Alla levande varelser på planeten Jorden kommer i nära kontakt med varandra och med miljön och bildar därigenom ekosystem. Dessa samhällen av interagerande organismer är inte isolerade från varandra. De är sammanlänkade genom olika relationer, främst mat. Helheten av ekosystem bildar ett enda planetariskt ekosystem, som kallas biosfären. Den här artikeln kommer att behandla biosfärens struktur, dess sammansättning och huvudfunktioner.
Science
Detta koncept introducerades först i vetenskapen av J. B. Lamarck redan 1803 och betydde helheten av alla levande organismer på planeten Jorden. I slutet av artonhundratalet användes termen "biosfär" av J. Zuse, som inkluderade det livlösa materialet av sedimentära bergarter i biosfärens struktur. Läran om biosfären dök upp 1926, när V. I. Vernadsky sammanfattade en enorm mängd vetenskaplig information, på ett eller annat sättillustrerar förhållandet mellan levande och icke-levande materia. Forskaren kunde visa att vår planet inte bara är bebodd av levande organismer, utan också aktivt förvandlas av dem. Dessutom, enligt Vernadsky, är mänsklig inblandning i naturliga processer så betydande att det är möjligt att tala om noosfären - en ny fas i utvecklingen av biosfären. Idag kombinerar vetenskapen om biosfären data från olika kunskapsområden. Bland dem finns biologi, kemi, geologi, klimatologi, oceanologi, markvetenskap och andra.
Biosfärens struktur är sådan att levande organismer självständigt kan upprätthålla den nödvändiga sammansättningen av marken, atmosfären och hydrosfären. De spelar en viktig miljöroll. Baserat på detta antog forskare att jord och luft skapades av levande organismer själva under hundratals miljoner år av evolution. Efter att ha studerat likheterna i strukturen hos geologiska bergarter som ligger djupare än Kambrium, med senare stenar, föreslog Vernadsky att livet på planeten existerade i form av de enklaste organismerna nästan från början. Senare bevisade geologer felet i denna hypotes.
Eftersom solen är energibasen för existensen av allt liv på jorden, kan biosfären betraktas som ett skal, vars struktur och sammansättning bildas på grund av levande organismers gemensamma aktivitet och bestäms av inflödet av solenergi. Låt oss nu bekanta oss med strukturen i jordens biosfär.
Levande och icke-levande
Först och främst med tanke på biosfärens sammansättning och strukturdet är värt att notera att den består av levande och icke-levande materia (inert materia). Huvuddelen av levande organismer är koncentrerade i tre geologiska skal på jorden: atmosfären (luftskiktet), hydrosfären (hav, hav och så vidare) och litosfären (översta lagret av berg). Dessa skal är dock ojämnt fördelade i det största ekosystemet. Således är hydrosfären helt representerad i biosfärens struktur, medan litosfären och atmosfären är delvis representerade (övre respektive undre skikt).
Den icke-levande komponenten i biosfären består av:
- Biogent ämne, som är en produkt av vital aktivitet hos levande organismer. Det inkluderar: kol, olja, torv, naturlig kalksten, gas, etc.
- Bioinert substans, som är ett gemensamt resultat av den vitala aktiviteten hos organismer och icke-biologiska processer. Detta inkluderar: jord, silt, vattenreservoarer och så vidare.
- Inert ämne, som ingår i det biologiska kretsloppet, men som inte är en produkt av levande organismers vitala aktivitet. Denna grupp inkluderar: vatten, metalls alter, atmosfäriskt kväve, etc.
Boundaries of the biosphere
Begrepp som biosfärens sammansättning, struktur och gränser är nära besläktade med varandra. Trots att bakterier och sporer har hittats på höjder upp till 85 kilometer, tror man att den övre gränsen för biosfären är 20-25 km. På höga höjder är koncentrationen av levande materia försumbar på grund av solstrålningens starka inverkan.
I hydrosfären finns liv överallt. Och även i Mariana Trench, vars djup är 11 km, vetenskapsmannenfrån Frankrike observerade J. Picard inte bara ryggradslösa djur, utan även fiskar. Bakterier, alger, foraminifer och kräftdjur lever under mer än 400 meter av Antarktis is. Bakterier finns under ett kilometers lager av silt och i grundvatten. Ändå observeras den största koncentrationen av levande varelser på ett djup av upp till 3 km. Således kan gränserna och strukturen för biosfären i olika delar av planeten vara olika.
Atmosfär, litosfär och hydrosfär
Atmosfären består huvudsakligen av syre och kväve. Den innehåller små mängder argon, koldioxid och ozon. Livet för både land och vatten varelser beror på tillståndet i atmosfären. Syre är nödvändigt för andning av levande organismer och mineralisering av döende organiska ämnen. Jo, koldioxid används av växter för fotosyntes.
Litosfären har en tjocklek på 50 till 200 km, men det största antalet arter av levande organismer är koncentrerat i dess övre skikt flera tiotals centimeter tjockt. Spridningen av liv djupt in i litosfären är begränsad på grund av ett antal faktorer, varav de viktigaste är: brist på ljus, hög densitet av medium och hög temperatur. Således är den nedre gränsen för livsfördelningen i litosfären ett djup av 3 km, där vissa typer av bakterier hittades. I rättvisans namn bör det noteras att de inte levde i marken, utan i grundvatten och oljehorisonter. Litosfärens värde ligger i det faktum att det ger liv åt växterna och ger dem näring med alla nödvändiga ämnen.
Hydrosfärär en väsentlig del av biosfären. Cirka 90% av vattenförsörjningen faller på världshavet, som upptar 70% av planetens yta. Den innehåller 1,3 miljarder km3, och floder och sjöar innehåller 0,2 miljoner km3 vatten. Den viktigaste faktorn för organismens vitala aktivitet är innehållet av syre och koldioxid i vatten.
Fascinerande siffror
Biosfärens sammansättning, struktur och funktioner överraskar med sin skala. Vi ska nu få veta några intressanta fakta. Vatten innehåller 660 gånger mer koldioxid än luft. På land råder mångfalden av växtvärlden, och i havet - djurvärlden. 92 procent av all biomassa på land är gröna växter. I havet är 94 % mikroorganismer och djur.
I genomsnitt, en gång vart åttonde år, förnyas jordens biomassa. Landväxter behöver 14 år för detta, havsväxter - 33 dagar. Det kommer att ta 3000 år för allt vatten på jorden att passera genom levande organismer, syre - upp till 5000 år, och koldioxid - 6 år. För kväve, kol och fosfor är dessa cykler ännu längre. Den biologiska cykeln är inte sluten - cirka 10 % av levande materia går över i sedimentära avlagringar och begravningar.
Biosfären står bara för 0,05 % av vår planets massa. Den upptar cirka 0,4 % av jordens volym. Massan av levande varelser är bara 0,01-0,02 % av massan av inert materia, men de spelar en mycket viktig roll i geokemiska processer.
200 miljarder ton organisk torrvikt produceras årligen och iFotosyntesen absorberar 170 miljarder ton koldioxid. I processen med vital aktivitet hos mikroorganismer är 6 miljarder ton kväve och 2 miljarder ton fosfor, såväl som en enorm mängd järn, magnesium, svavel, kalcium och andra element involverade i den biogena cykeln varje år. Under denna tid producerar mänskligheten omkring 100 miljarder ton mineraler.
Under sitt liv ger organismer ett betydande bidrag till cirkulationen av ämnen, stabiliserar och transformerar biosfären, vars egenskaper och struktur får en att tänka på närvaron av högre makter.
Energifunktion
Efter att ha bekantat oss med biosfärens struktur och sammansättning, låt oss gå vidare till dess funktioner. Låt oss börja med energi. Som ni vet absorberar växter solstrålning och mättar biosfären med livsnödvändig energi. Cirka 10 % av det infångade ljuset används av producenter för deras behov (främst för cellandning). Allt annat distribueras genom näringskedjor i alla biosfärens ekosystem. En del av energin bevaras i jordens tarmar och mättar dem med sin kraft (kol, olja, etc.).
Även med tanke på biosfärens funktioner och struktur kortfattat pekar de alltid ut redoxfunktionen som en underart av energi. Eftersom de är producenter kan kemosyntetiska bakterier utvinna energi från reaktionerna av oxidation och reduktion av oorganiska föreningar. I processen med vätesulfidoxidation matar svavelbakterier energi och järn (från 2-valent till 3-valent) - järnbakterier. Nitrifierande heller inte sitta utanangelägenheter. De oxiderar ammoniumföreningar till nitrater och nitriter. Det är därför bönder gödslar sina åkrar med ammoniumföreningar, som inte absorberas av växter på egen hand. När man gödslar jorden direkt med nitrater blir växternas lagringsvävnader övermättade med vatten, vilket leder till en försämring av deras smak och en ökning av risken för matsmältningssjukdomar hos dem som äter dem.
Miljöbildande funktion
Levande organismer bildar jorden och reglerar även sammansättningen av jordens luft- och vattenskal. Om fotosyntes inte fanns på planeten skulle tillgången på atmosfäriskt syre vara förbrukad om 2000 år. Dessutom, bokstavligen på ett sekel, på grund av en ökning av koncentrationen av koldioxid i luften, skulle organismer börja dö. På en dag kan en skog absorbera upp till 25 % koldioxid från ett 50 meter långt luftlager. Ett medelstort träd kan ge syre till fyra personer. En hektar lövskog, som ligger nära staden, behåller årligen cirka 100 ton damm. Bajkalsjön, som är känd för sin kristallklarhet, är så tack vare små kräftdjur som "filtrerar" den tre gånger om året. Och det här är bara några exempel på hur levande organismer reglerar sammansättningen av ämnen i biosfären.
Koncentrationsfunktion
Levande varelser, och särskilt mikroorganismer, kan koncentrera många kemiska element som finns i biosfären. Nästan 90 % jordkväveär resultatet av aktiviteten hos blågröna alger. Bakterier kan koncentrera järn (till exempel genom att oxidera vattenlösligt bikarbonat till hydroxid avsatt i deras miljö), mangan och till och med silver. Denna fantastiska egenskap gjorde det möjligt för forskare att tro att det är tack vare mikroorganismer som det finns så många metallfyndigheter på jorden.
I vissa länder utvinns element som germanium och selen från växter. Fucus alger kan samla 10 000 gånger mer titan än vad som finns i det omgivande havsvattnet. Varje ton brunalger innehåller flera kilo jod. Australisk ek ackumulerar aluminium, tall - beryllium, björk - barium och strontium, lärk - niob och mangan, och torium är koncentrerat i asp, fågelkörsbär och gran. Dessutom "samlar" vissa växter till och med ädla metaller. Så i 1 ton malörtsaska kan det finnas upp till 85 gram guld!
Destruktiv funktion
Den kemiska strukturen i jordens biosfär och dess miljö involverar inte bara kreativa, utan också destruktiva processer. Men de spelar också en stor roll i regleringen av ämnen på planeten. Med levande organismers aktiva liv sker mineralisering av organiska rester och vittring av stenar. Bakterier, svampar, blågröna alger och lavar kan bryta ner hårda stenar genom att frigöra kolsyra, salpetersyra och svavelsyra. Frätande föreningar släpper också trädrötter. Det finns bakterier som till och med kan förstöra glas och guld.
Transportfunktion
Med tanke på strukturen ochbiosfärens funktioner kan man inte tappa massöverföringen av materia ur sikte. Ett träd lyfter vatten från jorden till atmosfären, en mullvad kastar upp jorden, en fisk simmar mot strömmen, en svärm av gräshoppor vandrar - allt detta är en manifestation av biosfärens transportfunktion.
Levande materia kan göra ett enormt geologiskt arbete, bilda en ny bild av biosfären och aktivt delta i alla dess processer.
Separat är det värt att notera processen för bildning av sedimentära bergarter. Det första steget i denna process är vittring - förstörelsen av litosfärens övre skikt under inverkan av luft, sol, vatten och mikroorganismer. Inkräktande i berget kan växternas rötter förstöra det. Vattnet som sipprar in i sprickorna som bildas av rötterna löses upp och för bort ämnet. Detta beror på de frätande komponenterna i anläggningen. Lavar är särskilt rikliga i organiska syror. Fysisk vittring sker alltså tillsammans med kemisk vittring.
På grund av planktonorganismers död deponeras upp till 100 miljoner ton kalksten årligen på botten av världshaven. Många av dem är av kemiskt ursprung, till exempel i kontaktområdet mellan surt och alkaliskt grundvatten. När encelliga alger och radiolarier dör bildas kiselh altiga silter som täcker hundratusentals km2 av havsbotten.
Markbildande funktion
Biosfärens egenskaper och struktur är så omfattande att alla dess funktioner är nära besläktade. Således är jordbildning en av grenarna av massutbyteoch miljöbildning, men betraktas separat på grund av dess betydelse. Under förstörelsen och vidarebearbetningen av stenar av mikroorganismer bildas ett löst, fruktbart skal av jorden, kallad jord. Rötterna hos stora växter extraherar mineralelement från djupa horisonter, berikar de övre lagren av jorden med dem och ökar deras fruktbarhet. Jorden tar emot organiska föreningar från döda rötter och stjälkar från växter, samt exkrementer och kadaver från djur. Dessa föreningar är föda för jordorganismer som mineraliserar organiskt material och producerar koldioxid, organiska syror och ammoniak.
Ryggradslösa djur, insekter, liksom deras larver, spelar den viktigaste strukturbildande rollen. De gör jorden lös och lämpar sig för växtliv. Ryggradsdjur (mullvad, shrews och andra) lossar jorden, vilket bidrar till framgångsrik tillväxt av buskar i den. På natten tränger kyld tryckluft in i marken, vilket är nödvändigt för andningen av rötter och mikroorganismer.
En sådan fantastisk struktur i biosfären.
