Biosfären (från grekiskans bios - liv, sphaira - boll) är ett dynamiskt planetariskt ekosystem. Det är ett slags skal av jorden, som innehåller hela helheten av levande organismer och den del av den livlösa materien på planeten som är i kontinuerligt utbyte med dessa organismer. Förenar alla biogeocenoser (ekosystem) på planeten.
Enligt fysiska naturliga förhållanden är biosfären uppdelad i aerobiosfären (atmosfärens nedre lager), hydrobiosfären (hela hydrosfären) och lithobiosfären (litosfärens övre horisonter - jordens fasta skal). Biosfären sträcker sig flera kilometer upp och ner från jordens och havets yta. Den övre gränsen bestäms teoretiskt av ozonskiktet, den lägre av havsbotten och djupet av litosfären på cirka 6000 m (det bestäms av temperaturen för övergången av vatten till ånga och temperaturen för denaturering av proteiner).
Begreppet "biosfär" introducerades av den österrikiska vetenskapsmannen E. Suess 1875. IN OCH. Vernadsky skapade läran om biosfären. Han introducerade begreppet "levande materia" och tilldelade levande organismer rollen som planetens viktigaste transformatorer.
All materia i biosfären delas av V.I. Vernadsky i fyra kategorier: inert, levande, biogen och bioinert.
Inert (icke-levande) materia- föremål som bildas som ett resultat av processer som inte är relaterade till aktiviteten hos levande organismer (produkter av tektonisk aktivitet - magmatiska och metamorfa bergarter, vissa sedimentära bergarter).
Levande materia- bildad av en samling levande organismer som bor på vår planet.
Näringsämne- skapas och bearbetas i livets process av levande organismer (atmosfäriska gaser, kol, olja, skiffer, kalksten, etc.). Den koncentrerar kraftfull potentiell energi. Efter bildandet är levande organismer i det biogena ämnet inaktiva.
Bioinert ämne- ett speciellt ämne som är resultatet av den gemensamma aktiviteten av levande organismer och abiogena processer (jord, vittringsskorpa, naturliga vatten). Levande organismer spelar en ledande roll för att bibehålla egenskaperna hos bioinerta ämnen. Sålunda är vatten, utan liv och dess derivat (syre, koldioxid, etc.), under förhållanden på jordens yta en kemiskt inaktiv, inert kropp.
Numera inkluderar levande materia andra typer av materia som t.ex radioaktivt ämne - atomer av radioaktiva grundämnen (uran, torium, radium, radon, etc.); atomer av ämnen utspridda i naturen - individuella atomer av element som finns i naturen i ett dispergerat tillstånd (molybden, kobolt, zink, koppar, guld, etc.); substans av kosmiskt ursprung- materia som kommer till jorden från rymden (meteoriter, kosmiskt stoft).
Livet i biosfären är ojämnt fördelat, mosaiskt. Det är svagt uttryckt i kalla och varma öknar, högt uppe i bergen och i havens mitt. Hög koncentration, rikedom och mångfald av liv är inneboende i områden där olika medier finns: gasformiga, flytande och fasta. Livet är fokuserat på kontakten mellan litosfären och atmosfären (marklevande liv och särskilt i jordar), atmosfär och hydrosfär (havets ytlager), litosfär och hydrosfär (botten av reservoarer). Särskilt rika på liv är områden där jord, vatten och luft ligger tätt intill varandra - kuster och grunda hav, flodmynningar, flodmynningar. Platser med den högsta koncentrationen av organismer i biosfären V.I. Vernadsky kallade dem "livets filmer".
Biosfärens levande materia kännetecknas av vissa egenskaper:
Önskan att fylla hela det omgivande utrymmet.
Denna egenskap är förknippad med intensiv reproduktion och organismers förmåga att intensivt öka ytan på sin kropp.
Möjlighet till godtycklig rörelse i rymden.
Till exempel mot strömning av vatten, gravitation, vind etc.
Närvaron av specifika kemiska föreningar (proteiner, enzymer etc.) som är stabila under livet och snabbt sönderfaller efter döden. Det resulterande organiska materialet och det oorganiska materialet ingår i kretsloppen.
En exceptionell variation av former, storlekar, kompositioner.
Hög förmåga att anpassa sig till levnadsförhållanden som avsevärt överstiger kontrasterna i livlös (inert) materia. Anpassning kan genomföras
- 1) på ett aktivt sätt - genom att stärka motståndet och utveckla regulatoriska processer som gör att alla vitala funktioner kan utföras, trots faktorns avvikelse från det optimala;
- 2) passivt, genom att underordna kroppens vitala funktioner till förändringar i miljöfaktorer, till exempel att falla in i suspenderad animation;
- 3) genom att undvika negativa effekter, till exempel genom att använda säsongsbetonade migrationer.
Den fenomenalt höga reaktionshastigheten är flera storleksordningar (hundratals, tusentals och till och med miljoner gånger) snabbare än i planetens livlösa natur.
Hög förnyelsehastighet av levande materia. För biosfären är det i genomsnitt 8 år, och för land är det 14 år, och för havet, där organismer med kort livslängd (till exempel plankton) dominerar, är det 33 dagar.
Levande materia existerar i form av en kontinuerlig växling av generationer, på grund av vilken modern levande materia är genetiskt relaterad till den levande materien från tidigare epoker. Samtidigt är närvaron av en evolutionär process karakteristisk för levande materia, d.v.s. reproduktion av levande materia sker inte genom absolut kopiering av tidigare generationer, utan genom morfologiska och biokemiska förändringar.
Funktioner i interaktionen mellan levande och icke-levande materia återspeglas i lagen om biogen migration av atomer av V.I. Vernadsky, som säger: "Migrationen av kemiska element på jordens yta och i biosfären som helhet sker antingen med direkt deltagande av levande materia (biogen migration), eller så sker den i en miljö vars geokemiska egenskaper (O2, CO2, H2, etc.) ) orsakas av levande materia, både den som för närvarande lever i biosfären och den som har verkat på jorden genom geologisk historia." Denna lag gör det möjligt för mänskligheten att medvetet hantera biogeokemiska processer både på jorden som helhet och i dess regioner.
Aktiviteten hos levande materia i biosfären, till viss del, kan villkorligt reduceras till flera grundläggande funktioner som kompletterar idén om dess transformativa biosfär-geologiska aktivitet. IN OCH. Vernadsky undersökte först funktionerna hos levande materia i sin bok "Biosphere" (1926): gas, syre, oxidativ, kalcium, reduktion, koncentrationsfunktioner, funktionen av förstörelse av organiska föreningar, funktionen av reduktiv nedbrytning, funktionen av metabolism och andning av organismer. Senare ändrades klassificeringen något, några av funktionerna kombinerades, några döptes om. Ur en modern synvinkel särskiljs följande funktioner av levande materia: energi, gas, redox, koncentration, destruktiv, transport, miljöbildande, försvinnande, informativ, biogeokemisk mänsklig aktivitet.
Energifunktionär att under fotosyntesprocessen skapas organiskt material, som överför energi genom näringskedjor (nätverk) i ekosystemet. Därför har V.I. Vernadsky kallade gröna klorofyllorganismer för biosfärens huvudmekanism.
Den huvudsakliga energikällan för biosfären är solen. 99% av dess energi absorberas av atmosfären, hydrosfären och litosfären, och deltar även i fysikaliska och kemiska processer som rörelse av luft och vatten, väderpåverkan. Endast cirka 1 % ackumuleras på primärnivå och fördelas i form av föda bland levande organismer. En del av energin försvinner i form av värme, en del av den ackumuleras i dött organiskt material och förvandlas till ett fossilt tillstånd.
Destruktiv funktion består av nedbrytares nedbrytning och mineralisering av dött organiskt material, kemisk nedbrytning av bergarter och mineraler samt inblandning av de resulterande elementen i det biotiska kretsloppet, d.v.s. orsakar omvandlingen av levande materia till inert materia. Sålunda sker den kemiska nedbrytningen av stenar med aktivt deltagande av bakterier, blågröna alger, svampar och lavar. Dött organiskt material bryts ned till enkla oorganiska föreningar (koldioxid, vatten, svavelväte, ammoniak, etc.). Organismer extraherar selektivt och inkluderar i den biotiska cykeln de viktigaste näringsämnena: kalcium, kalium, natrium, fosfor, järn etc. Parallellt sker humifieringsprocessen: en del av de mellanliggande nedbrytningsprodukterna som ett resultat av olika gruppers aktivitet av organismer går in i en ny syntes, bildar humus - ett komplext komplex av ämnen , rikt på energi. Humus är grunden för markens bördighet. Det bryts ner av vissa mikroorganismer mycket långsamt och gradvis, vilket säkerställer konsistens och tillförlitlighet när det gäller att förse växter med näringsämnen. Mineraliseringsprodukterna av organiska ämnen, som löses upp i naturliga vatten, förbättrar avsevärt deras kemiska aktivitet vid förstörelse av stenar.
Koncentration (ackumulerande) funktion består i selektiv ackumulering av vissa kemiska grundämnen av organismer från miljön. Vissa av dessa bioelement ingår i alla levande varelsers kroppar, och några finns bara i vissa grupper.
Förmågan att koncentrera element från utspädda lösningar är en karakteristisk egenskap hos levande materia. De mest aktiva koncentratorerna av många grundämnen är mikroorganismer. För att bygga sina skelett eller täcker koncentrerar marina organismer aktivt dispergerade mineraler. I vissa organismer är koncentrationen av enskilda element mer än 10% av kroppsvikten. Sådana organismer V.I. Vernadsky föreslog namngivning efter element: kiselhaltig (kiselalger, radiolarier, många svampar, etc.), järn (järnbakterier), magnesium (litothamniumalger), kalcium (blötdjur, kalkalger, koraller, vissa kräftdjur), fosfor (ben hos ryggradsdjur) etc. När de dör och begravs i massor, bildar de ansamlingar av dessa ämnen och bildar stenar. Många av dem används av människor som mineraler: järnmalm, bauxiter, fosforiter, kalksten och många andra.
Förmågan hos marina organismer att ackumulera mikroelement, tungmetaller, inklusive giftiga (kvicksilver, bly, arsenik) och radioaktiva element förtjänar särskild uppmärksamhet. I kroppen hos ryggradslösa djur och fiskar kan deras koncentration vara hundratusentals gånger högre än halten i havsvatten, vilket kan leda till tungmetallförgiftning vid konsumtion eller vara farligt på grund av ökad radioaktivitet.
Spridningsfunktion består i den biogena rörelsen av atomer och manifesterar sig genom organismernas trofiska och transportaktiviteter.
Förutom att vara inblandade i kemiska reaktioner transporteras ämnen av levande organismer och i rymden. Till exempel spridningen av materia när organismer utsöndrar avföring, organismers död, olika typer av rörelser i rymden och förändringar i integument. Växter bär kemiska grundämnen från jorden till dess yta och bildar deras kroppar ibland upp till tiotals meter i höjd. Grävande djur flyttar stora massor av jord och sediment. Flygande organismer bär ämnet över långa avstånd. Järn i blodet hemoglobin sprids till exempel genom blodsugande insekter.
Miljöbildande funktion bygger på att vissa organismer skapar en livsmiljö för andra och består i att omvandla miljöns fysikalisk-kemiska parametrar (litosfär, hydrosfär, atmosfär) till förhållanden som är gynnsamma för organismers existens. Till exempel reglerar skogar ytavrinning, ökar luftfuktigheten och berikar atmosfären med syre.
Denna funktion är ett gemensamt resultat av de funktioner av levande materia som diskuterats ovan: energifunktionen ger energi till alla delar av det biologiska kretsloppet; destruktiv och koncentration bidrar till utvinning från den naturliga miljön och ackumulering av spridda, men livsviktiga för levande organismer, element. Det är mycket viktigt att notera att som ett resultat av den miljöbildande funktionen i det geografiska skalet, omvandlades gassammansättningen i den primära atmosfären, den kemiska sammansättningen av vattnet i det primära havet förändrades, ett lager av sedimentära bergarter bildades i litosfären, och ett bördigt jordtäcke uppträdde på landytan.
De miljöbildande funktionerna hos levande materia har skapat och upprätthållit en balans mellan materia och energi i biosfären, vilket säkerställer stabiliteten i livsvillkoren för organismer, inklusive människor. Samtidigt kan levande materia återställa levnadsförhållanden som störs till följd av naturkatastrofer eller antropogen påverkan.
Redox funktion består i den kemiska omvandlingen huvudsakligen av de ämnen som innehåller atomer med ett variabelt oxidationstillstånd (föreningar av järn, mangan, kväve, etc.). Samtidigt dominerar biogena processer av oxidation och reduktion på jordens yta. Typiskt visar sig den oxidativa funktionen hos levande materia i biosfären i bakterier och vissa svampars omvandling av relativt syrefattiga föreningar i marken, vittringsskorpan och hydrosfären till mer syrerika föreningar. Den reducerande funktionen utförs genom att sulfater bildas direkt eller genom biogen svavelväte som produceras av olika bakterier.
Gasfunktion ligger i förmågan att förändra och upprätthålla en viss gassammansättning av livsmiljön och atmosfären som helhet. Den dominerande massan av gaser på jorden är av biogent ursprung. Under funktionen av levande materia skapas huvudgaserna: kväve, syre, koldioxid, vätesulfid, metan, etc.
Beroende på vilka gaser vi pratar om särskiljs flera gasfunktioner:
- Ш syre-koldioxid - skapandet av huvuddelen av fritt syre på planeten. Varje grön organism bär denna funktion. Syre frigörs endast i solljus på natten, denna fotokemiska process ersätts av utsläpp av koldioxid av gröna växter;
- Ш är koldioxid, oberoende av syre - bildandet av biogen kolsyra som ett resultat av andningen av djur, svampar och bakterier. Funktionens värde ökar i regionen av den underjordiska troposfären, som inte har syre;
- Ozon och väteperoxid - bildandet av ozon (och eventuellt väteperoxid). Biogent syre, som förvandlas till ozon, skyddar liv från de destruktiva effekterna av solstrålning. Uppfyllelsen av denna funktion orsakade bildandet av en skyddande ozonsköld;
- III kväve - skapandet av huvuddelen av fritt kväve i troposfären på grund av dess frisättning av kväveproducerande bakterier under nedbrytningen av organiskt material. Reaktionen sker under både land- och havsförhållanden;
- III kolväte - genomförandet av omvandlingar av många biogena gaser, vars roll i biosfären är enorm. Dessa inkluderar till exempel naturgas, terpener som finns i eteriska oljor, terpentin och som orsakar aromen av blommor och lukten av barrträd.
På grund av utförandet av gasformiga biogeokemiska funktioner av levande materia under jordens geologiska utveckling utvecklades den moderna kemiska sammansättningen av atmosfären med en unik hög syrehalt och låg koldioxidhalt, såväl som måttliga temperaturförhållanden. Man ser tydligt att gasfunktionen är en kombination av två grundläggande funktioner – destruktiv och miljöbildande.
Transportfunktion består i överföring av materia mot gravitationen och i horisontell riktning. Levande materia är den enda faktorn som bestämmer materiens omvända rörelse - från botten till toppen, från havet - till kontinenterna. Sedan Newtons tid har det varit känt att materiens rörelser på vår planet bestäms av tyngdkraften. Icke-levande materia själv rör sig längs ett lutande plan uteslutande från topp till botten. Endast i denna riktning rör sig floder, glaciärer, laviner och raser. På grund av aktiv rörelse kan levande organismer flytta olika ämnen eller atomer i horisontell riktning, till exempel genom olika typer av migrationer. Förflyttning, eller migration, av kemikalier av levande materia V.I. Vernadsky kallade det biogen migration av atomer eller materia.
Informationsfunktion - ackumulering av levande organismer av information kodad i ärftliga strukturer: DNA och RNA, och överföring till efterföljande generationer.
Biogeokemisk mänsklig aktivitet- Omvandling, utvinning och förflyttning av ämnen på avstånd från de platser där de produceras eller utvinns.
Täcker en ständigt ökande mängd materia i jordskorpan för industrins, transporternas och jordbrukets behov. Denna funktion intar en speciell plats i världens historia och förtjänar noggrann uppmärksamhet och studier.
Således är hela vår planets levande befolkning - levande materia - i en konstant cykel av biofila kemiska element. Den biologiska cykeln av ämnen i biosfären är förknippad med en stor geologisk cykel.
Den värld av levande organismer i biosfären som omger oss är en kombination av olika biologiska system av olika strukturell ordning och olika organisatoriska positioner. I detta avseende särskiljs olika nivåer av existens av levande materia - från stora molekyler till växter och djur i olika organisationer.
- 1. Molekylär (genetisk) - den lägsta nivån vid vilken det biologiska systemet manifesterar sig i form av funktionen av biologiskt aktiva stora molekyler - proteiner, nukleinsyror, kolhydrater. Från denna nivå observeras egenskaper som uteslutande är karakteristiska för levande materia: metabolism som sker under omvandlingen av strålande och kemisk energi, överföring av ärftlighet med hjälp av DNA och RNA. Denna nivå kännetecknas av strukturernas stabilitet över generationer.
- 2. Cellulär - nivån vid vilken biologiskt aktiva molekyler kombineras till ett enda system. När det gäller cellulär organisation är alla organismer indelade i encelliga och flercelliga.
- 3. Vävnad - nivån vid vilken kombinationen av homogena celler bildar vävnad. Den täcker en samling celler förenade av ett gemensamt ursprung och funktioner.
- 4. Organ - den nivå på vilken flera typer av vävnader funktionellt interagerar och bildar ett specifikt organ.
- 5. Organismisk - nivån vid vilken interaktionen mellan ett antal organ reduceras till ett enda system av den individuella organismen. Representeras av vissa typer av organismer.
- 6. Populationsarter, där det finns en uppsättning av vissa homogena organismer relaterade till ett gemensamt ursprung, levnadssätt och livsmiljö. På denna nivå inträffar elementära evolutionära förändringar i allmänhet.
- 7. Biocenos och biogeocenos (ekosystem) - en högre nivå av organisation av levande materia, som förenar organismer av olika artsammansättning. I biogeocenos interagerar de med varandra på ett visst område av jordens yta med homogena abiotiska faktorer.
- 8. Biosfär - nivån på vilken det naturliga systemet av högsta rang bildades, som täcker alla manifestationer av liv på vår planet. På denna nivå förekommer alla cykler av materia på global skala förknippade med organismers vitala aktivitet.
Trots all sin mångfald är levande materia fysikalisk-kemiskt förenad och har samma evolutionära rötter. Det finns ingen art i naturen som skulle reagera på någon kemisk eller fysisk påverkan på ett kvalitativt annorlunda sätt än organismer av andra arter. Lagen om fysisk och kemisk enhet av levande materia har viktig praktisk betydelse för människor. Av detta följer att:
- Ш Det finns inget fysiskt eller kemiskt medel (abiotisk faktor) som skulle vara dödligt för vissa organismer och absolut ofarligt för andra. Skillnaden är bara kvantitativ - vissa organismer är känsligare, andra mindre, vissa anpassar sig snabbare under urvalet och andra långsammare (anpassning sker under det naturliga urvalet, d.v.s. på grund av de som inte kunde anpassa sig till nya förhållanden).
- Ш Mängden levande materia (biomassa) i biosfären inom den aktuella geologiska perioden är en konstant - detta är V.I.s lag om konstanthet för mängden levande materia. Vernadsky. Enligt lagen om biogen migration av atomer är levande materia en mellanhand mellan solen och jorden. Om mängden levande materia fluktuerade, skulle planetens energitillstånd vara instabilt.
- Ш Den övergripande artdiversiteten i biosfären är konstant - antalet framväxande arter är i genomsnitt lika med antalet utdöda. Processen att utrota arter var oundviklig på grund av förändrade livsvillkor på planeten. Dessutom försvinner en art aldrig ensam, den "drar med sig" ett tiotal andra arter som försvinner med den. I deras ställe, enligt reglerna för ekologisk dubbelarbete, kommer andra arter, särskilt i förvaltningslänken av ekosystem - bland konsumenter. Därför observerades även snabb artbildning under alla geologiska perioder av massutrotning av organismer.
Biosfären har, liksom dess andra lägre rankade ekosystem, egenskaper som säkerställer dess funktion, självreglering, hållbarhet och andra parametrar:
Biosfären är ett centraliserat system. Dess centrala element är levande organismer (levande materia).
Biosfären är ett öppet system. Dess existens är otänkbar utan tillförsel av energi utifrån. Den upplever påverkan av kosmiska krafter, främst solaktivitet.
Biosfären är ett självreglerande system, som, som V.I. noterade, kännetecknas av organisation. För närvarande kallas denna egenskap homeostas, vilket betyder förmågan att återgå till sitt ursprungliga tillstånd och undertrycka uppkommande störningar genom att aktivera ett antal mekanismer. Homeostatiska mekanismer är främst förknippade med levande materia, dess egenskaper och funktioner.
Biosfären är ett system som kännetecknas av stor mångfald. Mångfald är den viktigaste egenskapen för alla ekosystem. Biosfären som ett globalt ekosystem kännetecknas av den största mångfalden bland andra system. Förknippat med det är möjligheten till dubbelarbete, säkerhetskopiering, ersättning av vissa länkar med andra (till exempel på art- eller populationsnivå), graden av komplexitet och styrka hos mat och andra kopplingar.
En viktig egenskap hos biosfären är närvaron i den av mekanismer som säkerställer cirkulationen av ämnen och den tillhörande outtömligheten av enskilda kemiska element och deras föreningar. Endast tack vare cyklerna och närvaron av en outtömlig solenergikälla säkerställs kontinuiteten i processerna i biosfären och dess potentiella odödlighet.
All mångfald av mänskliga aktiviteter i biosfären åtföljs av förändringar i dess sammansättning, energibalans, cykler av dess ingående ämnen, etc. Riktningen och omfattningen av dessa förändringar leder till uppkomsten av en miljökris, som kännetecknas av:
gradvis förändring av planetens klimat på grund av förändringar i balansen av gaser i atmosfären;
allmän och lokal (över polerna, enskilda landområden) förstörelse av biosfärens ozonskärm;
förorening av världshavet med tungmetaller, komplexa organiska föreningar, petroleumprodukter, radioaktiva ämnen, mättnad av vatten med koldioxid;
störningar av naturliga ekologiska förbindelser mellan havet och landvattnet som ett resultat av byggandet av dammar på floder, vilket leder till förändringar i fast avrinning, lekvägar etc.;
atmosfärisk förorening med bildning av sur utfällning, mycket giftiga ämnen som ett resultat av kemiska och fotokemiska reaktioner;
förorening av landvatten, inklusive flodvatten, som används för dricksvattenförsörjning, med mycket giftiga ämnen, inklusive dioxiner, tungmetaller, fenoler;
ökenspridning av planeten;
nedbrytning av jordlagret, minskning av området med bördig mark som är lämplig för jordbruk;
radioaktiv kontaminering av vissa territorier på grund av bortskaffande av radioaktivt avfall, olyckor orsakade av människor etc.; ansamling av hushållsavfall och industriavfall på markytan, särskilt praktiskt taget icke-nedbrytbar plast; minskning av områdena med tropiska och nordliga skogar, vilket leder till en obalans av atmosfäriska gaser, inklusive en minskning av koncentrationen av syre i planetens atmosfär;
förorening av underjordiskt utrymme, inklusive grundvatten, vilket gör det olämpligt för vattenförsörjning;
massivt och snabbt, lavinliknande försvinnande av arter av levande materia;
försämring av livsmiljön i befolkade områden, särskilt stadsområden;
allmän utarmning och brist på naturresurser för mänsklig utveckling;
förändringar i organismers storlek, energiska och biogeokemiska roll, reformering av näringskedjor, massreproduktion av vissa arter av organismer.
Lägg till i bokmärken:
Biosfären är ett globalt ekosystem. Som noterats tidigare är biosfären uppdelad i geobiosfär, hydrobiosfär och aerobiosfär. Geobiosfären har indelningar i enlighet med de huvudsakliga miljöbildande faktorerna: terrabiosfären och lithobiosfären—inom geobiosfären, marinobiosfären (ocean-nobiosfären) och vattenbiosfären—som en del av hydrobiosfären. Dessa formationer kallas undersfärer. Den ledande miljöbildande faktorn i deras bildning är den fysiska fasen av livsmiljön: luft-vatten i aerobiosfären, vatten (sötvatten och saltvatten) i hydrobiosfären, fast luft i terrabiosfären och fast-vatten i litobiosfären .
I sin tur faller de alla i lager: aerobiosfären in i tropobiosfären och altobiosfären; hydrobiosfär - till fotosfär, disfotosfär och afotosfär.
De strukturbildande faktorerna här, förutom den fysiska miljön, energi (ljus och värme), speciella förutsättningar för bildning och utveckling av liv - de evolutionära riktningarna för penetration av biota på land, i dess djup, in i utrymmena ovanför jorden, havets avgrund, är utan tvekan annorlunda. Tillsammans med apobiosfären, parabiosfären och andra sub- och suprabiosfäriska lager utgör de den så kallade "livets lagerkaka" och geosfären (ekosfären) för dess existens inom megabiosfärens gränser.
Vertikal utsträckning av biosfären och förhållandet mellan ytor som upptas av de viktigaste strukturella enheterna (enligt F. Ramad, 1981)
I systemisk mening är de listade formationerna stora funktionella delar av praktiskt taget universella eller subplanetära dimensioner. Den allmänna hierarkin av biosfärsdelsystem presenteras i fig.
Hierarki av biosfäriska ekosystem (enligt N.F. Reimers, 1994
Forskare tror; att det i biosfären finns åtta till nio nivåer av relativt oberoende cykler av ämnen inom sammankopplingarna av sju huvudsakliga material-energiekologiska komponenter och den åttonde - information
Ekologiska komponenter (enligt N.F. Reimers, 1994)
Globala, regionala och lokala kretslopp av ämnen är inte slutna och "korsar sig" delvis inom ekosystemhierarkin. Denna material-energi och delvis informativa "koppling" säkerställer integriteten hos ekologiska supersystem upp till biosfären som helhet.
Allmänna organiseringsmönster för biosfären.
Biosfären bildas i större utsträckning inte av yttre faktorer, utan av inre mönster. Den viktigaste egenskapen hos biosfären är interaktionen mellan levande och icke-levande ting, vilket återspeglas i lagen om biogen migration av atomer av V.I. Vernadsky, och diskuteras av oss i avsnitt 12.6.
Lagen om biogen migration av atomer gör det möjligt för mänskligheten att medvetet kontrollera biogeokemiska processer både på jorden som helhet och i dess regioner.
Mängden levande materia i biosfären är som bekant inte föremål för märkbara förändringar. Detta mönster formulerades i form av lagen om beständighet för mängden levande materia av V.I. Vernadsky: mängden levande materia i biosfären för en given geologisk period är en konstant. I praktiken är denna lag en kvantitativ konsekvens av lagen om intern dynamisk jämvikt för det globala ekosystemet - biosfären. Eftersom levande materia, i enlighet med lagen om biogen migration av atomer, är en energiförmedlare mellan solen och jorden, måste antingen dess kvantitet vara konstant, eller så måste dess energiegenskaper förändras. Lagen om fysisk och kemisk enhet av levande materia (all levande materia på jorden är fysisk och kemiskt förenad) utesluter betydande förändringar i den sista egenskapen. Därför är kvantitativ stabilitet oundviklig för den levande materien på planeten. Det är helt karakteristiskt för antalet arter.
Levande materia, som en ackumulator av solenergi, måste samtidigt reagera på både yttre (kosmiska) påverkan och inre förändringar. En minskning eller ökning av mängden levande materia på en plats i biosfären bör leda till en process precis motsatsen på en annan plats, eftersom de frigjorda näringsämnena kan assimileras av resten av den levande materien eller deras brist kommer att observeras. Här måste vi ta hänsyn till processens hastighet, som vid antropogen förändring är mycket lägre än direkt störning av naturen av människan.
Förutom beständigheten och beständigheten för mängden levande materia, vilket återspeglas i lagen om fysisk och kemisk enhet av levande materia, finns i den levande naturen ett konstant bevarande av den informationsmässiga och somatiska strukturen, trots att den förändras något med evolutionens gång. Denna egenskap noterades av Yu Goldsmith (1981) och kallades lagen om bevarande av biosfärens struktur - informativ och somatisk, eller ekodynamikens första lag. . För att bevara biosfärens struktur strävar levande varelser efter att uppnå ett tillstånd av mognad eller ekologisk balans. Lagen om önskan om klimakteriet - den andra ekodynamikens lag av Yu Goldsmith, gäller för biosfären och andra nivåer av ekologiska system, även om det finns detaljer - biosfären är ett mer slutet system än dess underavdelningar. Enheten av den levande materien i biosfären och homologin i strukturen av dess subsystem leder till det faktum att levande element av olika geologiska åldrar och ursprungliga geografiska ursprung som uppstod på den är intrikat sammanflätade. Sammanvävningen av element av olika spatiotemporal genes på alla ekologiska nivåer i biosfären återspeglar regeln eller principen om heterogenes av levande materia. Detta tillägg är inte kaotiskt, utan är föremål för principerna om ekologisk komplementaritet, ekologisk överensstämmelse (kongruens) och andra lagar. Inom ramen för Yu Goldsmiths ekodynamik är detta dess tredje lag - principen om ekologisk ordning, eller ekologisk ömsesidighet, som indikerar en global egenskap på grund av helhetens inflytande på dess delar, det omvända inflytandet av differentierade delar på den. utveckling av helheten etc. vilket sammantaget leder till bevarandestabiliteten för biosfären som helhet.
Ömsesidig hjälp inom ramen för den ekologiska ordningen, eller systemisk ömsesidighet, bekräftas av lagen om ordning och reda för att fylla utrymme och rums-temporal säkerhet: fyllningen av utrymmet inom ett naturligt system, på grund av interaktionen mellan dess delsystem, ordnas i ett sådant sätt som gör att systemets homeostatiska egenskaper kan realiseras med minimala motsättningar mellan delarna inom det. Av denna lag följer att den långsiktiga existensen av olyckor som är "onödiga" för naturen, inklusive de som är främmande för den, skapade av människan, är omöjlig. Reglerna för den mutualistiska systemordningen i biosfären innefattar också principen om systemkomplementaritet, som säger att delsystemen i ett naturligt system i sin utveckling utgör en förutsättning för framgångsrik utveckling och självreglering av andra delsystem som ingår i samma system.
Den fjärde ekodynamikens lag av Yu Goldsmith inkluderar lagen om självkontroll och självreglering av levande varelser: levande system och system under kontrollerande inflytande av levande saker är kapabla till självkontroll och självreglering i sin process. anpassning till förändringar i miljön. I biosfären sker självkontroll och självreglering under kaskad- och kedjeprocesser av allmän interaktion - under kampen för existensen av naturligt urval (i den vidaste bemärkelsen av detta koncept), anpassning av system och delsystem, bred samevolution , etc. Dessutom leder alla dessa processer till positiva resultat "ur naturens synvinkel" - bevarande och utveckling av biosfärens ekosystem och den som helhet.
Den sammanbindande länken mellan generaliseringar av strukturell och evolutionär karaktär är regeln för automatiskt underhåll av den globala livsmiljön: levande materia, under självreglering och interaktion med abiotiska faktorer, bibehåller autodynamiskt en livsmiljö som är lämplig för dess utveckling. Denna process begränsas av förändringar på en kosmisk och global ekosfärskala och förekommer i alla ekosystem och biosystem på planeten, som en kaskad av självreglering som når en global skala. Regeln om automatiskt underhåll av den globala livsmiljön följer av de biogeokemiska principerna i V.I. Vernadsky, reglerna för bevarande av arters livsmiljö, relativ intern konsistens och fungerar som en konstant för närvaron av konservativa mekanismer i biosfären och bekräftar samtidigt regeln om systemdynamisk komplementaritet.
Den kosmiska inverkan på biosfären bevisas av lagen om brytning av kosmiska effekter: kosmiska faktorer, som påverkar biosfären och särskilt dess underavdelningar, är föremål för förändring av planetens ekosfär och därför, i termer av styrka och tid , manifestationer kan försvagas och förskjutas eller till och med helt förlora sin effekt. Generaliseringen här är viktig på grund av det faktum att det ofta finns ett flöde av synkrona effekter av solaktivitet och andra kosmiska faktorer på jordens ekosystem och de organismer som lever i den.
Det bör noteras att många processer på jorden och i dess biosfär, även om de är föremål för inflytande från rymden, antas cykler av solaktivitet med ett intervall på 1850, 600,400, 178, 169,88,83,33,22,16, 11.5(11.1), 6.5 och 4.3 år behöver inte biosfären själv och dess indelningar reagera med samma cyklicitet i alla fall. Biosfärsystemets kosmiska influenser kan blockeras helt eller delvis
Vägar av kosmiskt inflytande på biosfären
Om du upptäcker ett fel, välj önskad text och tryck på Ctrl+Enter för att rapportera det till redaktörerna
Ekologi (av grekiskan Οικος - hus, hem, ekonomi, bostad, habitat, hemland och λόγος - koncept, lära, vetenskap) är en vetenskap som studerar sambanden mellan levande och livlös natur. Termen föreslogs först i boken "General Morphology of Organisms" 1866 av den tyske biologen Ernst Haeckel. De allra flesta moderna forskare tror att ekologi är en vetenskap som studerar levande organismers existensvillkor och relationerna mellan organismer och den miljö de lever i. En mer allmän definition gavs av den amerikanske ekologen Odum: "ekologi är ett tvärvetenskapligt kunskapsfält, vetenskapen om strukturen hos flernivåsystem i naturen, samhället och deras inbördes relationer."
Ekologi som vetenskap löser följande problem:
· studerar lagar och mönster för interaktion mellan organismer och sin omgivning;
· studerar bildandet, strukturen och funktionen av supraorganismala biologiska system (population, biocenos, biogeocenos (ekosystem), biom, biosfär);
· studerar lagar och mönster för interaktion mellan supraorganismala biologiska system (population, biocenos, biogeocenos (ekosystem), biom, biosfär) med miljön;
Att lösa de problem som miljön står inför kommer att göra det möjligt för oss att uppnå de mål som satts upp för den:
· utveckling av optimala sätt att interagera mellan samhälle och natur, med hänsyn till naturens existenslagar;
· att förutse konsekvenserna av samhällets påverkan på naturen för att förhindra negativa resultat.
För att lösa problem använder hon både sina egna metoder och andra vetenskapers metoder. Ekologins egna metoder kan delas in i tre grupper: fält-, laboratorie- och experimentella.
Ekologi är nära besläktad med sådana vetenskaper som biologi, kemi, matematik, geografi, fysik och epidemiologi. På senare tid har tvärvetenskapliga, komplexa forskningsområden aktivt gjort sig kända.
Baserat på storleken på studieobjekten delas ekologi in i följande discipliner: autoekologi, befolkningsekologi, synekologi, landskapsekologi, global ekologi (megaekologi, studiet av jordens biosfär)
I förhållande till studieämnena är det indelat i mikroorganismers, svampars, växters, djurs och människors ekologi; såväl som jordbruk, industri (ingenjörsvetenskap) och allmänt (som en teoretiskt generaliserande disciplin).
Med hänsyn till miljön och komponenterna särskiljs ekologin av mark, sötvattenförekomster, hav, Fjärran Norden, höglandet och kemiska (geokemiska, biokemiska).
Enligt förhållningssätt till ämnet särskiljs analytisk och dynamisk ekologi.
Ur tidsfaktorns synvinkel beaktas historisk och evolutionär ekologi (inklusive arkeoekologi).
Inom mänsklig ekologi är social ekologi utmärkande. Det centrala problemet med modern ekologi är sökandet efter optimal interaktion i systemet "människa-miljö". Ekologi får drag av en mycket aktuell världsbild och förvandlas till en doktrin om valet av vägar för den mänskliga befolkningens överlevnad.
Modern ekologi i sin struktur har följande avsnitt: allmän ekologi, geoekologi, bioekologi, humanekologi, socialekologi, tillämpad ekologi.
Varje sektion har sina egna indelningar och kopplingar till andra delar av ekologi och relaterade vetenskaper. Ekologi och naturvård är nära besläktade, men om ekologi är en grundläggande vetenskap, så relaterar naturvården direkt till praktiken.
Ett ekosystem är en samling av producenter, konsumenter och detritivorer som interagerar med varandra och med sin miljö genom utbyte av materia, energi och information på ett sådant sätt att detta enda system förblir stabilt under lång tid.
Ett naturligt ekosystem kännetecknas av tre egenskaper:
· ett ekosystem är nödvändigtvis en samling av levande och icke-levande komponenter;
· Inom ekosystemet genomförs en hel cykel, som börjar med skapandet av organiskt material och slutar med dess nedbrytning till oorganiska komponenter;
· ekosystemet förblir stabilt under en tid, vilket säkerställs av en viss struktur av biotiska och abiotiska komponenter.
Landets stora ekosystem kallas terrestra ekosystem eller biomer. Ekosystem i hydrosfären kallas akvatiska ekosystem. Ett ekosystem består av olika abiotiska och biotiska komponenter.
Abiotiska komponenter i ett ekosystem inkluderar olika fysiska (solljus, skugga, avdunstning, vind, temperatur, vattenströmmar.) och kemiska faktorer (makroelement - C, O, H, N, P, S, Ca, Mg, K, Na och mikroelement - Fe, Cu, Zn, Cl).
De biotiska komponenterna i ett ekosystem delas in enligt näringsmetoden i producenter (organismer som producerar organiska föreningar från oorganiska), konsumenter (organismer som får näring och den nödvändiga energin genom att livnära sig på levande organismer - producenter eller andra konsumenter) och nedbrytare (organismer som får näring och den nödvändiga energin som livnär sig på resterna av döda organismer).
Producenter (gröna växter) skapar organiskt material i processen fotosyntes(en kemisk process som sker i gröna växter, alger och många bakterier där vatten och koldioxid omvandlas till syre och mat med hjälp av energi från solljus) eller kemosyntes(processen att omvandla oorganiska föreningar till näringsrika organiska ämnen med hjälp av energin från kemiska reaktioner). Dessa organiska ämnen används av producenter som en energikälla och som byggmaterial för celler och vävnader i kroppen.
Konsumenter är indelade i: fytofager - 1:a ordningen, matar uteslutande på levande växter; rovdjur (köttätare) -2:a ordningen, som livnär sig uteslutande på fytofager, 3:e ordningen, livnär sig endast på köttätare; euryfager som kan äta både växt- och djurfoder.
Nedbrytare är indelade i: detritivorer - direkt konsumerar döda organismer eller organiska rester. och förstörare - bryt ner dött organiskt material till enkla oorganiska föreningar (processen av ruttnande och nedbrytning).
Begreppet biosfär uppstod för mer än hundra år sedan. Den österrikiske geologen Eduard Suess, som talade om jordens olika skal, använde först denna term. 1926 publicerades föredrag av V.I. Vernadsky, som definierade med termen de lager av jordskorpan som genom den geologiska historien var utsatta för påverkan av levande organismer, och för första gången tilldelade levande organismer rollen som den huvudsakliga transformativa kraften på planeten Jorden, med hänsyn till deras aktiviteter inte bara nu, utan också i det förflutna.
Biosfären inkluderar de övre lagren av litosfären, det nedre lagret av atmosfären (troposfären) och hela hydrosfären, sammankopplade av komplexa kretslopp av materia och energi.
Den nedre gränsen för liv på jorden (3 km) begränsas av den höga temperaturen i jordens inre, den övre gränsen (20 km) av hård strålning av ultravioletta strålar (allt under skyddas av ozonskiktet). Däremot kan endast mikroorganismer hittas vid biosfärens gränser den högsta koncentrationen av biomassa observeras vid ytan av land och hav, på platser där skalen berörs. De organismer som utgör biosfären har förmågan att föröka sig och spridas över hela planeten.
Jordens totala biomassa är cirka 0,01 % av massan av hela biosfären. 97 % av denna mängd upptas av växter, 3 % av djur. Biomassan av organismer som lever på land är 99,2 % representerad av gröna växter och 0,8 % av djur och mikroorganismer. Däremot står växter för 6,3 % i havet, och djur och mikroorganismer står för 93,7 % av den totala biomassan. Havets totala biomassa är bara 0,13% av biomassan för alla varelser som lever på jorden.
Organismer får ämnen och energi som är nödvändiga för ämnesomsättningen från miljön. Begränsade mängder levande materia återskapas, omvandlas och bryts ned. Varje år, tack vare den vitala aktiviteten hos växter och djur, reproduceras cirka 10 % av biomassan.
Det finns flera nivåer av organisering av levande materia:
· Molekylär. Varje levande system manifesterar sig på nivån av interaktion mellan biologiska makromolekyler: nukleinsyror, polysackarider och andra viktiga organiska ämnen.
· Cellulär. Cellen är den strukturella och funktionella enheten för reproduktion och utveckling av alla levande organismer som lever på jorden. Det finns inga icke-cellulära former av liv, och förekomsten av virus bekräftar bara denna regel, eftersom de kan uppvisa egenskaperna hos levande system endast i celler.
· Ekologiskt. En organism är ett integrerat encelligt eller flercelligt levande system som kan existera oberoende. En flercellig organism bildas av en samling vävnader och organ som är specialiserade för att utföra olika funktioner.
· Befolkningsspecifik. En art förstås som en uppsättning individer som är lika i strukturell och funktionell organisation, har samma karyotyp och ett enda ursprung och upptar ett visst habitat, korsar sig fritt med varandra och producerar fertil avkomma, kännetecknad av liknande beteende och vissa relationer med varandra. andra arter och faktorer av livlös natur.
· En uppsättning organismer av samma art, förenade av ett gemensamt habitat, skapar en population som ett system av överorganismordning. I detta system utförs de enklaste, elementära evolutionära transformationerna.
· Biogeocenotisk. Biogeocenosis är ett samhälle, en uppsättning organismer av olika arter och varierande komplexitet i organisationen med alla faktorer i deras specifika livsmiljö - komponenter i atmosfären, hydrosfären och litosfären.
Planen
1. Introduktion.
2. Levande materia är en del av biosfären.
3. Abiotiska (icke-levande) komponenter i biosfären.
4. Jord är en unik komponent i biosfären.
5. Biosfär och rymd.
6. Ekologisk växelverkan mellan levande materia: vem äter vad.
7. Biogen migration av atomer är en ekosystemegenskap hos biosfären.
8. Hur biosfären utvecklades: fem miljökatastrofer.
9. Biosfärens stabilitet.
10. Biosfär och människa: miljöfara.
12. Slutsats.
1. Introduktion
Idag är ett av de svåraste problemen för människor, oavsett om de bor i Afrika eller Europa, i storstäder eller i djungeln. Det berör var och en av oss, och ingen kan undvika det. Detta är problemet med att bevara livet på planeten, människans överlevnad som en av de unika arterna av levande varelser.
Lösningen på detta problem beror på hur var och en av oss och hela mänskligheten tillsammans förstår den "förbjudna gränsen", som mänskligheten inte får passera under några omständigheter. Denna "förbjudna egenskap" är lagarna för livet på planeten.
Människan är en invånare i biosfären. Det är biosfären som är jordens skal inom vilket livet för mänskligheten som helhet och för var och en av oss äger rum.
Termen biosfär myntades av den australiensiske geologen Eduard Suess (1881-1914). Det moderna konceptet med biosfären är förknippat med namnet akademiker V.I. Vernadsky.
Biosfären är det område där levande organismer lever; jordens skal, vars sammansättning, struktur och energi bestäms av den totala aktiviteten hos levande organismer. Den övre gränsen sträcker sig till ozonskärmens höjd (20-25 km), den nedre gränsen faller 1-2 km under havsbotten och i genomsnitt 2-3 km på land. Biosfären täcker den nedre delen av atmosfären, hydrosfären, pedosfären (jord) och den övre delen av litosfären (stenar) ).
2. Levande materia är en del av biosfären
Biosfären omfattar alla delar av planeten som bebos av liv. Detta inkluderar atmosfären, havet och alla delar av jordens yta där livet i alla dess former har etablerat sig. Huvudkomponenten i biosfären är dess levande materia.
"...På jordens yta finns det ingen kemisk kraft som är mer konstant aktiv, och därför mer kraftfull i sina slutliga konsekvenser, än levande organismer som en helhet" (V.I. Vernadsky).
I vilken form presenteras levande materia i biosfären? Levande materia i biosfären presenteras i form av separata kroppar - individuella organismer.
Levande materia representeras av organismer av olika storlekar. Den största av dem är valar. Kroppslängden på moderna valar är från 1,1 till 33 m, vikt från 30 kg till 150 ton.
Enligt en grov uppskattning, under existensen av liv på jorden, fanns det mer än en miljard arter i biosfären.
Bland levande varelser dominerar insekter (det finns ungefär en miljon arter). Ryggradsdjur utgör endast 2 %. . Den för oss kända livsvärlden består till mer än 70 % av djur, 225 % är växter och svampar, 5 % är encelliga organismer.
Levande material är ojämnt fördelat i biosfären och bildar koncentrationer vid gränserna för litosfären-hydrosfären-atmosfären: i reservoarer nära ytan, på botten av hav och oceaner, på landytan. På kontinenterna observeras koncentrationer av liv vid kusten, översvämningsslätten, sjöar, tropiska och subtropiska. Växter dominerar på land och djur dominerar i havet.
Massan av levande materia kallas biomassa. Det uttrycks i massaenheter av torrt eller vått material, dividerat med yta eller volym av livsmiljön. Det är känt att livslängden för varje enskild organism har gränser. Hur upprätthålls kontinuiteten i livet i biosfären? Levande organismer som kontinuerligt reproducerar sig bildar en ström av omväxlande generationer: nya varelser verkar ersätta de som dör. Således är en modern levande varelse relaterad till ursprunget till den levande materien från tidigare geologiska epoker.
Myriader av levande varelser bebor biosfären och utgör biosfärens levande materia. Den kemiska sammansättningen av levande materia liknar sammansättningen av stjärnor och solen, vilket bekräftar naturens enhet. Moderna metoder kan mäta massan av ett levande ämne, mängden energi som finns i det och arten av dess motsvarande utrymme. Modern levande materia kännetecknas av stor kemisk mångfald.
3. Abiotiska (icke-levande) komponenter i biosfären
Vatten, luft, jordar, deras kemiska sammansättning, fysikaliska egenskaper, främst temperatur, kosmisk strålning, gravitation, magnetism - dessa är biosfärens abiotiska komponenter.
Biosfären inkluderar i första hand de områden på planeten där det finns förutsättningar inte bara för överlevnad utan också för reproduktion av levande varelser - detta är livets existensfält. Intill den finns territorier där levande varelser lider och bara överlever, men inte kan föröka sig - livets hållbarhetsområde.
Terrestra abiotiska förhållanden som bestämmer livets existensfält:
Tillräckliga mängder syre och koldioxid,
Tillräcklig mängd flytande vatten, inte is eller ånga,
Gynnsamma temperaturer: inte för höga så att proteinet inte koagulerar, och inte för lågt så att enzymer som påskyndar biokemiska reaktioner fungerar normalt,
En levande varelse behöver ett minimum av mineraler.
Biosfären är ett globalt ekosystem, ett speciellt jordskal, vars livsfördelningssfär, vars gränser bestäms av närvaron av abiotiska förhållanden som är lämpliga för organismer: temperatur, flytande vatten, gassammansättning, mineralnäringselement.
4. Jord är en unik komponent i biosfären
I slutet av 1800-talet. Den store ryske naturforskaren V.V. Dokuchaev, genom sina studier av chernozem och andra jordar i den ryska dalen och Kaukasus, slog fast att jordar är naturliga kroppar och, i sina yttre egenskaper och egenskaper, skiljer sig mycket från klipporna på vilka de bildades. Deras fördelning på jordens yta är föremål för strikta geografiska mönster.
Mångfalden av jordar är enorm. Detta beror på mångfalden av kombinationer av markbildningsfaktorer: stenar, ytålder, växt- och djurpopulationer och relief.
Jord är en speciell naturlig kropp och livsmiljö som uppstår som ett resultat av omvandlingen av bergarter på landytan genom gemensam aktivitet av levande organismer, vatten och luft.
Jordbildande processer på jorden är storslagna processer i deras planetariska skala och varaktigheten av skapandet av organiskt material i jorden, deras biologiska ackumulering och uppkomsten av fertilitet.
5. Biosfär och rymd
Jorden är en unik planet den ligger på det enda möjliga avståndet från solen, vilket bestämmer temperaturen på jordens yta vid vilken vatten kan vara i flytande tillstånd.
Jorden får en enorm mängd energi från solen och håller samtidigt en ungefär konstant temperatur. Det betyder att vår planet släpper ut nästan samma mängd energi i rymden som den tar emot från rymden: inflöde och utflöde måste balanseras, annars kommer systemet en dag att förlora stabilitet. Jorden kommer antingen att värmas upp eller frysa och förvandlas till en livlös kropp.
Biosfären är nära förbunden med rymden. Strömmar av energi som kommer in i jorden skapar förhållanden som stöder liv. Magnetfältet och ozonskölden skyddar planeten från överdriven kosmisk strålning och intensiv solstrålning. Kosmisk strålning som når biosfären ger fotosyntes och påverkar levande varelsers aktivitet.
6. Ekologiska interaktioner av levande materia: vem äter vad
Planeten Jorden skiljer sig från andra planeter genom att dess biosfär innehåller ett ämne som är känsligt för flödet av solstrålning - klorofyll. Det är klorofyll som säkerställer omvandlingen av elektromagnetisk energi från solstrålning till kemisk energi, med hjälp av vilken processen för reduktion av kol- och kväveoxider sker i biosyntesreaktioner.
I en grön växt sker fotosyntes - processen att producera kolhydrater från vatten och syredioxid (som finns i luften eller vattnet). I detta fall frigörs syre som en biprodukt. Gröna växter klassificeras som autotrofer - organismer som tar alla de kemiska grundämnen de behöver för livet från det inerta materialet som omger dem och inte kräver färdiga organiska föreningar av en annan organism för att bygga sin kropp. Den huvudsakliga energikällan som används av autotrofer är solen Heterotrofer är organismer som kräver organiskt material som bildas av andra organismer för sin näring. Heterotrofer omvandlar gradvis organiskt material som bildas av autotrofer, vilket för det till sitt ursprungliga mineraltillstånd.
Den destruktiva (destruktiva) funktionen utförs av representanter för vart och ett av riken av levande materia. Förfall, sönderfall är en integrerad egenskap hos varje levande organisms metabolism. Växter bildar organiskt material och är de största producenterna av kolhydrater på jorden; men de frigör också syre som är nödvändigt för livet som en biprodukt av fotosyntesen.
Under andningsprocessen bildas koldioxid i kropparna av alla levande arter, som växter återigen använder för fotosyntes Det finns också typer av levande saker som förstörelsen av dött organiskt material är en näringsmetod en blandad typ av näring, de kallas mixotrofer.
I biosfären sker processer som omvandlar oorganiskt, inert material till organiskt material och omvänder omarrangemang av organiskt material till mineralmaterial. Förflyttning och omvandling av ämnen i biosfären utförs med direkt deltagande av levande materia, av vilka alla typer har specialiserat sig på olika näringsmetoder.
7. Biogen migration av atomer - en ekosystemegenskap hos biosfären
Den ändliga mängden materia som finns i biosfären har fått egenskapen oändlighet genom ämnescykeln.
Bilden av materiens kretslopp i biosfären skapas av hjulet på en vattenkvarn. Men för att hjulet ska snurra krävs ett konstant vattenflöde. På samma sätt vänder flödet av solenergi som kommer från rymden "livets hjul" på vår planet. Hur snabbt snurrar hjulet? Under biogeokemiska cykler passerade atomer av de flesta kemiska grundämnen genom en levande varelse otaliga gånger. Till exempel "vänder allt syre i atmosfären" genom levande materia om 2000 år, koldioxid om 200-300 år och allt vatten i biosfären om 2 miljoner år.
Levande materia är en perfekt mottagare av solenergi.
Energin som absorberas och används i fotosyntesreaktionen och sedan lagras som kolhydraternas kemiska energi är mycket stor, det rapporteras att den är jämförbar med energin som förbrukas av 100 tusen stora städer under loppet av 100 år. Heterotrofer använder växternas organiska material som mat: organiskt material oxideras av syre, som levereras till kroppen av andningsorganen, med bildningen av koldioxid i motsatt riktning. Det som gör livet "evigt" är alltså den samtidiga existensen av autotrofer och heterotrofer.
Fakta och diskussioner om "livets hjul" i biosfären ger rätt att tala om lagen om biogen migration av atomer, som formulerades av V.I. Vernadsky: migrationen av kemiska element på jordens yta och i biosfären som helhet utförs antingen med direkt deltagande av levande materia, eller så sker den i en miljö vars geokemiska egenskaper bestäms av levande materia, både den som nu lever biosfären och det som verkat på jorden genom geologisk historia.
Levande materia från olika riken och olika typer säkerställer den kontinuerliga cirkulationen av ämnen och omvandlingen av energi. Detta avslöjar lagen om biogen migration av atomer V.I. Vernadsky: i biosfären sker migration av kemiska element med obligatoriskt direkt deltagande av levande organismer. Biogen migration av atomer säkerställer kontinuiteten av livet i biosfären med en ändlig mängd materia och ett konstant flöde av energi.
8. Hur utvecklades biosfären? fem miljökatastrofer
Sedan grundarna av modern paleontologi upptäckte att fossiliserade sediment tillåter oss att läsa livets utvecklingsväg, har vi lärt oss att den organiska världen på jorden mer än en gång har upplevt tragiska händelser som ledde till nästan fullständig förstörelse av liv på planeten. Under de senaste 500 miljoner åren visade sig jorden oväntat vara allvarligt sjuk flera gånger, och en gång - det här var 250 miljoner år sedan - upphörde nästan livet på jorden.
Experter identifierar fem stora katastrofer som biosfären har upplevt: karbonperioden, permperioden, triasperioden, juraperioden och kritaperioden. Var och en av katastroferna ledde till utvecklingen av levande materia: en mer fullständig anpassning till miljön; uppkomsten av fler arter; deras inträngning i nya livsvillkor.
Med varje katastrof som inträffar i biosfären, tillsammans med massan av besegrade arter, ser vi också vinnare. Till en början var det väldigt få av dem, men de visste hur de skulle "skörda" frukterna av sin seger och fylla det lediga utrymmet med sin egen sort. Men inte en enda ny art kan anklagas för att vara inblandad i själva katastrofen för dess arters eller familjs välstånd. Katalysmer inträffade av kosmiska eller rent jordiska skäl på grund av särdragen i utvecklingen av levande materia, när vissa delar av den förtrycktes eller helt utplånades från planetens yta av andra som inte kunde anpassa sig till förändrade naturförhållanden.
Utvecklingen av levande materia i biosfären – en ökning av nivån på dess organisation och graden av anpassningsförmåga till miljön – skedde genom katastrofer – skarpa förändringar i den abiotiska miljön. Motsättningar mellan de etablerade abiotiska och biotiska komponenterna i biosfären under miljöförändringar som var abrupta för geologisk tid löstes varje gång på grund av mångfalden och variationen hos biosfärens levande materia. Levande materia har alltid bevarat liv i biosfären på grund av överlevnaden av mer anpassade arter.
9. Biosfärens hållbarhet
Den levande världens rikedom har fascinerat och gladt människan sedan urminnes tider. Sjömän och köpmän, missionärer och äventyrare, resenärer och helare och sedan vetenskapsmän tog hem prover på fantastiska växter och djur från hela världen. Volymen av naturvetenskaplig kunskap var redan betydande i de antika civilisationerna i Nilen, Mesopotamien, Indien och Kina.
Artmångfald uttömmer inte all biologisk mångfald. Inom varje art varierar dess populationer och individer, inklusive människor, genetiskt i mycket större utsträckning än man tidigare trott. Två slumpmässigt utvalda individer kommer att skilja sig åt i hundratals, kanske tusentals, kromosomala skillnader. Sådana skillnader är mycket viktiga, många av dem är förknippade med känslighet för förändringar i miljöparametrar, bestämmer anpassningsförmågan eller till och med möjligheten att överleva för enskilda organismer, och påminner om att det naturliga urvalet fortsätter.
Hur säkerställer biologisk mångfald biosfärens hållbarhet? Svaret är enkelt: genom många relationer och interaktioner, både sinsemellan och med indirekt materia. Biosfären har en stor uppsättning återkopplingsregleringsprocesser och, som en konsekvens, en uppsättning cykliska processer som gör att den kan kompensera för förändrade förhållanden. Därför klarar biosfären relativt lätt uppgifterna att automatiskt reglera de levnadsvillkor den behöver.
Stabiliteten i det globala ekosystemet säkerställs genom redundansen hos dess funktionella komponenter. Om det finns flera typer av autotrofer i ett ekosystem, som var och en har sina egna optimala temperaturförhållanden för fotosyntes, kan den totala fotosynteshastigheten förbli oförändrad när temperaturen fluktuerar.
Biosfärens anpassningsförmåga till förändringar i yttre förhållanden är en ordnad process där en art kan ersättas av en annan, och samtidigt är det ett flöde av skiftande dynamiska jämvikter. Biosfärens biologiska mångfald säkerställer en kontinuerlig biokemisk cykel av materia och energiflöden, och upprätthåller förbindelserna mellan alla geosfärer: atmosfär, litosfär, hydrosfär, vilket skapar den naturliga miljöns integritet.
10. Biosfären och människan: miljöfara
Världen vet redan om faran som hotar den. Och den här gången är den levande varelsen ansvarig för den annalkande katastrofen känd - en afrikansk primat, som har förökat sig kraftigt under 5 miljoner år och nu stör balansen i biosfären. Den här inkräktaren är Mänsklig . Dess utseende föregicks av en lång period då förfäderna till Homosapiens - hominider uppstod, utvecklades och gav plats för varandra. De utvecklades och levde i livets allmänna flöde, var dess deltagare och hade en hel rad behov och instinkter som var absolut nödvändiga för liv och evolution. Allt detta gjorde livsflödet å ena sidan holistiskt, lätt sårbart i enskilda länkar, och å andra sidan väl självskyddat och skyddat av systemet.
Tusentals år har passerat, stora civilisationer skapade av människan har uppstått och dött. All den moderna civilisationens prakt - överflöd och variation av varor, transporter, rymdflyg, möjligheten för ett stort antal människor att engagera sig i vetenskap, konst och slutligen en trygg ålderdom - allt detta är en konsekvens av den enorma mängd artificiell energi som mänskligheten nu har börjat producera. Vi lever inte på solens energi, som växter och djur, men vi förbrukar kolreserver - olja, kol, gas, skiffer, som ackumulerades av tidigare biosfärer under hundratals miljoner år.
Men vad händer med planetens värmebalans? Konstgjord energi försvinner och används för att värma jorden, dess fasta yta, havet och atmosfären. Tiden kommer när artificiell energi kommer att börja påverka strukturen av planetens värmebalans.
Således kräver den utbredda idén att en ökning av mängden energi som produceras av människor alltid är bra också revidering: en ökning av medeltemperaturen på planeten med 4-5 grader hotar mänskligheten med en miljökatastrof. Och här finns en gräns som inte går att passera.
Det är inte alls lätt att i förväg förutsäga, även i de mest allmänna termerna, resultatet av en sådan uppvärmning. När medeltemperaturen stiger minskar temperaturskillnaden mellan ekvatorn och polen. Och detta är huvudmotorn, tack vare vilken atmosfären rör sig och överför värme från ekvatorialzonerna till de polära. Om temperaturskillnaden ökar, ökar intensiteten av atmosfärisk cirkulation. Om den minskar blir atmosfärscirkulationen trögare, fuktöverföringen minskar. Detta gör att torra zoner blir ännu torrare, och biotans produktivitet minskar.
Tillbaka under förra seklet formulerade den berömda geografen, klimatologen, geofysikern professor A.I. Voikov, grundare av det första geofysiska observatoriet i Ryssland, en välkänd lag: varm i norr, torr i söder. Denna lag, som nu kallas Voeikovs lag, sammanfattar många års observationer. Närhelst det, under en cyklisk förändring av medeltemperaturen i norr, börjar värmas upp, ökar antalet torra år i Volga-regionen, Kazakstan och andra områden i sydöstra Eurasien. Vegetationen i öknar och halvöknar reagerar särskilt känsligt på förändringar i nederbörd.
Människan letar efter sätt att begränsa sin skadliga inverkan på naturen, eftersom hon har insett sitt beroende av biosfärens tillstånd. Människor insåg att deras aktiviteter radikalt måste förändras och följa biosfärens naturlagar, inom vars gränser endast all livsaktivitet kan äga rum.
Vi har bara spårat ett fenomen som bekräftar att en person nu mycket lätt kan passera den "dödliga gränsen", den gränsen bortom vilken oåterkalleliga processer för att förändra villkoren för hans existens kommer att börja. Biosfären kommer att börja övergå till ett nytt tillstånd, och det kanske inte finns någon plats för människor i dess nya tillstånd. Det är därför mänskligheten måste kunna förutse resultatet av sina handlingar och veta var den "förbjudna gränsen" går som skiljer möjligheten till vidareutveckling av civilisationen från dess mer eller mindre snabba utrotning.
Varje biologisk art (och människor är inget undantag) kan leva inom de ganska snäva gränserna för den miljö som den är genetiskt anpassad till. Om livsmiljön förändras snabbare än att anpassning eller omorganisation av arten till en ny formation kan ske, dör organismen oundvikligen ut.
Höljet av levande materia på planeten förändras dramatiskt. Det krymper som Balzacs shagreen läder. Och huden i sig tunnas ut, även rent mekaniskt - skogar försvinner, svarta jordar försämras etc. Grunden för både den närmaste miljön för dess liv och den ekonomiska utvecklingen håller på att försvinna under mänsklighetens fötter.
För närvarande är processen med utarmning av levande materia och försvinnandet av levande arter tio, och i vissa fall till och med hundra gånger mer intensiv än dinosauriernas utrotning för 65 miljoner år sedan. Arter försvinner inte bara, hela strukturen av levande materia förändras. Stora djur och växter ersätts av mindre: hovdjur - gnagare, gnagare - växtätande insekter.
Förluster i sammansättningen av levande materia kan leda till en nödförstörelse av planetens biogeokemiska system Global förvrängning av biogeokemiska kretslopp hotar att naturen kommer att bli annorlunda, inte den som den moderna ekonomin är anpassad till. En större översyn kommer att behövas. Som ett resultat av nuvarande mänskliga effekter hotas ättlingar av fattigdom och utarmning av naturresurser.
Mänskligheten måste bevara biosfärens biologiska mångfald, eftersom dess minskning leder till störningar av biosfärens processer och till katastrofala
fysiska förändringar i levnadsförhållandena på planeten.
12. Slutsats
Mänskligheten har insett hur liten vår jord är, och har insett att det är nödvändigt att ingripa med extrem försiktighet i de processer som sker i naturen.
Vår planet är unik eftersom det finns liv på den. Livet genomsyrar inte bara vatten- och luftelementen, utan också jordens yta. Livet på jorden representeras av levande materia, som bildas av miljontals arter och miljarder individer. Levande materia, hela jordens biologiska mångfald, skyddas från kosmiska strålar av det geomagnetiska fältet och ozonskölden. Alla livsformer och manifestationer existerar inte på egen hand de är sammankopplade genom komplexa relationer till ett enda livskomplex - globalt ekosystem (biosfär) . Dessa relationer och kopplingar i levande natur är fantastiska! Varje grupp av besläktade arter som bildar ett kungarike spelar en specifik roll i ämnescykeln: skapande, omvandling, förstörelse av organiska ämnen.
Den huvudsakliga energikällan i biosfären är solen. Den biogena cykeln av ämnen tillåter inte att livet på planeten jorden avbryts. Levande varelser i biosfären omvandlade den kemiska sammansättningen av luft, vatten, mark, bestämde deras moderna sammansättning, påverkade bildandet av mineraler och stenar och relief av jorden. Biosfären är livets miljö och resultatet av livsaktivitet.
En av 2000-talets huvuduppgifter, till vilken ekologin måste ge ett betydande bidrag, är att uppnå harmoni mellan människa och natur.
Litteratur
1. Brodsky A.K. En kort kurs i allmän ekologi: Lärobok - St Petersburg, 2001.
2. Vladimirov V.A., Izmalkov V.I. Katastrofer och ekologi - M., 2000.
3. Danilov-Danilyan V.I., Losev K.S. Miljöutmaning och hållbar utveckling. – M., 2000.
4. Mamedov N.M. Grundläggande om allmän ekologi: Lärobok.-M., 1998.
Panovskikh /.- M., 2001.
6. Miljö: encyklopedisk ordboksuppslagsbok:-T.1.-M., 1999.
7. Hwang T.A., Hwang P.A. Livssäkerhet.-
1. Begreppet biosfär.
2. Levande materia i biosfären.
3. Geokemiskt arbete av levande materia.
Begreppet biosfär.
Idén om biosfären som ett allmänt planetariskt skal, som täcker tjockleken av troposfären, hydrosfären, sedimentära (och möjligen granit) bergarterna i litosfären, genom hela jordens geologiska historia; som ett globalt enhetligt system av jorden, där hela huvudförloppet av geokemiska och energiomvandlingar bestäms av livet, utvecklades i verk av V.I. Vernadsky var den första som påpekade den aktiva transformativa aktiviteten hos antika och moderna organismer för att förändra utseendet på vår planet. Den enorma omfattningen av denna process gjorde det möjligt för honom att utveckla läran om livets kosmiska roll i jordens geologiska historia, vilket utan tvekan ger rätten att betrakta honom som grundaren av läran om biosfären.
Vernadsky kallade biosfären det område på vår planet där liv existerar eller någonsin har funnits och som ständigt är utsatt eller har varit utsatt för påverkan av levande organismer.
Varje enskild organisms deltagande i jordens geologiska historia är försumbar. Men det finns ett oändligt antal levande varelser på jorden, de har en hög reproduktionspotential, interagerar aktivt med sin livsmiljö och representerar i slutändan i sin helhet en speciell, global skala faktor som omvandlar jordens övre skal. Vikten av organismer beror på deras stora mångfald, allestädes närvarande utbredning, varaktighet av existens i jordens historia, den selektiva naturen av biokemisk aktivitet och exceptionellt höga kemiska aktivitet jämfört med andra komponenter i naturen. Biosfären är därför det område av jorden som är täckt av påverkan av levande materia. Ur ett modernt perspektiv anses biosfären vara det största ekosystemet på planeten, vilket stöder den globala cirkulationen av ämnen.
Modernt liv är utbrett i den övre delen av jordskorpan (litosfären), i de nedre lagren av jordens lufthölje (atmosfären) och i jordens vattenhölje (hydrosfären). För att beteckna helheten av allt liv på jorden, tillsammans med dess omedelbara miljö och resurser, introducerar vi termen "modern biosfär" eller "ekosfär".
Ekosfären täcker jordklotet med ett kontinuerligt skal, och dess vertikala utsträckning varierar från bråkdelar av en meter - i områden med extremt dåligt liv (arktiska och antarktiska öknar) - till tusentals meter. Ekosfärens nedre gräns begränsas främst av temperaturen på stenar och grundvatten, som gradvis ökar med djupet och på nivån 1,5 - 15 km redan överstiger 100°C. Därför tränger levande organismer en kort sträcka djupt in i jorden. Det största djupet där bakterier har upptäckts i bergarter av jordskorpan är 4 km. I oljefält på 2 - 2,5 km djup registreras bakterier i betydande mängder. I havet är livet utbrett till större djup och finns även på botten av oceaniska fördjupningar 10 - 11 km från ytan, eftersom temperaturen där är cirka 0°C. Men enligt Vernadsky bör biosfärens nedre gräns dras ännu djupare. De gigantiska skikten av sedimentära bergarter som gradvis ackumuleras i havet, vars ursprung är förknippat med levande varelsers aktivitet, är också en del av biosfären. I enlighet med dynamiska processer i jordskorpan dras sedimentära bergarter gradvis ner i dess djup och omvandlas under inverkan av höga temperaturer och tryck. Metamorfa bergarter av jordskorpan, som härrör från sedimentära bergarter, är i slutändan också derivat av liv.
Den övre gränsen för liv i atmosfären bestäms av ökningen av ultraviolett strålning med höjden. På en höjd av 25 - 27 km absorberas det mesta av den ultravioletta strålningen från solen av ett tunt lager av ozon som ligger här - ozonskärmen. Alla levande varelser som reser sig över det skyddande ozonskiktet dör. Atmosfären ovanför jordens yta är mättad med olika levande organismer. Sporer av bakterier och svampar finns upp till en höjd av 20 - 22 km, men huvuddelen av flygplankton är koncentrerad i ett lager upp till 1-1,5 km. Även om de moderna organismernas vitala processer endast är koncentrerade till ekosfären, märks påverkan av levande materia (modern eller existerande i det förflutna) långt utanför dess gränser. Det är därför Vernadsky-biosfären (som existensområdet för alla tidigare ekosfärer) sträcker sig långt utanför gränserna för den moderna ekosfären och täcker ett vertikalt lager 40 - 50 km tjockt.
Biosfärens ungefärliga massa är 0,05% av jordens massa och dess volym är 0,4% av planetens volym.
Biosfärens struktur är ett komplext flerkomponentsystem - en kombination av gasformiga, flytande, fasta och biologiska organisationer. Den kännetecknas av strikt organisation, biologisk balans av antal och ömsesidig anpassning av dess ingående organismer. Vernadsky betonade att biosfären bör betraktas som ett integrerat geologiskt skal av jorden, ett mycket komplext självreglerande system bestående av levande materia och livlös materia. Vernadsky kallade hela samlingen av organismer på planeten för levande materia. Inert materia, enligt Vernadsky, är helheten av de ämnen i biosfären i vars bildande levande organismer inte deltar - d.v.s. bergarter av magmatiskt, oorganiskt ursprung, ämnen av kosmiskt ursprung modifierade av levande organismer, kosmiskt stoft, meteoriter. Biogen materia skapas och bearbetas av livet, av samlingar av levande organismer. Detta är en källa till extremt kraftfull potentiell energi (kol, jord humus, olja, bitumen, torv, etc.). Efter bildandet av ett biogent ämne är levande organismer i det inaktiva. En speciell kategori är bioinert ämne. Vernadsky fastställde att det "skapas i biosfären samtidigt av levande organismer och inerta processer, som representerar system av dynamisk jämvikt mellan båda." Organismer i bioinert materia spelar en ledande roll. Planetens bioinerta materia är jordar, vittringsskorpan, alla naturliga vatten, vars egenskaper beror på aktiviteten hos levande materia på jorden.