Характерні особливості біосфери

Існують два основних визначення поняття біосфера », одне з яких відомо з часу появи в науці даного терміну. Це розуміння біосфери як сукупності всіх живих і неживих організмів на Землі. Біосфера (від грец. Bios - життя, sphaira - плівка) - жива оболонка Землі. Термін «біосфера» вперше був використаний відомим австрійським вченим Е. Зюссом (1831-1914) в його книзі «Лик Землі» (1875). Пізніше термін «біосфера» використовували й інші вчені, але вчення про біосферу в сучасному розумінні було сформульовано В. І. Вернадським (1863-1945) в його знаменитій книзі «Біосфера» (1926). За В. І. Вернадському, Біосфера «являє собою певну геологічну оболонку, різко відмінну від усіх інших оболонок нашої планети.» І далі: «жива речовина біосфери, єдиною області планети, закономірно пов'язаної з космічним простором, є сукупність її живих організмів, її живої речовини як планетного явища. Жива речовина проникає всю біосферу і її в значній мірі створює ». Як відзначав академік, геохімічні процеси на Землі і формування лику Землі пов'язані з живими істотами, тому біосфера включає в себе власне живу оболонку Землі (живий матеріал у вигляді живих організмів, що населяють Землю в кожен момент) і колишні живі оболонки (колишньої живий матеріал), кордони яких визначаються розподілом біогенних осадових порід.

Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з одного боку залежить, а з іншого - сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає задача - конкретно досліджувати, яким чином і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні та геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне і глибоке уявлення про концепцію біосфери. Таку задачу саме і поставив перед собою видатний український вчений Сміла Іванович Вернадський (1863 - 1945). Вчений зазначав: «Століття і тисячоліття пройшли, поки людська думка могла відзначити риси єдиного зв'язкового механізму в уявній хаотичної картині природи». Розвинені ним положення стали одним з найбільших природничо узагальнень XX в.

Характеристика і структура біосфери. Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку з розвитком ботаніки, ґрунтознавства, географії рослин і інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знання, що стали необхідними для розуміння біосфери в цілому, виявилися зв'язаними з виникненням екології, науки, що вивчає взаємини організмів і навколишнього середовища.

Біосфера є визначеною природною системою, а її існування в першу чергу виражається в круговороті енергії і речовин при участі живих організмів.

Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живих організмів в утворенні земної кори, був Ж. Б. Ламарк (1744 - 1829). Він підкреслював, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі і що утворюють його кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.

Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологом Пфефером (1845 - 1920) трьох способів харчування живих організмів: автотрофне - побудова організму за рахунок використання речовин неорганічної природи; гетеротрофное - будівля організму за рахунок використання низькомолекулярних органічних сполук; міксотрофное - змішаний тип побудови організму (автотрофне-гетеротрофних). Біосфера (у сучасному розумінні) - своєрідна оболонка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами. Біосфера розташовується на перетині верхньої частини літосфери, нижньої частини атмосфери і займає всю гідросферу. Межі біосфери: Верхня межа в атмосфері: 15-20 км. Вона визначається озоновим шаром, що затримує короткохвильове УФ-випромінювання, згубний для живих організмів. Нижня межа в літосфері: 3,5-7,5 км. Вона визначається температурою переходу води в пару і температурою денатурації білків, однак в основному поширення живих організмів обмежується вглиб кількома метрами. Нижня межа в гідросфері: 10ч11 км. Вона визначається дном Світового Океану, включаючи донні відкладення.

Атмосфера - найбільш легка оболонка Землі, яка межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини і енергії з космосом. Атмосфера має кілька шарів: тропосфера - нижній шар, що примикає до поверхні Землі (висота 9-17 км). У ньому зосереджено близько 80% газового складу атмосфери і уся водяна пара; стратосфера; ноносфера - там "жива речовина" відсутня. Переважаючі елементи хімічного складу атмосфери: 2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%). Гідросфера - водна оболонка Землі. Внаслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр / л розчинних речовин. Переважаючі елементи хімічного складу гідросфери: a. Mg2. Ca2. Cl-, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про те, наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів, що мешкають в ній. У цьому відношенні ведуча роль належить. P, Si, що засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану. Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі Мохоровичича. Поверхневий шар літосфери, в якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральної (неорганічної), являє собою ґрунт.

Малюнок 1. Межа Мохоровичича

Біосфера має певні межі і охоплює відносно невеликий шар поверхневих оболонок нашої планети. Кожна з геологічних оболонок має свої специфічні властивості, які визначають не тільки набір форм живих організмів, що мешкають в даній частині біосфери, а й їх основні морфофізіологічні особливості. При цьому атмосфера, гідросфера і літосфера постають не тільки як ємності, заповнені життям, але як основні середовища життя, активно формують її складу і біологічні властивості.

Біосферу, як місцепроживання організмів, можна розділити на три подсфери:

· Геобіосфера (верхня частина літосфери, населена геобіонтамі);

· Гідробіосфера (океани, моря і континентальні прісні води, населені гідробіонтами);

· Тропобіосфера (нижня частина атмосфери, населена тропобіонтамі, до 22-24 км, де розташовується озоновий шар).

Біосфера як ціле утворює єдину екологічну систему Землі, в якій сконцентровано жива речовина планети - біота.

Біота - сукупність взаємопов'язаних і незалежних біологічних видів, об'єднаних загальною областю поширення; історично сформований комплекс живих організмів. Розрізняють біоту Землі, держави, гідросфери і т.д.

1. Біосфера - закономірний пройдуть еволюції планети Земля.

2. Біосфера Землі - велика (глобальна) відкрита система, у якій на вході - потік сонячного випромінювання, а на виході - мінерали (речовини), що утворилися в процесі життєдіяльності організмів і випали з біогеохімічних циклів (біогеохімічного кругообігу). Наприклад, вугілля, торф, нафта, горючі сланці і т.п.

3. Біосферу Землі можна розглядати як кібернетичну систему, що володіє властивістю саморегулювання, що забезпечується живими організмами. Прикладом може служити практично постійний сольовий склад світового океану, хоча річки щорічно несуть в нього значну кількість різних хімічних сполук, в тому числі близько 2,5 млн.т карбонату кальцію.

4. Величезне внутрішньо різноманітність біосфери визначає її стійкість, що забезпечує блокування (нейтралізацію) зовнішніх і внутрішніх збурень, аж до збурень, що носять катастрофічний характер.

5. Біосферу як особливу динамічну систему відрізняє неравновесность, яка визначається принципом Бауера (принципом сталого нерівноваги живих систем).

6. Біосфера - це не тонка безперервна "плівка" живого речовини планети, а єдина складна організація, створена спільнотами дискретних організмів.

7. оводненности біосфери - ще одна з її характерних особливостей. У біосфері практично немає води без життя (виняток - води вулканів і деякі розсоли) і, що більш зрозуміло, життя без води.

8. Хімічні процеси в біосфері протікають або при безпосередній участі живих організмів, або в середовищі, чиї фізико-хімічні властивості в значній мірі визначаються діяльністю різних організмів впродовж тривалого часу геологічної історії Землі. Наприклад, кисень атмосфери, що є продуктом фотосинтезу, оновлюється за участю хлорофілу рослин кожні 2 тисячі років.

9. Біосфера здатна до еволюції, до переходу у вищу стадію розвитку, яка називається ноосферою - сферою розуму.