Vsa živa bitja planeta Zemlja pridejo v tesen stik med seboj in z okoljem ter tako tvorijo ekosisteme. Te skupnosti medsebojno delujočih organizmov niso izolirane druga od druge. Med seboj jih povezujejo različni odnosi, predvsem hrana. Celota ekosistemov tvori en sam planetarni ekosistem, ki se imenuje biosfera. Ta članek bo obravnaval strukturo biosfere, njeno sestavo in glavne funkcije.
znanost
Ta koncept je prvi v znanost uvedel J. B. Lamarck leta 1803 in je pomenil celoto vseh živih organizmov na planetu Zemlja. Konec devetnajstega stoletja je izraz "biosfera" uporabil J. Zuse, ki je v strukturo biosfere vključil neživo snov sedimentnih kamnin. Nauk o biosferi se je pojavil leta 1926, ko je V. I. Vernadsky tako ali drugače povzel ogromno znanstvenih informacijponazarja odnos med živo in neživo snovjo. Znanstvenik je uspel pokazati, da naš planet ne naseljujejo le živi organizmi, ampak ga tudi aktivno preoblikujejo. Poleg tega je po Vernadskem človeško posredovanje v naravnih procesih tako pomembno, da je mogoče govoriti o noosferi - novi fazi v razvoju biosfere. Danes znanost o biosferi združuje podatke z različnih področij znanja. Med njimi so biologija, kemija, geologija, klimatologija, oceanologija, znanost o tleh in drugi.
Zgradba biosfere je taka, da lahko živi organizmi samostojno vzdržujejo potrebno sestavo tal, atmosfere in hidrosfere. Imajo ključno okoljsko vlogo. Na podlagi tega so znanstveniki domnevali, da so tla in zrak ustvarili sami živi organizmi v več sto milijonih letih evolucije. Po preučevanju podobnosti v strukturi geoloških kamnin, ki ležijo globlje od kambrija, s poznejšimi kamninami, je Vernadsky predlagal, da je življenje na planetu obstajalo v obliki najpreprostejših organizmov skoraj od začetka. Kasneje so geologi dokazali zmotnost te hipoteze.
Ker je sonce energetska osnova za obstoj vsega življenja na Zemlji, lahko biosfero obravnavamo kot lupino, katere struktura in sestava nastaneta zaradi skupnega delovanja živih organizmov in sta določena z dotok sončne energije. Zdaj pa se seznanimo s strukturo zemeljske biosfere.
živi in neživi
Najprej glede na sestavo in strukturo biosferevelja omeniti, da je sestavljen iz žive in nežive snovi (inertna snov). Večina živih organizmov je koncentrirana v treh geoloških lupinah Zemlje: atmosferi (zračna plast), hidrosferi (oceani, morja itd.) in litosferi (zgornji sloj kamnin). Vendar so te školjke v največjem ekosistemu neenakomerno razporejene. Tako je hidrosfera v celoti zastopana v strukturi biosfere, medtem ko sta litosfera in atmosfera delno zastopani (zgornja oziroma spodnja plast).
Neživa komponenta biosfere je sestavljena iz:
- Biogena snov, ki je produkt vitalne aktivnosti živih organizmov. Vključuje: premog, nafto, šoto, naravni apnenec, plin itd.
- Bioinertna snov, ki je skupni rezultat vitalne aktivnosti organizmov in nebioloških procesov. To vključuje: zemljo, mulj, vodne rezervoarje in tako naprej.
- Inertna snov, ki je vključena v biološki cikel, vendar ni produkt vitalne aktivnosti živih organizmov. Ta skupina vključuje: vodo, kovinske soli, atmosferski dušik itd.
Meje biosfere
Takšni pojmi, kot so sestava, struktura in meje biosfere, so med seboj tesno povezani. Kljub dejstvu, da so bakterije in spore našli na nadmorski višini do 85 kilometrov, se domneva, da je zgornja meja biosfere 20-25 km. Na visokih nadmorskih višinah je koncentracija žive snovi zanemarljiva zaradi močnega vpliva sončnega sevanja.
V hidrosferi je življenje prisotno povsod. In celo v Marijanskem jarku, katerega globina je 11 km, znanstvenikiz Francije je J. Picard opazoval ne le nevretenčarje, ampak tudi ribe. Bakterije, alge, foraminifere in raki živijo pod več kot 400 metri antarktičnega ledu. Bakterije najdemo pod kilometrsko plastjo mulja in v podtalnici. Kljub temu je največja koncentracija živih bitij opažena na globini do 3 km. Tako so lahko meje in struktura biosfere v različnih delih planeta različni.
Atmosfera, litosfera in hidrosfera
Ozračje je v glavnem sestavljeno iz kisika in dušika. Vsebuje majhne količine argona, ogljikovega dioksida in ozona. Življenje tako kopenskih kot vodnih bitij je odvisno od stanja ozračja. Kisik je potreben za dihanje živih organizmov in mineralizacijo umirajočih organskih snovi. No, rastline uporabljajo ogljikov dioksid za fotosintezo.
Litosfera ima debelino od 50 do 200 km, vendar je glavno število vrst živih organizmov koncentrirano v njeni zgornji plasti debeline nekaj deset centimetrov. Širjenje življenja globoko v litosfero je omejeno zaradi številnih dejavnikov, med katerimi so glavni: pomanjkanje svetlobe, visoka gostota medija in visoka temperatura. Tako je spodnja meja porazdelitve življenja v litosferi globina 3 km, na kateri so bile najdene nekatere vrste bakterij. Po pravici povedano je treba opozoriti, da niso živeli v tleh, ampak v podtalnici in oljnih obzorjih. Vrednost litosfere je v tem, da daje življenje rastlinam in jih hrani z vsemi potrebnimi snovmi.
Hidrosferaje bistvena sestavina biosfere. Približno 90% oskrbe z vodo pade na Svetovni ocean, ki zavzema 70% površine planeta. Vsebuje 1,3 milijarde km3, reke in jezera pa 0,2 milijona km3 vode. Najpomembnejši dejavnik vitalne aktivnosti organizma je vsebnost kisika in ogljikovega dioksida v vodi.
Fascinantne številke
Sestava, struktura in funkcije biosfere presenetijo s svojim obsegom. Zdaj bomo izvedeli nekaj zanimivih dejstev. Voda vsebuje 660-krat več ogljikovega dioksida kot zrak. Na kopnem prevladuje raznolikost rastlinskega sveta, v morju pa živalski svet. 92 odstotkov vse biomase na kopnem je zelenih rastlin. V oceanu je 94 % mikroorganizmov in živali.
V povprečju se enkrat na osem let zemeljska biomasa obnovi. Kopenske rastline potrebujejo za to 14 let, oceanske rastline - 33 dni. Trajalo bo 3000 let, da bo vsa voda na svetu prešla skozi žive organizme, kisik - do 5000 let, ogljikov dioksid pa 6 let. Za dušik, ogljik in fosfor so ti cikli še daljši. Biološki cikel ni zaprt - približno 10 % žive snovi preide v usedline in pokope.
Biosfera predstavlja le 0,05 % mase našega planeta. Zavzema približno 0,4% prostornine Zemlje. Masa živih bitij je le 0,01-0,02 % mase inertne snovi, vendar igrajo zelo pomembno vlogo v geokemičnih procesih.
200 milijard ton organske suhe teže se proizvede letno in vFotosinteza absorbira 170 milijard ton ogljikovega dioksida. V procesu vitalne aktivnosti mikroorganizmov je vsako leto v biogeni cikel vključenih 6 milijard ton dušika in 2 milijardi ton fosforja ter ogromna količina železa, magnezija, žvepla, kalcija in drugih elementov. V tem času človeštvo proizvede približno 100 milijard ton mineralov.
Organizmi v svojem življenju pomembno prispevajo k kroženju snovi, stabilizirajo in preoblikujejo biosfero, katere lastnosti in zgradba dajejo misliti na prisotnost višjih sil.
Energijska funkcija
Ko se seznanimo z zgradbo in sestavo biosfere, preidimo na njene funkcije. Začnimo z energijo. Kot veste, rastline absorbirajo sončno sevanje in nasičijo biosfero z vitalno energijo. Približno 10 % ujete svetlobe proizvajalci porabijo za svoje potrebe (predvsem za celično dihanje). Vse ostalo se po prehranjevalnih verigah porazdeli po vseh ekosistemih biosfere. Del energije se ohrani v nedrjih zemlje in jih nasiči s svojo močjo (premog, nafta itd.).
Tudi če na kratko upoštevamo funkcije in zgradbo biosfere, vedno izpostavljajo redoks funkcijo kot podvrsto energije. Kemosintetične bakterije lahko kot proizvajalke črpajo energijo iz reakcij oksidacije in redukcije anorganskih spojin. V procesu oksidacije vodikovega sulfida se žveplove bakterije hranijo z energijo, železo (od 2-valentne do 3-valentne) pa z železovimi bakterijami. Nitrificiranje tudi ne sedite brezzadeve. Oksidirajo amonijeve spojine v nitrate in nitrite. Zato kmetje svoja polja gnojijo z amonijevimi spojinami, ki jih rastline same ne absorbirajo. Pri gnojenju tal neposredno z nitrati so skladiščna tkiva rastlin prenasičena z vodo, kar vodi do poslabšanja njihovega okusa in povečanja tveganja za prebavne bolezni pri tistih, ki jih uživajo.
Funkcija, ki tvori okolje
Živi organizmi tvorijo zemljo, uravnavajo pa tudi sestavo zračnih in vodnih lupin zemlje. Če fotosinteze na planetu ne bi bilo, bi zaloge atmosferskega kisika porabili v 2000 letih. Poleg tega bi dobesedno v enem stoletju zaradi povečanja koncentracije ogljikovega dioksida v zraku organizmi začeli umirati. V enem dnevu lahko gozd absorbira do 25 % ogljikovega dioksida iz 50-metrske plasti zraka. Srednje veliko drevo lahko zagotovi kisik za štiri osebe. En hektar listnatega gozda, ki se nahaja v bližini mesta, letno zadrži približno 100 ton prahu. Bajkalsko jezero, ki slovi po kristalni čistosti, je tako zahvaljujoč majhnim rakom, ki ga trikrat na leto "filtrirajo". In to je le nekaj primerov, kako živi organizmi uravnavajo sestavo snovi v biosferi.
funkcija koncentracije
Živa bitja, predvsem pa mikroorganizmi, lahko koncentrirajo številne kemične elemente, ki jih najdemo v biosferi. Skoraj 90 % dušika v tlehso posledica delovanja modro-zelenih alg. Bakterije lahko koncentrirajo železo (na primer z oksidacijo vodotopnega bikarbonata v hidroksid, odložen v njihovem okolju), mangan in celo srebro. Ta neverjetna lastnost je znanstvenikom omogočila, da verjamejo, da je zaradi mikroorganizmov na zemlji toliko kovinskih usedlin.
V nekaterih državah se elementi, kot sta germanij in selen, pridobivajo iz rastlin. Alge Fucus lahko naberejo 10.000-krat več titana, kot ga vsebuje okoliška morska voda. Vsaka tona rjavih alg vsebuje nekaj kilogramov joda. Avstralski hrast kopiči aluminij, bor - berilij, breza - barij in stroncij, macesen - niobij in mangan, torij pa je koncentriran v trepetiki, ptičji češnji in jelki. Poleg tega nekatere rastline celo "zbirajo" plemenite kovine. Torej, v 1 toni pepela je lahko do 85 gramov zlata!
Destruktivna funkcija
Kemična struktura zemeljske biosfere in njenega okolja vključuje ne le ustvarjalne, temveč tudi destruktivne procese. Imajo pa veliko vlogo tudi pri regulaciji snovi na planetu. Z aktivnim življenjem živih organizmov pride do mineralizacije organskih ostankov in preperevanja kamnin. Bakterije, glive, modro-zelene alge in lišaji lahko razgradijo trde kamnine s sproščanjem ogljikove, dušikove in žveplove kisline. Jedke spojine sproščajo tudi korenine dreves. Obstajajo bakterije, ki lahko celo uničijo steklo in zlato.
transportna funkcija
Glede na strukturo infunkcije biosfere, ne smemo pozabiti na množični prenos snovi. Drevo dvigne vodo iz zemlje v ozračje, krt vrže zemljo navzgor, riba plava proti toku, roj kobilic se seli - vse to je manifestacija transportne funkcije biosfere.
Živa snov lahko opravi ogromno geološko delo, oblikuje novo podobo biosfere in aktivno sodeluje v vseh njenih procesih.
Ločeno velja omeniti proces nastajanja sedimentnih kamnin. Prva faza tega procesa je preperevanje - uničenje zgornjih plasti litosfere pod delovanjem zraka, sonca, vode in mikroorganizmov. Če vdrejo v skalo, jo lahko korenine rastlin uničijo. Voda, ki pronica v razpoke, ki jih tvorijo korenine, se raztopi in odnese snov. To je posledica korozivnih komponent rastline. V lišajih je še posebej veliko organskih kislin. Tako se fizično preperevanje pojavlja skupaj s kemičnim preperevanjem.
Zaradi smrti planktonskih organizmov se na dno svetovnih oceanov letno odloži do 100 milijonov ton apnenca. Mnogi od njih so kemičnega izvora, na primer v območju stika med kislo in alkalno podzemno vodo. S smrtjo enoceličnih alg in radiolarij nastanejo mulji, ki vsebujejo silicij, ki pokrivajo na stotine tisoč km2 morskega dna.
Funkcija tvorbe tal
Lastnosti in struktura biosfere so tako obsežne, da so vse njene funkcije tesno povezane. Tako je tvorba tal ena od vej množične izmenjavein oblikovanje okolja, vendar je obravnavan ločeno zaradi svojega pomena. Med uničenjem in nadaljnjo obdelavo kamnin z mikroorganizmi nastane ohlapna, plodna lupina zemlje, imenovana prst. Korenine velikih rastlin črpajo mineralne elemente iz globokih obzorij, z njimi obogatijo zgornje plasti tal in povečajo njihovo rodnost. Tla prejemajo organske spojine iz odmrlih korenin in stebel rastlin, pa tudi iztrebkov in trupel živali. Te spojine so hrana za organizme v tleh, ki mineralizirajo organsko snov, proizvajajo ogljikov dioksid, organske kisline in amoniak.
Nevretenčarji, žuželke in njihove ličinke igrajo najpomembnejšo strukturno vlogo. Tla naredijo ohlapna in primerna za življenje rastlin. Vretenčarji (krti, rovke in drugi) zrahljajo zemljo in prispevajo k uspešni rasti grmovnic v njej. Ponoči v tla prodre ohlajen stisnjen zrak, ki je potreben za dihanje korenin in mikroorganizmov.
Tako neverjetna struktura biosfere.
