Біосфера - студопедія
За В.И.Вернадскому, найважливішими компонентами біосфери є:
Ø жива речовина (рослини, тварини, мікроорганізми);
Ø біогенна речовина органічного походження (створене живими організмами і що складається з рослинних і тваринних решток - вугілля, торф, грунтовий гумус, нафту, крейда, вапняк і ін.);
Ø відсталу речовину - гірські породи неорганічного походження;
Ø биокосное речовина - продукти розпаду і переробки гірських і осадових порід живими організмами.
Біосфера включає нижню частину атмосфери. гідросферу і верхню частину літосфери. населені живими організмами.
Верхня межа біосфери обумовлена жорстким ультрафіолетовому випромінюванням, яке затримується озоновим екраном на висоті 10-50 км. Нижня межа існування життя в літосфері -
3-4 км і обумовлений підвищення температури (100 ° С). Найбільшу потужність біосфера має в океані: від поверхні до максимальних глибин в ньому мешкають живі істоти. Останнім часом в гідротермах дна океану на глибині 3 км виявлені живі організми при температурі 250 ° С. При тиску близько 3 × 10 7 Па вода в них не кипить, а межі життя обмежені точками перетворення води в пару і згортання білків. За оцінкою фахівців, на глибині близько 25 км повинна існувати критична температура в 460 ° С, при якій при будь-якому тиску вода перетворюється в пар і життя принципово неможлива. Таким чином, межі біосфери трохи умовні. Основна маса живої речовини зосереджена у відносно вузькому просторі, званому біогеосфери. або плівкою життя (рис.1.1).
Рис.1.1. Межі біосфери і біогеосфери
Атмосфера (від грец. Atmos - пар і sphaira - куля) - це газова (повітряна) середовище навколо Землі, що обертається разом з нею. Маса атмосфери становить близько 5,15 × 10 15 т.
У нижніх шарах атмосфери - тропосфері - знаходиться основний запас повітря. Тропосфера ділиться як би на два шари. У першому, що прилягає до поверхні Землі, шарі глибиною близько 3 км діють географічні чинники (рельєф, континенти або океани), змінюючи його фізико-хімічні характеристики. У цьому шарі зосереджена основна маса водяної пари і забруднюючих речовин, що надходять з поверхні Землі. Над цим шаром розташовується вільна атмосфера, яку від лежачої вище стратосфери відокремлює тропопауза. Циркуляція повітряних мас в тропосфері регулює погоду і її зміни. На кожні 180 м висоти підйому в тропосфері температура зменшується приблизно на 1 ° С.
Повітря являє собою суміш газів, склад якої змінюється в залежності від висоти. Найбільш важливі компоненти повітря, які беруть участь у багатьох біологічних циклах, - кисень (20,95%), вуглекислий газ (0,034%) і азот (78,08%).
Гідросфера - переривчаста водна оболонка Землі - також надзвичайно важлива для створення умов, що забезпечують життя на Землі: для протікання біологічних і біофізичних процесів в організмах, для проходження фотосинтезу і виділення кисню, для геологічного перетворення планети. Водяна пара в атмосфері фільтрує сонячну радіацію, а вода на поверхні Землі пом'якшує дію високих температур.
Літосфера - тверда оболонка Землі. З точки зору біохімічних процесів, що відбуваються в біосфері, особлива роль належить грунтовому покриву - самої верхньої частини літосфери. Грунт - це продукт вивітрювання, реорганізації та деформування верхніх шарів земної кори під впливом атмосферних і обмінних процесів. У грунті взаємодіють вода, повітря і живі організми.
Основна відмінна здатність живої речовини в цілому - це спосіб використання енергії. Живі організми здатні вловлювати сонячну енергію, утримувати її у вигляді енергії складних органічних сполук (біомаси), передавати один одному, трансформувати в механічну, електричну та ін. В цьому унікальність живих істот. Неживі тіла не здатні до настільки складним перетворенням енергії, вони переважно розсіюють її (камінь, наприклад, тільки нагрівається під дією сонячної енергії, але його маса при цьому не збільшується). Жива речовина збирає отриману ним у формі сонячного світла енергію і перетворює її у вільну енергію, здатну здійснювати роботу. Існування живих організмів засноване на споживанні енергії із зовнішнього середовища. Частина організмів безпосередньо використовує енергію сонячного світла - це рослини, інша частина - хімічну енергію споживаних речовин - це тваринні організми.
Іншою особливістю живих організмів є їх унікальна здатність до самовідтворення. тобто до виробництва протягом багатьох поколінь форм, практично ідентичних за структурою та функціонування.
Функції живої речовини:
1. Енергетична. Її виконують в основному рослини, акумулюючи сонячну енергію.
2. Деструктивна. Складається в розкладанні, мінералізації мертвої органічної речовини, хімічному розкладанні гірських порід, залученні утворилися мінералів у біотичний кругообіг. Мертве органічна речовина розкладається до простих неорганічних сполук.
3. Концентраційна. Полягає у виборчому накопиченні при життєдіяльності організмів атомів речовин, розсіяних у природі. Найбільш активними концентраторами багатьох елементів є мікроорганізми.
4. Средообразующая. Складається в трансформації фізико-хі-чеських параметрів середовища. Можна сказати, що вона є спільним результатом усіх розглянутих функцій живої речовини.
Средообразующие функції живої речовини створили і підтримують баланс речовини і енергії в біосфері, забезпечуючи стабільність існування організмів, в тому числі і людини. Разом з тим жива істота здатна відновлювати умови проживання, порушені в результаті природних катастроф або антропогенного впливу (принцип Ла Шательє - зміна будь-яких змінних в системі у відповідь на зовнішні збурення відбувається в напрямку компенсації вироблених збурень).
Рівні організації життя:
Останні три рівня представляють основний інтерес для екологічних досліджень. Популяція - це група організмів одного виду, що займає певну територію і зазвичай в тій чи іншій мірі ізольована від інших подібних груп. Спільнота - це будь-яка група організмів різних видів, які співіснують в одному і тому ж местообитании або на одній площі або на одній площі і взаємодіють за допомогою трофічних зв'язків.
Живі організми підрозділяються на автотрофні і гетеротрофні. автотрофні - живі організми, здатні самостійно продукувати необхідні для їх існування органічні речовини з неорганічних, використовуючи для цього сонячну енергію (фотосинтетики) або окислення неорганічних речовин (хемосинтетики); гетеротрофні - організми, які використовують в якості джерела живлення органічні речовини, вироблені автотрофами.
Для живих організмів характерний гомеостаз - здатність підтримувати динамічно стійку рівновагу в умовах, що змінюються середовища. Найбільш досконалий гомеостаз у ссавців.
Вирішальне значення в історії освіти біосфери мало поява на Землі автотрофних рослин, тобто організмів, здатних синтезувати органічну речовину з мінерального (близько 3,5 млрд років тому). Автотрофні рослини (спочатку це були ціанобактерії - синьо-зелені водорості - найдавніші, що живуть і понині фотосинтезуючі організми) вловлюють світлову енергію і використовують її для реакцій фотосинтезу. Процес фотосинтезу відбувається за участю поглинаючих світло пігментів (хлорофілів) за формулою
Фотосинтез - єдиний біологічний процес, який йде зі збільшенням вільної енергії і прямо або побічно забезпечує доступною хімічної енергією всі земні організми. Протягом всієї історії еволюції біосфери на Землі існує лише єдиний процес, при якому енергія сонячного випромінювання не тільки витрачається і перерозподіляється, але і зв'язується, запасається іноді на дуже тривалий час.
При цьому на початку еволюції не весь кисень залишався в атмосфері, частково він вступав в хімічні реакції і окислюється поверхневі мінерали і гірські породи, в результаті чого утворилися поклади залізних і інших руд.
Протягом всього періоду еволюції біосфери значні маси органічних речовин були вироблені автотрофними рослинами, але при цьому частина органічної продукції не брала участь в круговороті і накопичувалася в морських і континентальних осадових породах і грунтах. Величезні поклади різних корисних копалин (нафта, газ, вугілля, торф, сланці) - яскраві свідчення масштабності цих явищ. Викопне паливо можна розглядати як форму збереження у вигляді хімічної енергії сонячної енергії, що надходила на Землю протягом сотень мільйонів років.
Багато живі організми виконують концентрационную функцію, накопичуючи в собі певні елементи. Окремі організми концентрують кальцій, кремній, натрій, алюміній, йод і ін. Відмираючи, вони утворюють скупчення цих речовин. Виникають поклади таких з'єднань, як вапняки, боксити і інші, які для людства є цінними корисними копалинами.
Сучасна поверхня Землі - продукт безперервного процесу «біологізації», в якому людина - Останнім еволюційне ланка. Біосфера формувалася протягом багатьох мільйонів років і виявилася системою дуже високої якості з безліччю збалансованих зв'язків. Сьогодні структура біосфери надзвичайно складна і повністю асиметрична.
Відповідно до теорії Вернадського кінцевою стадією розвитку біосфери є ноосфера. Ноосфера пов'язана з виникненням і становленням в ній цивілізованого суспільства, з періодом, коли розумна діяльність людини стає головним, визначальним фактором розвитку. З цього приводу В. І. Вернадський писав: «Ноосфера є нове геологічне явище на нашій планеті. У ній вперше людина стає великою геологічною силою. Він може і повинен перебудовувати своєю працею і думкою область свого життя ... ». На думку багатьох вчених, ще рано говорити про «сферу розуму», про що свідчать численні глобальні екологічні проблеми. Ймовірно, ноосферне розвиток - це розумне кероване соразвитие людини, суспільства і природи, при якому задоволення життєвих потреб населення здійснюється без шкоди інтересів майбутніх поколінь.