Пошукова робота на тему:

Поняття біосфери

Людина завжди стикалася з оточуючим її світом живої природи, з
величезною різноманітністю рослин і тварин, здавна вивчили зовнішню і
внутрішню будову живих організмів, дослідили особливості їх анатомії,
фізіології, закономірності розвитку, взаємозв’язок з навколишнім
середовищем. Було з’ясовано, що організми існують в найрізноманітніших
умовах і життя є практично і на поверхні материків, і в товщі океанів та
морів, і навіть в атмосфері. Ця цілком очевидна істина привернула увагу
українського мінероглога-геохіміка В.І Вернадського. Базуючись на
масштабних дослідженнях і розрахунках, він вперше показав глобальне
значення всієї сукупності організмів нашої планети.

Виявилось, що живі організми є могутнім фактором, що перетворює Землю.
Товща гірських порід, вод і атмосфери, що змінилися під впливом життя і
було названо біосферою. Тепер це слово зустрічається на шпальтах газет,
звучить у виступах політичних та суспільних діячів, стає зрозумілим не
лише вченим, але й всім людям. Останнім часом все частіше і тривожніше
виникає обґрунтована стурбованість долею довкілля, особливого значення
набувають проблеми охорони і раціонального використання природних
ресурсів. Це вимагає високого рівня наших знань про біосферу.

Життя на нашій планеті виникло мільярди років назад в процесі тривалої
еволюції різноманітних фізико-хімічних систем, які включали й органічні
речовини. Близько 400 млн. Років назад перші живі істоти почали заселяти
сушу. Сьогодні ж скрізь поширені різноманітні нащадки перших організмів.
Всі сучасні види рослин, тварин і мікроорганізмів тією чи іншою мірою
споріднені між собою. Всі вони протягом мільярдів і мільйонів років
живилися, розмножувались, відмирали і змінювались під впливом природного
добору і завжди впливали на середовище свого існування, корінним чином
обновився склад атмосфери, природних вод, осадових порід. Кисень,
поклади вугілля, нафти, вапняків, ґрунтовий покрив – прямий результат
діяльності живих організмів. Непрямих результатів впливу живого є ще
більше і вони не менш важливі (наприклад – озоновий екран атмосфери, що
затримує згубне для всіх наземних мешканців короткохвильове космічне
випромінювання).

Сучасна діяльність людини багато в чому нанесла шкоду довкіллю, тому
одне з завдань сучасної екології – це вивчення регуляторних процесів в
біосфері, створення наукового раціонального її використання.

Термін «біосфера» з’явився у науковій літературі у 1875 році. Його
автором був Едуард Зюсс (з яким B.I. Вернадський був знайомий особисто),
де вчений у межах Земної Кулі виділив декілька структурних частин –
оболонок, які назвав геосферами. Одна з геосфер отримала назву біосфера.

Струнке вчення про біосферу було розроблене у 1926 роціB.I. Вернадським
і цим же роком датована його книга «Біосфера», яка вийшла у Ленінграді,
де він дав таке визначення біосфери — це оболонка Землі, склад,
структура і енергетика якої значною мірою обумовлені життєдіяльністю
живих організмів. За теорією В.І.Вернадського біосфера —  це глобальна
єдина система Землі, де існує або коли-небудь існувало життя і весь
основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визначається
життям.

В класичних дослідженнях академіка В.І Вернадського переосмислені,
конкретизовані і збагачені новим змістом первинні уявлення про біосферу,
ним розроблене цілісне і відносно довершене вчення про біосферу.

В.І.Вернадський показав все значення біосфери в геохімічних процесах
Землі. В працях вченого визначені місце і роль біосфери відносно геосфер
і виявлені її якісні особливості.

Біосфера займає особливе місце по відношенню до геосфер. Біосфера – це
своєрідна оболонка Землі, або область поширення життя. Від геосфер вона
відрізняється і тим, що в її межах проявляється геологічна діяльність
живих істот рослин, тварин, мікроорганізмів і людини.

Подальший розвиток наука про біосферу одержала в працях С.І.Вавілова,
А.П.Виноградова та Е.Н.Павловського.

Існує декілька визначень біосфери. Більшість сучасних екологів (Ю.Одум,
В.Д.Федоров, Т.Г.Гільманов, М.Ф.Реймерс, К.М.Ситник) розуміють біосферу
як об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв’язку з
фізичним середовищем Землі. З цього погляду біосфера є сукупністю
екосистем нашої планети.

 

 

Принципові положення теорії В.І.Вернадського

 

І. Вернадський виділяв рівні (основні структурні компоненти) речовин
біосфери. Кожна з цих складових характеризується специфічною, динамічною
структурою та організацією.

1)    жива речовина (сукупність організмів різних видів).

“Я називатиму живою речовиною сукупність живих організмів, виражену в
вазі, хімічному складі, у мірах енергії та характері
простору”(В.І.Вернадський).

Жива речовина характеризується також різноманітністю видів і їх
чисельністю, а також тенденцією росту їх кількості в процесі еволюції
живої природи.

Форми життя дуже різноманітні. Нараховується біля 500 тис видів рослин і
біля 1.5млн видів тварин. При всій різноманітності видів, маса живої
речовини на Землі відносно невелика 105-106 км3. якщо цю величину
прийняти за 1, то маса атмосфери 10, гідросфери 10000, літосфери 100000,
а маса всієї Землі 100 млн.

2) біогенна речовина — органо-мінеральні та органічні продукти,
створені 

організмами (всі форми дендриту, кам’яне вугілля, нафта, газ тощо);

3) нежива (косна, кістякова речовина) — неживі неорганічні сполуки,
речовини, в утворенні яких живі організми участі не брали (гірські
вивержені породи, мінерали, опади);

4) біокістякова речовина — неорганічні продукти, що утворюються в
результаті взаємодії живої і кістякової речовин, (кисень, створений
зеленими рослинами; основним видом біокістякової речовини є вода, а
основним біокістяковим тілом — грунт; до суміші біогенних речовин з
мінеральними породами небіогенного походження відносяться мул, природні
води, газо- та нафтоносні сланці, частина осадових  карбонатів,
ландшафти); сама біосфера є біокістяковою системою.

5) радіоактивні речовини;

6) розсіяні атоми;

7) речовини космічного походження (метеорити).

 

II. Енергія Сонця — космічне джерело енергії в біосфері. Речовина
біосфери приймає космічну енергію і стає активною. Організми
трансформують променисту енергію Сонця в хімічну згідно із законами
термодинаміки. Залежно від джерела енергії Вернадський говорив про живу
речовину І-го і ІІ-го порядків,

 

III. «Тиск життя». В. І. Вернадський відзначав здатність живої речовини
постійно зростати, розрахував швидкість можливого заселення поверхні
Землі деякими організмами за умов безперешкодного існування. Так, для
деяких бактерій достатньо 1,3 — 1,8 доби для заселення поверхні планети.

Ще одним проявом активності живих організмів є інтенсивність
розмноження. За ідеальних умов (теоретично) вона може сягати швидкості
звуку., так, одноклітинна водоросль діатомея теоретично здатна за 8 днів
утворити масу речовини, що дорівнює масі Землі, а наступного дня
подвоїти її.

 

IV. Роль живих організмів. В.І. Вернадський вперше відзначив геологічну
роль живих організмів. Саме завдяки їх діяльності відновний характер
давньої атмосфери, в якій переважали NН3, СН4, СО, СО2, змінився на
окисний з переважанням N2, О2 та незначним вмістом СО2.

Значення живих організмів:

?        акумулюють сонячну енергію, трансформує її в енергію земних
процесів (хімічну, механічну, теплову, електричну) — поклади кам’яного
вугілля – це сонячна енергія, накопичена зеленими рослинами минулих
геологічних епох;

?        багато мінералів і гірських порід мають біогенне походження
(осадові родовища сірки, заліза, мангану та інших металів), осадові
породи вапняків;

?        накопичують хімічні елементи у тканинах свого тіла: Fe, Cu, Mn,
N, S, P тощо, а також у середовищі життя: земні рослини збагачують
атмосферу і воду киснем, накопичують азот у ґрунті;

?        більшість хімічних елементів здійснюють кругообіг через
біосферу.

?        в кінцевому рахунку жива речовина породила склад атмосфери,
гідросфери, ґрунту.

?        живі організми змінили рельєф земної поверхні, посиливши
процеси осадонакопичення, вивітрювання та ерозії;

?        впливають на мікроклімат та геофізичні умови свого існування.

 

V. «Плівки життя».  B.I. Вернадський підкреслював повсюдність життя, яке
в біосфері поширене в трьох основних середовищах: літосфері, гідросфері
та атмосфері.

Одна із основних особливостей живої речовини — це й неймовірно
різноманітний розподіл у різних частинах біосфери. Життя слабо розвинене
у пустелях, тундрах, на глибині океану, високо у горах, тоді як інших
ділянках біосфери — дуже щільне і різноманітне.

Найбільш висока концентрація живої речовини знаходиться на межах
розподілу головних середовищ — у ґрунті як граничному шарі між
атмосферою та літосферою, у поверхневих шарах океану, на дні водойм і,
особливо, у лиманах, на літоралі, де всі три середовища — грунт, вода та
повітря знаходяться поряд.

Місця найбільшої концентрації організмів називають «плівками життя».

 

VI. «Ноосфера». В. І. Вернадський зазначав, що можливості людини з її
розумом і технікою такі значні, що вона може втручатись в хід
геолого-хімічних процесів Землі і навіть змінювати їх природний
напрямок. Людство має усвідомити свою силу і роль у біосфері і тоді
настане новий етап її розвитку.

Вернадський передбачав перехід біосфери в новий стан, так звану сферу
розуму -”ноосферу” (noos — в перекладі з грецької : розум, дух ), в якій
людина стане основною геологічною силою.

Ноосфера — це етап розвитку біосфери, на якому людина, свідомо
використовуючи свої знання, буде підтримувати існування біосфери та
сприяти її розвитку.

Вчення Вернадського про ноосферу включає 4 основні положення:

1.     Ноосфера — історично останній стан геологічної оболонки біосфери,
що перетворюється діяльністю людини.

2.     Ноосфера — сфера розуму і праці.

3.     Зміни біосфери обумовлені як свідомою, так підсвідомою діяльністю
людини.

4.     Розвиток ноосфери пов’язаний з розвитком соціально-економічних
факторів.

Ноосфера відрізняється від біосфери величезною швидкістю в розвитку. За
концепцією ноосфери, людство перетворилося на найпотужнішу геологічну
силу на планеті. Вернадський підкреслював, що протягом останніх 500
років воно освоїло нові форми енергії — парову, електричну, атомну, й
навчилося використовувати майже всі хімічні елементи. Людство освоїло
всю біосферу й одержало набагато більшу, порівняно з іншими організмами,
незалежність від навколишнього середовища. Наукова думка й діяльність
людини змінили структуру біосфери, незаймана природа швидко зникає,
з’являються нові екосистеми та ландшафти — міста, культурні землі, для
яких характерні простіші угрупування організмів.

 

 

Склад, межі, властивості і функціонування біосфери

 

Біосфера утворилась у результаті виникнення життя (живих організмів) як
прямий результат загального розвитку планети Земля. Тривалість існування
життя на Землі визначається часом від 1.5-2 до 4-5 млрд. років.

Біосфера Землі являє собою складну термодинамічно відкриту систему, яка
включає в себе, згідно визначенню В.І.Вернадського, верхні шари земної
кори, всю гідросферу і нижню частину атмосфери – тропосферу з
організмами, що їх населяють. Природнім чином біосфера розпадається на
більш менш самостійні одиниці, які характеризуються великою замкнутістю
кругообігу речовин.

  Пристосовуваність живих організмів вражає. Живі бактерії виявлено в
гарячих гейзерних джерелах з температурою води 980С, а також в тріщинах
антарктичних льодовиків, де температура рідко коли піднімається вище 0°.
Бактерії живуть у глибинних водах Чорного моря, насичених сірководнем,
деякі бактерії виявлено навіть в атомних реакторах. Живу спору бактерії
було виявлено в одній із трубок американської космічної станції, яка три
роки перебувала на поверхні Місяця — вона потрапила туди з Землі й
зберегла життєздатність, незважаючи на перебування в умовах космічного
вакууму, різких коливань температури й високого рівня радіації.

Межі біосфери. Межі атмосфери визначаються наявністю умов, необхідних
для життя різних організмів.

Нижня межа біосфери обмежена температурою підземних вод та гірських
порід, яка поступово зростає і на глибині 1.5-15 км (гейзери-материнська
порода) вже перевищує 100°С. Найбільша глибина, на якій в шарах земної
кори знайдені бактерії становить 4 км. У нафтових родовищах на глибині
2-2.5 км бактерії реєструються в значній кількості. У океані — життя
розповсюджується до більш значних глибин і зустрічається навіть на дні
океанських западин (10-11 км від поверхні), де температура близько 0 °С.

Верхня межа життя в атмосфері обмежена інтенсивною концентрацією 
ультрафіолетової радіації. Фізичною межею поширення життя в атмосфері є
озоновий екран, який на висоті 25-30 км поглинає більшу частину
ультрафіолетового випромінювання Сонця, хоча основна частина живих істот
концентрується на висоті 1-1.5 км.

На висоті 20-22 км, де ще спостерігається наявність живих організмів:
бактерій, спор грибів, найпростіших. Під час запусків геофізичних ракет
у стратосферу на висоті 85 км у пробах повітря було виявлено спори
мікроорганізмів у латентному (сплячому) стані. У горах
межарозповсюдження наземного життя сягає біля 6 км над рівнем моря.

Заселеними є найнеймовірніші місця існування: термальні джерела,
температура у яких сягає до 100°С, вікові сніги Гімалаїв, де на висоті
8300 м існують дев’ять видів бактерій, безводні пустелі та надсолоні
озера, де вирують ціанобактерії та один із видів креветок.

На поверхні Землі у наш час повністю відсутнє життя лише в областях
значних зледенінь та у кратерах діючих вулканів.

 

Функції живої речовини в біосфері

 

У колообігу речовин жива речовина біосфери виконує ряд біогенних
функцій:

Газова функція здійснюється зеленими рослинами у процесі фотосинтезу —
при цьому атмосфера поповнюється киснем, а також рослинами і тваринами,
які виділяють вуглекислий газ у процесі дихання. Відбувається також
колообіг азоту, який тісно пов’язаний з життєдіяльністю мікроорганізмів.

Концентраційна функція проявляється у здатності живих організмів
акумулювати різноманітні хімічні елементи, у тому числі мікроелементи,
із зовнішнього середовища (грунт, вода, атмосфера). Так, морські
водорості концентрують йод, діатомові водорості і злаки — кремній,
молюски та ракоподібні — мідь тощо.

Окислювально-відновна функція виражається у хімічних перетворення
речовин у процесі життєдіяльності організмів У ґрунті, водному та
повітряному середовищах утворюються солі, оксиди, різноманітні нові
речовини як результат окислювально-відновних реакцій. З діяльністю
мікроорганізмів пов’язане формування залізних та марганцевих руд.
вапняків і т.п.

Геохімічна функція здійснюється у процесі обміну речовин у живих
організмах (живлення, дихання, виділення), розкладу відмерлих організмів
і продуктів їх життєдіяльності до простих вихідних речовин.

 

Колообіг речовин

 

Для постійного існування біосфери, для запобігання припинення розвитку
життя на Землі у природі повинні постійно відбуватись безперервні
процеси перетворення її живої речовини.

Біологічний колообіг — це багаторазова участь хімічних елементів у
процесах, які протікають у біосфері.

Причина колообігу — обмеженість елементів, з яких будується тіло
організмів.

У біосфері відбувається постійний колообіг активних елементів, які
переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до
організму. Елементи, які вивільняються мікроорганізмами при гнитті,
надходять у грунт і атмосферу, знову включаються в колообіг речовин
біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде
біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є
накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх
вивільнення у результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція
викликається трьома процесами:

?        обміном речовин в організмах;

?        ростом;

?        розмноженням.

Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами
життя, дав B.I. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна
міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери.
Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона
пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери
та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну
диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають
природі все, що взяли у неї протягом життя.

В.І.Вернадський підрахував, що за час існування на Землі біосфери було
створено 3,5.1019 т біомаси, що майже в 2 рази перевищує масу всієї
земної кори, яка становить 2.1019 т. Робота, що виконується живою
речовиною, за Вернадським може бути оцінена за формулою Е = PV2 / 2, де

Р — маса організмів,

V — швидкість розтікання біомаси (розмноження організмів).

Жива речовина значно прискорила й змінила колообіги різних речовин —
води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо. Сучасний склад
атмосфери створений завдяки діяльності живої речовини. Обмін повітря між
всіма широтами й півкулями Землі відбувається в середньому за 2 роки.
Активно переміщується течіями океанічна вода. Вся прісна вода стікає в
океан за 14 діб, у льодовиках вода оновлюється за 15 000 років.

 

Жива речовина активно регулює геохімічну міграцію атомів. Завдяки йому
зберігається стабільність біосфери і здійснюється еволюція як живих
організмів, так і всієї біосфери в цілому. Цей особливий вид стану
рівноваги, що постійно змінюється, В.І Вернадський називав динамічною
рівновагою. Динамічна рівновага характерна не лише для біосфери. В
такому стані знаходяться атмосфера, земна кора та мантія.

Для геосфер, не охоплених життям, характерна стійка динамічна рівновага.
В біосфері динамічна рівновага не стійка. Це означає, що біосфера
розвивається в процесі діяльності, самовдосконалюється, все більш повно,
активно і в більшому масштабі накопичує, трансформує енергію, ускладнює
свою організацію, збагачується інформацією.

 

Розрізняють два типи біогенної міграції, перший з них здійснюється
мікроорганізмами, а другий — багатоклітинними організмами. Величина
міграції першого типу переважає над другим. Людство оволоділо міграцією
третього типу, яка іде під впливом його діяльності.

Крім того, розрізняють великий (геологічний) та малий (біологічний)
колообіги і колообіги різних природних ресурсів (ресурсні цикли).

Великий (геологічний) колообіг. Вивержені глибинні породи мантійного
походження (базальти) тектонічними процесами виводяться з надр Землі в
біосферу. Під впливом сонячної енергії й живої речовини вони
вивітрюються, переносяться, відкладаються, перетворюючись різноманітні
осадові породи, де запасається сонячна енергія (з вивержених мінералів
утворюються глини, а вулканічні гази -СО, NH3 — переходять у вугілля та
нафту).

Потім за рахунок тектонічних рухів осадові породи потрапляють у зони
високих тисків та температур (а також радіоактивного розпаду й
гравітаційної диференціації) і перетворюються в гранітні породи з більш
високим рівнем енергії, ніж у осадових порід. Кристалізовані вивержені
породи знову за рахунок висхідних тектонічних рухів потрапляють у
біосферу. Таким чином цикл завершується, але вже на новому рівні, бо з
вихідних базальтів утворилися вивержені породи гранітного складу.

Малий біологічний колообіг (трансформація) речовин в біосфері. В кожній
екосистемі колообіг речовин відбувається в результаті взаємодії
автотрофів та гетеротрофів.

Вуглець, водень, кисень, азот, сірка і фосфор та біля 30 простих
речовин, що необхідні для утворення живої речовини, безперервно
перетворюються в органічні речовини або поглинаються в вигляді
неорганічних компонентів автотрофами, а автотрофи використовуються
гетеротрофами (спочатку консументами, а потім деструкторами). Таким
чином, біогенні елементи безперервно циркулюють: розчиняються в
континентальних водах, виносяться в моря або потрапляють в атмосферу, а
між цими середовищами відбувається постійний газообмін, тобто
відбувається біологічний колообіг атомів. Суть колообігу в тому, що
утворення живої речовини і розклад органічної речовини — два боки
єдиного процесу. В процесі біологічного колообігу атоми поглинаються
живою речовиною і заряджаються енергією, а потім залишають живу
речовину, віддаючи енергію в оточуюче середовище. За рахунок біогенної
енергії відбувається більшість хімічних реакцій. Біологічні колообіги
можуть бути різних масштабів і різної тривалості — від швидкого
колообігу в ґрунті, річці, озері до тривалого, який обіймає всю
біосферу.

Біологічний колообіг зворотний не повністю, частина речовин постійно
виходить з колообігу і осідає в товщині осадових порід у вигляді
органогенних вапняків, гумусу, торфу і т.п. В результаті колообігу
біосфера (чи інша екосистема) не повертається в початковий стан: для
біосфери характерний поступальний рух, тому символом біологічного циклу
є не коло, а циклоїд (спіраль) .

Отже, колообіг речовин у природі спрямовується спільною дією як
біологічних, так і геохімічних та геофізичних сил.

Вплив антропогенного фактора на колообіг. В порівнянні з тривалістю
існування біосфери людина існує надзвичайно короткий час. Проте, за цей
короткий проміжок часу колообіг речовин в біосфері змінився радикально.
В.І.Вернадський підрахував, що в античні часи люди використовували лише
18 хімічних елементів, у XVIII ст. — 29, у XIХ ст. — 62, а тепер
використовуються 89 елементів, що є в земній корі, крім того одержані
такі, яких у природі зовсім немає (плутоній, технецій тощо)

Людина небувало прискорила колообіг деяких речовин — родовища заліза,
цинку, свинцю інших елементів, які природа накопичувала мільйони років,
швидко вичерпуються. Людина швидкими темпами використовує сонячну
енергію “минулих біосфер”, накопичену в вугіллі, нафті, природному
газі, вона вивільняє енергію, що міститься в урані. Все це збільшує
неврівноваженість біосфери. Створюючи водосховища, дістаючи воду з
глибинних водоносних горизонтів, людина втручається в колообіг води в
природі.

Людині слід чітко уявити, що вони намагаються побудувати для себе та
своїх нащадків, бо нічого з того, що робиться з природою, виправити
неможливо.

З екологічної точки зору найважливішими є колообіги речовин, які є
основними компонентами живої речовини:

?        колообіг кисню;

?        колообіг вуглецю;

?        колообіг води;

?        колообіг азоту;

?        колообіг сірки;

?        колообіг фосфору.

 

Похожие записи