Alle levende væsener på planeten Jorden kommer i tæt kontakt med hinanden og med miljøet og danner derved økosystemer. Disse samfund af interagerende organismer er ikke isoleret fra hinanden. De er forbundet med forskellige forhold, primært mad. Helheden af økosystemer danner et enkelt planetarisk økosystem, som kaldes biosfæren. Denne artikel vil overveje biosfærens struktur, dens sammensætning og hovedfunktioner.
Science
Dette koncept blev først introduceret i videnskaben af J. B. Lamarck tilbage i 1803 og betød helheden af alle levende organismer på planeten Jorden. I slutningen af det nittende århundrede blev udtrykket "biosfære" brugt af J. Zuse, som inkluderede det livløse stof af sedimentære bjergarter i biosfærens struktur. Læren om biosfæren dukkede op i 1926, da V. I. Vernadsky opsummerede en enorm mængde videnskabelig information på den ene eller den anden mådeillustrerer forholdet mellem levende og ikke-levende stof. Videnskabsmanden var i stand til at vise, at vores planet ikke kun er beboet af levende organismer, men også bliver aktivt omdannet af dem. Derudover er menneskelig indgriben i naturlige processer ifølge Vernadsky så betydningsfuld, at det er muligt at tale om noosfæren - en ny fase i udviklingen af biosfæren. I dag kombinerer videnskaben om biosfæren data fra forskellige vidensområder. Blandt dem er biologi, kemi, geologi, klimatologi, oceanologi, jordbundsvidenskab og andre.
Biosfærens struktur er sådan, at levende organismer selvstændigt kan opretholde den nødvendige sammensætning af jorden, atmosfæren og hydrosfæren. De spiller en vigtig miljørolle. Baseret på dette antog forskerne, at jord og luft blev skabt af levende organismer selv over hundreder af millioner af års evolution. Efter at have studeret lighederne i strukturen af geologiske klipper, der ligger dybere end Cambrium, med senere klipper, foreslog Vernadsky, at livet på planeten eksisterede i form af de enkleste organismer næsten fra begyndelsen. Senere beviste geologer fejlen i denne hypotese.
Da solen er energigrundlaget for eksistensen af alt liv på Jorden, kan biosfæren betragtes som en skal, hvis struktur og sammensætning er dannet på grund af levende organismers fælles aktivitet og er bestemt af tilstrømningen af solenergi. Lad os nu stifte bekendtskab med strukturen af Jordens biosfære.
Levende og ikke-levende
I betragtning af biosfærens sammensætning og struktur, først og fremmestdet er værd at bemærke, at det består af levende og ikke-levende stof (inert stof). Størstedelen af levende organismer er koncentreret i tre geologiske skaller af Jorden: atmosfæren (luftlaget), hydrosfæren (have, have og så videre) og litosfæren (øverste lag af sten). Disse skaller er dog ujævnt fordelt i det største økosystem. Hydrosfæren er således fuldt repræsenteret i biosfærens struktur, mens litosfæren og atmosfæren er delvist repræsenteret (henholdsvis øvre og nedre lag).
Den ikke-levende komponent af biosfæren består af:
- Biogent stof, som er et produkt af levende organismers vitale aktivitet. Det omfatter: kul, olie, tørv, naturlig kalksten, gas osv.
- Bioinert stof, som er et fælles resultat af organismers vitale aktivitet og ikke-biologiske processer. Dette omfatter: jord, silt, vandreservoirer og så videre.
- Inert stof, som indgår i det biologiske kredsløb, men ikke er et produkt af levende organismers vitale aktivitet. Denne gruppe omfatter: vand, metals alte, atmosfærisk nitrogen osv.
Biosfærens grænser
Sådne begreber som biosfærens sammensætning, struktur og grænser er tæt forbundet med hinanden. På trods af, at der er fundet bakterier og sporer i højder op til 85 kilometer, menes det, at den øvre grænse for biosfæren er 20-25 km. I store højder er koncentrationen af levende stof ubetydelig på grund af den stærke påvirkning af solstråling.
I hydrosfæren er liv til stede over alt. Og selv i Mariana-graven, hvis dybde er 11 km, videnskabsmandenfra Frankrig observerede J. Picard ikke kun hvirvelløse dyr, men også fisk. Bakterier, alger, foraminiferer og krebsdyr lever under mere end 400 meter Antarktis is. Bakterier findes under et kilometer lag silt og i grundvandet. Ikke desto mindre observeres den største koncentration af levende væsener i en dybde på op til 3 km. Således kan grænserne og strukturen af biosfæren i forskellige dele af planeten være forskellige.
Atmosfære, litosfære og hydrosfære
Atmosfæren består hovedsageligt af ilt og nitrogen. Den indeholder små mængder argon, kuldioxid og ozon. Livet for både land- og vanddyr afhænger af atmosfærens tilstand. Ilt er nødvendigt for levende organismers respiration og mineralisering af døende organiske stoffer. Nå, kuldioxid bruges af planter til fotosyntese.
Litosfæren har en tykkelse på 50 til 200 km, dog er hovedantallet af arter af levende organismer koncentreret i dets øverste lag flere titusinder af centimeter tykt. Spredningen af liv dybt ind i litosfæren er begrænset på grund af en række faktorer, hvoraf de vigtigste er: mangel på lys, høj densitet af medium og høj temperatur. Den nedre grænse for livsfordelingen i litosfæren er således en dybde på 3 km, hvor der blev fundet nogle typer bakterier. Retfærdigvis skal det bemærkes, at de ikke levede i jorden, men i grundvands- og oliehorisonten. Værdien af litosfæren ligger i, at den giver liv til planter og nærer dem med alle de nødvendige stoffer.
Hydrosfæreer en væsentlig bestanddel af biosfæren. Omkring 90% af vandforsyningen falder på Verdenshavet, som optager 70% af planetens overflade. Den indeholder 1,3 milliarder km3, og floder og søer indeholder 0,2 millioner km3 vand. Den vigtigste faktor i organismens vitale aktivitet er indholdet af ilt og kuldioxid i vand.
Fascinerende tal
Biosfærens sammensætning, struktur og funktioner overrasker med deres skala. Vi vil nu lære nogle interessante fakta at kende. Vand indeholder 660 gange mere kuldioxid end luft. På land hersker mangfoldigheden af planteverdenen, og i havet - dyreverdenen. 92 procent af al biomasse på land er grønne planter. I havet er 94 % mikroorganismer og dyr.
I gennemsnit fornyes jordens biomasse en gang hvert ottende år. Landplanter har brug for 14 år til dette, havplanter - 33 dage. Det vil tage 3000 år for alt klodens vand at passere gennem levende organismer, ilt - op til 5000 år og kuldioxid - 6 år. For nitrogen, kulstof og fosfor er disse cyklusser endnu længere. Den biologiske cyklus er ikke lukket - omkring 10 % af det levende stof går over i sedimentære aflejringer og begravelser.
Biosfæren tegner sig kun for 0,05 % af vores planets masse. Det optager omkring 0,4% af Jordens volumen. Massen af levende væsener er kun 0,01-0,02 % af massen af inert stof, men de spiller en meget væsentlig rolle i geokemiske processer.
200 milliarder tons organisk tørvægt produceres årligt og iFotosyntese absorberer 170 milliarder tons kuldioxid. I processen med mikroorganismers vitale aktivitet er 6 milliarder tons nitrogen og 2 milliarder tons fosfor samt en enorm mængde jern, magnesium, svovl, calcium og andre elementer involveret i den biogene cyklus hvert år. I løbet af denne tid producerer menneskeheden omkring 100 milliarder tons mineraler.
I løbet af deres liv yder organismer et væsentligt bidrag til cirkulationen af stoffer, stabiliserer og transformerer biosfæren, hvis egenskaber og struktur får en til at tænke på tilstedeværelsen af højere magter.
Energifunktion
Efter at have stiftet bekendtskab med strukturen og sammensætningen af biosfæren, lad os gå videre til dens funktioner. Lad os starte med energi. Som du ved, absorberer planter solstråling og mætter biosfæren med vital energi. Cirka 10 % af det opfangede lys bruges af producenter til deres behov (hovedsageligt til cellulær respiration). Alt andet distribueres gennem fødekæder gennem alle biosfærens økosystemer. En del af energien bevares i jordens indvolde og mætter dem med dens kraft (kul, olie osv.).
Selv i betragtning af biosfærens funktioner og struktur kort, fremhæver de altid redoxfunktionen som en underart af energi. Da de er producenter, kan kemosyntetiske bakterier udvinde energi fra reaktionerne med oxidation og reduktion af uorganiske forbindelser. I processen med hydrogensulfidoxidation lever svovlbakterier af energi og jern (fra 2-valent til 3-valent) - jernbakterier. Nitrificerende heller ikke sidde udenanliggender. De oxiderer ammoniumforbindelser til nitrater og nitritter. Derfor gøder landmændene deres marker med ammoniumforbindelser, som ikke optages af planter alene. Når jorden gødes direkte med nitrater, bliver planters lagervæv overmættet med vand, hvilket fører til en forringelse af deres smag og en stigning i risikoen for fordøjelsessygdomme hos dem, der spiser dem.
Miljødannende funktion
Levende organismer danner jorden og regulerer også sammensætningen af jordens luft- og vandskaller. Hvis der ikke fandtes fotosyntese på planeten, ville forsyningen af atmosfærisk ilt være brugt op om 2000 år. Derudover, bogstaveligt t alt i et århundrede, på grund af en stigning i koncentrationen af kuldioxid i luften, ville organismer begynde at dø. På én dag kan en skov optage op til 25 % kuldioxid fra et 50 meter langt luftlag. Et mellemstort træ kan give ilt til fire personer. En hektar løvskov, beliggende nær byen, tilbageholder årligt omkring 100 tons støv. Bajkalsøen, som er berømt for sin krystalklarhed, er så takket være små krebsdyr, der "filtrerer" den tre gange om året. Og dette er blot nogle få eksempler på, hvordan levende organismer regulerer sammensætningen af stoffer i biosfæren.
Koncentrationsfunktion
Levende væsener, og især mikroorganismer, er i stand til at koncentrere mange kemiske elementer, der findes i biosfæren. Næsten 90 % jordkvælstofer resultatet af blågrønalgers aktivitet. Bakterier kan koncentrere jern (for eksempel ved at oxidere vandopløseligt bicarbonat til hydroxid aflejret i deres miljø), mangan og endda sølv. Denne fantastiske egenskab gjorde det muligt for videnskabsmænd at tro, at det er takket være mikroorganismer, at der er så mange metalforekomster på jorden.
I nogle lande udvindes elementer som germanium og selen fra planter. Fucus-alger kan akkumulere 10.000 gange mere titanium, end der er indeholdt i det omgivende havvand. Hvert ton brunalger indeholder flere kilo jod. Australsk eg akkumulerer aluminium, fyr - beryllium, birk - barium og strontium, lærk - niobium og mangan, og thorium er koncentreret i asp, fuglekirsebær og gran. Derudover "samler" nogle planter endda ædle metaller. Så i 1 ton malurtaske kan der være op til 85 gram guld!
Destruktiv funktion
Den kemiske struktur af Jordens biosfære og dens miljø involverer ikke kun kreative, men også destruktive processer. De spiller dog også en stor rolle i reguleringen af stoffer på planeten. Med levende organismers aktive liv forekommer mineralisering af organiske rester og forvitring af sten. Bakterier, svampe, blågrønalger og lav kan nedbryde hårde sten ved at frigive kulsyre, salpetersyre og svovlsyre. Ætsende forbindelser frigiver også trærødder. Der er bakterier, der endda kan ødelægge glas og guld.
Transportfunktion
I betragtning af strukturen ogbiosfærens funktioner, kan man ikke tabe masseoverførslen af stof af syne. Et træ rejser vand fra jorden til atmosfæren, en muldvarp kaster jorden op, en fisk svømmer mod strømmen, en sværm af græshopper vandrer - alt dette er en manifestation af biosfærens transportfunktion.
Levende stof kan udføre et enormt geologisk arbejde, danne et nyt billede af biosfæren og deltage aktivt i alle dens processer.
Separat er det værd at bemærke processen med dannelse af sedimentære bjergarter. Den første fase af denne proces er forvitring - ødelæggelsen af de øverste lag af litosfæren under påvirkning af luft, sol, vand og mikroorganismer. Trænger man ind i klippen, kan planters rødder ødelægge den. Vandet, der siver ind i sprækkerne dannet af rødderne, opløses og fører stoffet væk. Dette skyldes anlæggets ætsende komponenter. Lav er især rigeligt i organiske syrer. Fysisk forvitring forekommer således sammen med kemisk forvitring.
På grund af planktonorganismers død aflejres op til 100 millioner tons kalksten årligt på bunden af verdenshavene. Mange af dem er af kemisk oprindelse, for eksempel i kontaktområdet mellem surt og basisk grundvand. Når encellede alger og radiolarier dør, dannes siliciumholdige silt, der dækker hundredtusindvis af km2 af havbunden.
Jorddannende funktion
Biosfærens egenskaber og struktur er så omfattende, at alle dens funktioner er tæt beslægtede. Jorddannelse er således en af grenene af masseudvekslingog miljødannelse, men betragtes særskilt på grund af dens betydning. Under ødelæggelsen og den videre bearbejdning af sten af mikroorganismer dannes en løs, frugtbar skal af jorden, kaldet jord. Rødderne af store planter udvinder mineralske elementer fra dybe horisonter, beriger de øverste lag af jorden med dem og øger deres frugtbarhed. Jorden modtager organiske forbindelser fra planters døde rødder og stængler samt ekskrementer og dyrekroppe. Disse forbindelser er føde for jordbundsorganismer, der mineraliserer organisk stof og producerer kuldioxid, organiske syrer og ammoniak.
Hvirvelløse dyr, insekter, såvel som deres larver, spiller den vigtigste strukturdannende rolle. De gør jorden løs og velegnet til planteliv. Hvirveldyr (mol, spidsmus og andre) løsner jorden og bidrager til den succesfulde vækst af buske i den. Om natten trænger afkølet trykluft ned i jorden, hvilket er nødvendigt for rødder og mikroorganismers respiration.
Sådan en fantastisk struktur af biosfæren.
