Kaikki maapallon elävät olennot joutuvat läheiseen kosketukseen keskenään ja ympäristön kanssa muodostaen siten ekosysteemejä. Näitä vuorovaikutuksessa olevien organismien yhteisöjä ei ole eristetty toisistaan. Heitä yhdistävät erilaiset suhteet, pääasiassa ruoka. Ekosysteemien kokonaisuus muodostaa yhden planeettaekosysteemin, jota kutsutaan biosfääriksi. Tässä artikkelissa tarkastellaan biosfäärin rakennetta, sen koostumusta ja päätoimintoja.
Tiede
J. B. Lamarck esitteli tämän käsitteen tieteeseen ensimmäisen kerran vuonna 1803, ja se tarkoitti kaikkien maapallon elävien organismien kokonaisuutta. 1800-luvun lopulla termiä "biosfääri" käytti J. Zuse, joka sisällytti sedimenttikivien elottoman aineen biosfäärin rakenteeseen. Biosfäärioppi ilmestyi vuonna 1926, kun V. I. Vernadsky tiivisti tavalla tai toisella v altavan määrän tieteellistä tietoahavainnollistaa elävän ja eloton aineen suhdetta. Tiedemies pystyi osoittamaan, että planeetallamme ei ole vain eläviä organismeja, vaan ne myös muuttavat sitä aktiivisesti. Lisäksi Vernadskyn mukaan ihmisen puuttuminen luonnollisiin prosesseihin on niin merkittävää, että on mahdollista puhua noosfääristä - uudesta vaiheesta biosfäärin kehityksessä. Nykyään biosfääritiede yhdistää tietoja eri tietoalueilta. Niitä ovat biologia, kemia, geologia, klimatologia, v altameri, maaperätiede ja muut.
Biosfäärin rakenne on sellainen, että elävät organismit voivat itsenäisesti ylläpitää tarvittavaa maaperän, ilmakehän ja hydrosfäärin koostumusta. Heillä on keskeinen ympäristörooli. Tämän perusteella tutkijat olettivat, että elävät organismit ovat itse luoneet maaperän ja ilman satojen miljoonien vuosien evoluution aikana. Tutkittuaan kambriaa syvemmällä sijaitsevien geologisten kivien rakenteen yhtäläisyyksiä myöhempien kivien kanssa, Vernadsky ehdotti, että elämä planeetalla oli olemassa yksinkertaisimpien organismien muodossa melkein alusta alkaen. Myöhemmin geologit osoittivat tämän hypoteesin virheellisen.
Koska aurinko on kaiken maapallon elämän energiaperusta, biosfääriä voidaan pitää kuorena, jonka rakenne ja koostumus muodostuvat elävien organismien yhteistoiminnasta ja määräytyvät aurinkoenergian tulo. Tutustutaan nyt maapallon biosfäärin rakenteeseen.
Elävä ja eloton
Miten ennen kaikkea biosfäärin koostumus ja rakenneon syytä huomata, että se koostuu elävästä ja elottomasta aineesta (inertti aine). Suurin osa elävistä organismeista on keskittynyt kolmeen maan geologiseen kuoreen: ilmakehään (ilmakerros), hydrosfääriin (v altameret, meret ja niin edelleen) ja litosfääriin (kiven pintakerros). Nämä kuoret ovat kuitenkin jakautuneet epätasaisesti suurimmassa ekosysteemissä. Siten hydrosfääri on täysin edustettuna biosfäärin rakenteessa, kun taas litosfääri ja ilmakehä ovat osittain edustettuina (ylempi ja alempi kerros).
Biosfäärin eloton komponentti koostuu:
- Biogeeninen aine, joka on elävien organismien elintärkeän toiminnan tuote. Se sisältää: kivihiilen, öljyn, turpeen, luonnonkalkkikiven, kaasun jne.
- Bioinertti aine, joka on organismien elintärkeän toiminnan ja ei-biologisten prosessien yhteistulos. Tähän sisältyy: maaperä, liete, vesivarastot ja niin edelleen.
- Inertti aine, joka sisältyy biologiseen kiertokulkuun, mutta ei ole elävien organismien elintärkeän toiminnan tuote. Tähän ryhmään kuuluvat: vesi, metallisuolat, ilmatyppi jne.
Biosfäärin rajat
Sellaiset käsitteet kuin biosfäärin koostumus, rakenne ja rajat liittyvät läheisesti toisiinsa. Huolimatta siitä, että bakteereja ja itiöitä on löydetty jopa 85 kilometrin korkeudelta, uskotaan, että biosfäärin yläraja on 20-25 km. Suurilla korkeuksilla elävän aineen pitoisuus on mitätön auringon säteilyn voimakkaan vaikutuksen vuoksi.
Hydrosfäärissä elämää on kaikkialla. Ja jopa Marianan kaivannossa, jonka syvyys on 11 km, tiedemiesRanskasta J. Picard havaitsi selkärangattomien lisäksi myös kaloja. Bakteerit, levät, foraminiferat ja äyriäiset elävät yli 400 metrin syvyydessä Etelämantereen jään alla. Bakteereja löytyy kilometrin pituisen lietekerroksen alta ja pohjavedestä. Siitä huolimatta elävien olentojen suurin keskittyminen havaitaan jopa 3 km:n syvyydessä. Näin ollen biosfäärin rajat ja rakenne planeetan eri osissa voivat olla erilaisia.
Ilmakehä, litosfääri ja hydrosfääri
Ilmakehä koostuu pääasiassa hapesta ja typestä. Se sisältää pieniä määriä argonia, hiilidioksidia ja otsonia. Sekä maa- että vesieläinten elämä riippuu ilmakehän tilasta. Happea tarvitaan elävien organismien hengittämiseen ja kuolevien orgaanisten aineiden mineralisaatioon. No, kasvit käyttävät hiilidioksidia fotosynteesiin.
Litosfäärin paksuus on 50-200 km, mutta suurin osa elävien organismien lajeista on keskittynyt sen useiden kymmenien senttimetrien paksuiseen yläkerrokseen. Elämän leviäminen syvälle litosfääriin on rajoitettu useiden tekijöiden vuoksi, joista tärkeimmät ovat: valon puute, keskiaineen suuri tiheys ja korkea lämpötila. Siten litosfäärin elämän jakautumisen alaraja on 3 km:n syvyys, josta löydettiin tietyntyyppisiä bakteereja. Rehellisesti sanottuna on huomattava, että he eivät eläneet maassa, vaan pohjavesi- ja öljyhorisontissa. Litosfäärin arvo on siinä, että se antaa kasveille elämän ja ravitsee niitä kaikilla tarvittavilla aineilla.
Hydrosfäärion olennainen osa biosfääriä. Noin 90 % vesivarannosta putoaa Maailman v altamerelle, joka kattaa 70 % planeetan pinnasta. Se sisältää 1,3 miljardia km3, ja joet ja järvet sisältävät 0,2 miljoonaa km3 vettä. Tärkein tekijä organismin elintoiminnassa on happi- ja hiilidioksidipitoisuus vedessä.
Loistavia numeroita
Biosfäärin koostumus, rakenne ja toiminnot yllättävät mittakaavallaan. Tutustumme nyt mielenkiintoisiin faktoihin. Vesi sisältää 660 kertaa enemmän hiilidioksidia kuin ilma. Maalla vallitsee kasvimaailman monimuotoisuus ja meressä eläinmaailma. 92 prosenttia kaikesta maan biomassasta on vihreitä kasveja. Merestä 94 % on mikro-organismeja ja eläimiä.
Maapallon biomassa uusiutuu keskimäärin kerran kahdeksassa vuodessa. Maakasvit tarvitsevat tähän 14 vuotta, v altamerikasvit - 33 päivää. Kestää 3000 vuotta ennen kuin kaikki maapallon vesi kulkee elävien organismien läpi, happi - jopa 5000 vuotta ja hiilidioksidi - 6 vuotta. Typen, hiilen ja fosforin os alta nämä syklit ovat vielä pidempiä. Biologinen kiertokulku ei ole suljettu - noin 10 % elävästä aineesta siirtyy sedimenttiesiintymiin ja hautauksiin.
Biosfäärin osuus planeettamme massasta on vain 0,05 %. Se vie noin 0,4 % maapallon tilavuudesta. Elävien olentojen massa on vain 0,01-0,02 % inertin aineen massasta, mutta niillä on erittäin tärkeä rooli geokemiallisissa prosesseissa.
200 miljardia tonnia orgaanista kuivapainoa tuotetaan vuosittain ja vuonnaFotosynteesi imee 170 miljardia tonnia hiilidioksidia. Mikro-organismien elintärkeän toiminnan prosessissa biogeeniseen kiertoon osallistuu vuosittain 6 miljardia tonnia typpeä ja 2 miljardia tonnia fosforia sekä v altava määrä rautaa, magnesiumia, rikkiä, kalsiumia ja muita alkuaineita. Tänä aikana ihmiskunta tuottaa noin 100 miljardia tonnia mineraaleja.
Elämiensä aikana organismit osallistuvat merkittävästi aineiden kiertoon, stabiloivat ja muuttavat biosfääriä, jonka ominaisuudet ja rakenne saavat ajattelemaan korkeampien voimien olemassaoloa.
Energiatoiminto
Tutustuttuamme biosfäärin rakenteeseen ja koostumukseen, siirrytään sen toimintoihin. Aloitetaan energiasta. Kuten tiedät, kasvit imevät auringon säteilyä ja kyllästävät biosfäärin elinvoimalla. Tuottajat käyttävät noin 10 % siepatusta valosta tarpeisiinsa (pääasiassa soluhengitykseen). Kaikki muu jakautuu ravintoketjujen kautta kaikkiin biosfäärin ekosysteemeihin. Osa energiasta säilyy maan suolistossa ja kyllästää ne voimallaan (hiili, öljy jne.).
Jos tarkastellaan lyhyesti biosfäärin toimintoja ja rakennetta, ne erottavat aina redox-toiminnon energian alalajina. Tuottajina kemosynteettiset bakteerit voivat poimia energiaa epäorgaanisten yhdisteiden hapettumis- ja pelkistysreaktioista. Rikkivedyn hapetusprosessissa rikkibakteerit syövät energiaa ja rauta (2-valenttisesta 3-arvoiseen) - rautabakteerit. Nitrifikaatiota ei myöskään istu ilmanasioihin. Ne hapettavat ammoniumyhdisteet nitraateiksi ja nitriiteiksi. Siksi viljelijät lannoittavat peltonsa ammoniumyhdisteillä, joita kasvit eivät itse imeydy. Lannoitaessa maaperää suoraan nitraateilla, kasvien varastokudokset ylikyllästyvät vedellä, mikä johtaa niiden maun heikkenemiseen ja ruoansulatussairauksien riskin lisääntymiseen niitä syövillä.
Ympäristöä muodostava toiminto
Elävät organismit muodostavat maaperän ja säätelevät myös maan ilman ja veden kuorien koostumusta. Jos fotosynteesiä ei olisi planeetalla, ilmakehän happivarastot kuluisivat loppuun 2000 vuodessa. Lisäksi kirjaimellisesti yhden vuosisadan aikana ilmassa olevan hiilidioksidipitoisuuden lisääntymisen vuoksi organismit alkaisivat kuolla. Yhdessä päivässä metsä voi imeä jopa 25 % hiilidioksidista 50 metrin ilmakerroksesta. Keskikokoinen puu voi tarjota happea neljälle ihmiselle. Yksi hehtaari kaupungin lähellä sijaitsevaa lehtimetsää pidättää vuosittain noin 100 tonnia pölyä. Kristallinkirkuudestaan kuuluisa Baikal-järvi on niin pienten äyriäisten ansiota, jotka "suodattavat" sen kolme kertaa vuodessa. Ja nämä ovat vain muutamia esimerkkejä siitä, kuinka elävät organismit säätelevät aineiden koostumusta biosfäärissä.
Keskittymistoiminto
Elävät olennot ja erityisesti mikro-organismit pystyvät keskittämään monia biosfäärissä olevia kemiallisia alkuaineita. Lähes 90 % maaperän typpeäovat seurausta sinilevien toiminnasta. Bakteerit voivat väkevöidä rautaa (esimerkiksi hapettamalla vesiliukoista bikarbonaattia ympäristöönsä kertyneeksi hydroksidiksi), mangaania ja jopa hopeaa. Tämän hämmästyttävän ominaisuuden ansiosta tiedemiehet uskoivat, että mikro-organismien ansiosta maapallolla on niin paljon metalliesiintymiä.
Joissakin maissa alkuaineita, kuten germanium ja seleeni, uutetaan kasveista. Fucus-levä voi kerätä 10 000 kertaa enemmän titaania kuin ympäröivässä merivedessä on. Jokainen tonni ruskealevää sisältää useita kiloja jodia. Australian tammi kerää alumiinia, mäntyä - berylliumia, koivua - bariumia ja strontiumia, lehtikuusta - niobiumia ja mangaania, ja torium on keskittynyt haapaan, lintukirsikkaan ja kuuseen. Lisäksi jotkut kasvit jopa "keräävät" jalometalleja. Joten 1 tonnissa koiruohotuhkaa voi olla jopa 85 grammaa kultaa!
Tuhotoiminto
Maan biosfäärin ja sen ympäristön kemiallinen rakenne ei sisällä vain luovia, vaan myös tuhoisia prosesseja. Niillä on kuitenkin myös suuri rooli planeetan aineiden säätelyssä. Elävien organismien aktiivisen elämän myötä orgaanisten jäämien mineralisoituminen ja kivien rapautuminen tapahtuu. Bakteerit, sienet, sinilevät ja jäkälät voivat hajottaa kovia kiviä vapauttamalla hiili-, typpi- ja rikkihappoa. Syövyttävät yhdisteet vapauttavat myös puiden juuria. On bakteereja, jotka voivat jopa tuhota lasin ja kullan.
Kuljetustoiminto
Kun otetaan huomioon rakenne jabiosfäärin toimintojen vuoksi ei voida unohtaa aineen massasiirtymistä. Puu nostaa vettä maasta ilmakehään, myyrä heittää maan ylös, kala ui vastavirtaa, heinäsirkkaparvi vaeltaa - kaikki tämä on osoitus biosfäärin kuljetustoiminnasta.
Elävä aine voi tehdä v altavaa geologista työtä, muodostaen uuden kuvan biosfääristä ja osallistumalla aktiivisesti kaikkiin sen prosesseihin.
Erityisesti kannattaa huomioida sedimenttikivien muodostumisprosessi. Tämän prosessin ensimmäinen vaihe on sää - litosfäärin ylempien kerrosten tuhoutuminen ilman, auringon, veden ja mikro-organismien vaikutuksesta. Kallioon tunkeutuessaan kasvien juuret voivat tuhota sen. Juurien muodostamiin halkeamiin tihkuva vesi liukenee ja kuljettaa aineen pois. Tämä johtuu kasvin syövyttävistä komponenteista. Jäkälät sisältävät erityisen runsaasti orgaanisia happoja. Näin ollen fyysinen rapautuminen tapahtuu yhdessä kemiallisen rapautumisen kanssa.
Planktoneliöiden kuoleman vuoksi maailman v altamerten pohjalle kertyy vuosittain jopa 100 miljoonaa tonnia kalkkikiveä. Monet niistä ovat kemiallista alkuperää, esimerkiksi happaman ja emäksisen pohjaveden kosketusalueella. Yksisoluisten levien ja radiolaarien kuollessa muodostuu piipitoisia lietettä, joka peittää satoja tuhansia km2 merenpohjasta.
Maaa muodostava toiminto
Biosfäärin ominaisuudet ja rakenne ovat niin kattavat, että kaikki sen toiminnot liittyvät läheisesti toisiinsa. Näin ollen maaperän muodostuminen on yksi massavaihdon haaroistaja ympäristön muodostuminen, mutta sitä tarkastellaan sen tärkeyden vuoksi erikseen. Mikro-organismien tuhoamisen ja jatkokäsittelyn aikana maapallolle muodostuu löysä, hedelmällinen kuori, jota kutsutaan maaperäksi. Suurten kasvien juuret poimivat mineraalielementtejä syvältä horisontista, rikastaen niillä maaperän ylempiä kerroksia ja lisäämällä niiden hedelmällisyyttä. Maaperä saa orgaanisia yhdisteitä kasvien kuolleista juurista ja varresta sekä eläinten ulosteista ja ruhoista. Nämä yhdisteet ovat ravintoa maaperän eliöille, jotka mineralisoivat orgaanista ainesta ja tuottavat hiilidioksidia, orgaanisia happoja ja ammoniakkia.
Selkärangattomat, hyönteiset ja niiden toukat ovat tärkein rakenteen muodostava rooli. Ne tekevät maaperästä löysää ja sopivan kasveille. Selkärankaiset eläimet (myyrät, räkät ja muut) löystävät maata, mikä edistää pensaiden onnistunutta kasvua siinä. Yöllä jäähdytetty paineilma tunkeutuu maahan, mikä on välttämätöntä juurien ja mikro-organismien hengittämiselle.
Näin hämmästyttävä biosfäärin rakenne.
