miljøet, og danner derved økosystemer. Disse samfunnene av interagerende organismer er ikke isolert fra hverandre. De er forbundet med ulike forhold, først og fremst mat. Helheten av økosystemer danner et enkelt planetarisk økosystem, som kalles biosfæren. Denne artikkelen vil vurdere strukturen til biosfæren, dens sammensetning og hovedfunksjoner.
Vitenskap
Dette konseptet ble først introdusert i vitenskapen av J. B. Lamarck tilbake i 1803 og betydde helheten av alle levende organismer på planeten Jorden. På slutten av det nittende århundre ble begrepet "biosfære" brukt av J. Zuse, som inkluderte det livløse stoffet av sedimentære bergarter i strukturen til biosfæren. Læren om biosfæren dukket opp i 1926, da V. I. Vernadsky oppsummerte en enorm mengde vitenskapelig informasjon, på en eller annen måteillustrerer forholdet mellom levende og ikke-levende materie. Forskeren var i stand til å vise at planeten vår ikke bare er bebodd av levende organismer, men blir også aktivt forvandlet av dem. I tillegg, ifølge Vernadsky, er menneskelig inngripen i naturlige prosesser så betydelig at det er mulig å snakke om noosfæren – en ny fase i utviklingen av biosfæren. I dag kombinerer vitenskapen om biosfæren data fra ulike kunnskapsfelt. Blant dem er biologi, kjemi, geologi, klimatologi, oseanologi, jordvitenskap og andre.
Biosfærens struktur er slik at levende organismer selvstendig kan opprettholde den nødvendige sammensetningen av jord, atmosfære og hydrosfære. De spiller en viktig miljørolle. Basert på dette antok forskerne at jord og luft ble skapt av levende organismer selv over hundrevis av millioner år med evolusjon. Etter å ha studert likhetene i strukturen til geologiske bergarter som ligger dypere enn Kambrium, med senere bergarter, foreslo Vernadsky at livet på planeten eksisterte i form av de enkleste organismer nesten fra begynnelsen. Senere beviste geologer feilen i denne hypotesen.
Siden solen er energigrunnlaget for eksistensen av alt liv på jorden, kan biosfæren betraktes som et skall, hvis struktur og sammensetning dannes på grunn av felles aktivitet av levende organismer og bestemmes av tilstrømningen av solenergi. La oss nå bli kjent med strukturen til jordens biosfære.
Levende og ikke-levende
Vurderer sammensetningen og strukturen til biosfæren, først og fremstdet er verdt å merke seg at den består av levende og ikke-levende materie (inert materie). Hovedtyngden av levende organismer er konsentrert i tre geologiske skjell på jorden: atmosfæren (luftlaget), hydrosfæren (hav, hav og så videre) og litosfæren (øverste lag av stein). Imidlertid er disse skjellene ujevnt fordelt i det største økosystemet. Dermed er hydrosfæren fullt representert i strukturen til biosfæren, mens litosfæren og atmosfæren er delvis representert (henholdsvis øvre og nedre lag).
Den ikke-levende komponenten i biosfæren består av:
- Biogent stoff, som er et produkt av vital aktivitet til levende organismer. Det inkluderer: kull, olje, torv, naturlig kalkstein, gass osv.
- Bioinert stoff, som er et felles resultat av den vitale aktiviteten til organismer og ikke-biologiske prosesser. Dette inkluderer: jord, silt, vannreservoarer og så videre.
- Inert stoff, som inngår i det biologiske kretsløpet, men som ikke er et produkt av den vitale aktiviteten til levende organismer. Denne gruppen inkluderer: vann, metalls alter, atmosfærisk nitrogen osv.
Boundaries of the biosphere
Slike begreper som biosfærens sammensetning, struktur og grenser er nært knyttet til hverandre. Til tross for at det er funnet bakterier og sporer i høyder opp til 85 kilometer, antas det at den øvre grensen for biosfæren er 20-25 km. I store høyder er konsentrasjonen av levende stoffer ubetydelig på grunn av den sterke påvirkningen av solstråling.
I hydrosfæren er det liv over alt. Og selv i Mariana-graven, hvis dybde er 11 km, forskerenfra Frankrike observerte J. Picard ikke bare virvelløse dyr, men også fisk. Bakterier, alger, foraminiferer og krepsdyr lever under mer enn 400 meter med antarktisk is. Bakterier finnes under et kilometer lag med silt og i grunnvann. Likevel er den største konsentrasjonen av levende vesener observert på en dybde på opptil 3 km. Dermed kan grensene og strukturen til biosfæren i forskjellige deler av planeten være forskjellige.
Atmosfære, litosfære og hydrosfære
Atmosfæren består hovedsakelig av oksygen og nitrogen. Den inneholder små mengder argon, karbondioksid og ozon. Livet til både land- og vanndyr avhenger av tilstanden til atmosfæren. Oksygen er nødvendig for åndedrett av levende organismer og mineralisering av døende organiske stoffer. Vel, karbondioksid brukes av planter til fotosyntese.
Litosfæren har en tykkelse på 50 til 200 km, men hovedantallet av arter av levende organismer er konsentrert i dets øvre lag flere titalls centimeter tykt. Spredningen av liv dypt inn i litosfæren er begrenset på grunn av en rekke faktorer, hvorav de viktigste er: mangel på lys, høy tetthet av middels og høy temperatur. Dermed er den nedre grensen for distribusjonen av liv i litosfæren en dybde på 3 km, hvor noen typer bakterier ble funnet. I rettferdighet bør det bemerkes at de ikke levde i bakken, men i grunnvann og oljehorisonter. Verdien av litosfæren ligger i det faktum at den gir liv til plantene og nærer dem med alle nødvendige stoffer.
Hydrosfæreer en viktig komponent i biosfæren. Omtrent 90% av vannforsyningen faller på verdenshavet, som opptar 70% av planetens overflate. Den inneholder 1,3 milliarder km3, og elver og innsjøer inneholder 0,2 millioner km3 vann. Den viktigste faktoren i den vitale aktiviteten til organismen er innholdet av oksygen og karbondioksid i vann.
Fascinerende tall
Komposisjonen, strukturen og funksjonene til biosfæren overrasker med sin skala. Vi vil nå bli kjent med noen interessante fakta. Vann inneholder 660 ganger mer karbondioksid enn luft. På land råder mangfoldet i planteverdenen, og i havet - dyreverdenen. 92 prosent av all biomasse på land er grønne planter. I havet er 94 % mikroorganismer og dyr.
I gjennomsnitt, en gang hvert åttende år, fornyes jordens biomasse. Landplanter trenger 14 år for dette, havplanter - 33 dager. Det vil ta 3000 år før alt vannet på kloden passerer gjennom levende organismer, oksygen - opptil 5000 år, og karbondioksid - 6 år. For nitrogen, karbon og fosfor er disse syklusene enda lengre. Den biologiske syklusen er ikke lukket – omtrent 10 % av levende stoff går over i sedimentære forekomster og begravelser.
Biosfæren står for bare 0,05 % av massen til planeten vår. Den opptar omtrent 0,4 % av jordens volum. Massen av levende vesener er bare 0,01-0,02 % av massen av inert stoff, men de spiller en svært viktig rolle i geokjemiske prosesser.
200 milliarder tonn organisk tørrvekt produseres årlig, og iFotosyntese absorberer 170 milliarder tonn karbondioksid. I prosessen med vital aktivitet av mikroorganismer er 6 milliarder tonn nitrogen og 2 milliarder tonn fosfor, samt en enorm mengde jern, magnesium, svovel, kalsium og andre elementer involvert i den biogene syklusen hvert år. I løpet av denne tiden produserer menneskeheten rundt 100 milliarder tonn mineraler.
I løpet av livet gir organismer et betydelig bidrag til sirkulasjonen av stoffer, stabiliserer og transformerer biosfæren, hvis egenskaper og struktur får en til å tenke på tilstedeværelsen av høyere makter.
Energifunksjon
Etter å ha blitt kjent med strukturen og sammensetningen av biosfæren, la oss gå videre til funksjonene. La oss starte med energi. Som du vet absorberer planter solstråling og metter biosfæren med livsviktig energi. Omtrent 10 % av det fangede lyset brukes av produsenter til deres behov (hovedsakelig til cellulær respirasjon). Alt annet er distribuert gjennom næringskjeder gjennom alle økosystemene i biosfæren. En del av energien er bevart i jordens tarmer, og metter dem med kraften (kull, olje osv.).
Selv med tanke på funksjonene og strukturen til biosfæren kort, skiller de alltid ut redoksfunksjonen som en underart av energi. Som produsenter kan kjemosyntetiske bakterier trekke ut energi fra reaksjonene med oksidasjon og reduksjon av uorganiske forbindelser. I prosessen med hydrogensulfidoksidasjon lever svovelbakterier på energi, og jern (fra 2-valent til 3-valent) - jernbakterier. Nitrifying heller ikke sitte utensaker. De oksiderer ammoniumforbindelser til nitrater og nitritter. Det er derfor bøndene gjødsler åkrene sine med ammoniumforbindelser, som ikke absorberes av planter alene. Ved direkte gjødsling av jorda med nitrater blir plantenes lagringsvev overmettet med vann, noe som fører til en forringelse av smaken og en økning i risikoen for fordøyelsessykdommer hos de som spiser dem.
Miljødannende funksjon
Levende organismer danner jorda, og regulerer også sammensetningen av jordens luft- og vannskjell. Hvis fotosyntese ikke fantes på planeten, ville tilførselen av atmosfærisk oksygen være brukt opp om 2000 år. I tillegg, bokstavelig t alt i løpet av ett århundre, på grunn av en økning i konsentrasjonen av karbondioksid i luften, ville organismer begynne å dø. På en dag kan en skog absorbere opptil 25 % karbondioksid fra et 50 meter langt luftlag. Et middels stort tre kan gi oksygen til fire personer. En hektar med løvskog, som ligger i nærheten av byen, beholder årlig rundt 100 tonn støv. Baikalsjøen, som er kjent for sin krystallklare, er så takket være små krepsdyr som "filtrerer" den tre ganger i året. Og dette er bare noen få eksempler på hvordan levende organismer regulerer sammensetningen av stoffer i biosfæren.
Konsentrasjonsfunksjon
Levende vesener, og spesielt mikroorganismer, er i stand til å konsentrere mange kjemiske elementer som finnes i biosfæren. Nesten 90 % nitrogen i jordaer et resultat av aktiviteten til blågrønnalger. Bakterier kan konsentrere jern (for eksempel ved å oksidere vannløselig bikarbonat til hydroksid avsatt i miljøet), mangan og til og med sølv. Denne fantastiske egenskapen gjorde det mulig for forskere å tro at det er takket være mikroorganismer at det er så mange metallforekomster på jorden.
I noen land utvinnes elementer som germanium og selen fra planter. Fucus-alger kan akkumulere 10 000 ganger mer titan enn det som finnes i det omkringliggende sjøvannet. Hvert tonn brunalger inneholder flere kilo jod. Australsk eik akkumulerer aluminium, furu - beryllium, bjørk - barium og strontium, lerk - niob og mangan, og thorium er konsentrert i osp, fuglekirsebær og gran. I tillegg "samler" noen planter til og med edle metaller. Så i 1 tonn malurtaske kan det være opptil 85 gram gull!
Destruktiv funksjon
Den kjemiske strukturen til jordens biosfære og dens miljø involverer ikke bare kreative, men også destruktive prosesser. Imidlertid spiller de også en stor rolle i reguleringen av stoffer på planeten. Med det aktive livet til levende organismer oppstår mineralisering av organiske rester og forvitring av bergarter. Bakterier, sopp, blågrønnalger og lav kan bryte ned harde bergarter ved å frigjøre karbonsyre, salpetersyre og svovelsyre. Etsende forbindelser frigjør også trerøtter. Det finnes bakterier som til og med kan ødelegge glass og gull.
Transportfunksjon
Med tanke på strukturen ogbiosfærens funksjoner, kan man ikke miste av syne masseoverføringen av materie. Et tre løfter vann fra jorden til atmosfæren, en føflekk kaster jorden opp, en fisk svømmer mot strømmen, en sverm av gresshopper vandrer - alt dette er en manifestasjon av biosfærens transportfunksjon.
Levende materie kan gjøre et enormt geologisk arbeid, danne et nytt bilde av biosfæren og delta aktivt i alle dens prosesser.
Separat er det verdt å merke seg prosessen med dannelse av sedimentære bergarter. Den første fasen av denne prosessen er forvitring - ødeleggelsen av de øvre lagene av litosfæren under påvirkning av luft, sol, vann og mikroorganismer. Trenge seg inn i fjellet, kan røttene til planter ødelegge den. Vannet som siver inn i sprekkene som dannes av røttene, løses opp og frakter bort stoffet. Dette skyldes de etsende komponentene i anlegget. Lav er spesielt rikelig med organiske syrer. Dermed oppstår fysisk forvitring sammen med kjemisk forvitring.
På grunn av planktonorganismers død avsettes opptil 100 millioner tonn kalkstein årlig på bunnen av verdenshavene. Mange av dem er av kjemisk opprinnelse, for eksempel i kontaktområdet mellom surt og alkalisk grunnvann. Med døden av encellede alger og radiolarier dannes silisiumholdig silt som dekker hundretusenvis av km2 av havbunnen.
jorddannende funksjon
Egenskapene og strukturen til biosfæren er så omfattende at alle dens funksjoner er nært beslektet. Dermed er jorddannelse en av grenene til masseutvekslingog miljødannelse, men vurderes separat på grunn av dens betydning. Under ødeleggelsen og videre bearbeiding av bergarter av mikroorganismer, dannes et løst, fruktbart skall av jorden, k alt jord. Røttene til store planter trekker ut mineralelementer fra dype horisonter, beriker de øvre lagene av jorda med dem og øker deres fruktbarhet. Jorda mottar organiske forbindelser fra døde røtter og stengler av planter, samt ekskrementer og kadaver av dyr. Disse forbindelsene er mat for jordorganismer som mineraliserer organisk materiale, produserer karbondioksid, organiske syrer og ammoniakk.
Invertebrater, insekter, samt deres larver, spiller den viktigste strukturdannende rollen. De gjør jorda løs og egnet for planteliv. Virveldyr (føflekker, shrews og andre) løsner jorden, og bidrar til vellykket vekst av busker i den. Om natten trenger nedkjølt trykkluft ned i bakken, noe som er nødvendig for åndedrettet av røtter og mikroorganismer.
En slik fantastisk struktur i biosfæren.
