Функції біосфери (за Вернадським та основні біосферні закони по Реймерсу)
Функції (від латів. Functio - виконання, вчинення)
"Живі організми є функцією біосфери і тісно матеріально і енергетично з нею пов'язані, є величезною геологічною силою, її визначальною".
Наведемо п'ять постулатів В.І.Вернадського, які належать до функції біосфери.
Постулат перший: "Із самого початку біосфери життя, що до неї входить, мало бути вже складним тілом, а не однорідною речовиною, оскільки пов'язані з життям її біогеохімічні функції за різноманітністю та складністю не можуть бути долею якоїсь однієї форми життя". Сенс сказаного однозначний: первісна біосфера спочатку була представлена багатою функціональною різноманітністю.
Постулат другий: "Організми проявляються не поодиноко, а в масовому ефекті". І далі: " Перше поява життя. мало статися над появи одного якогось виду організмів, які сукупності, відповідальної геохімічної функції життя. Повинні були відразу з'явитися біоценози " .
Третій постулат: "У загальному моноліті життя, як би змінювалися його складові, їх хімічні функції було неможливо торкнутися морфологічним зміною". Сенс наведених постулатів такий: первинна біосфера була представлена "сукупностями" організмів типу біоценозів, які й були головною "діючою силою" геохімічних перетворень, а морфологічні зміни компонентів цих "сукупностей" не позначалися на їх "хімічних функціях".
Постулат четвертий: "Живі організми. своїм диханням, своїм харчуванням, своїм метаболізмом. безперервною зміною поколінь. породжують одне з найграндіозніших планетних явищ. Міграцію хімічних елементів у біосфері", тому "на всьомуПротягом минулих мільйонів років ми бачимо утворення тих самих мінералів, у всі часи йшли ті ж цикли хімічних елементів, які ми бачимо і зараз".
І п'ятий постулат: "Всі без винятку функції живої речовини у біосфері можуть бути виконані найпростішими одноклітинними організмами".
енергетична (накопичення вільної енергії - зв'язування та запасання сонячної енергії);
концентраційна (накопичення хімічних елементів у тілах живих організмів у масштабах біосфери (формування атмосфери, покладів органічних та неорганічних речовин);
транспортна (закон біоігенної міграції атомів, біогеохімічні круговороти);
деструктивна (розкладання органіки та замикання кругообігів, вивітрювання √ руйнування земної кори, формування ґрунту);
Природно виникає питання, який механізм функціонував і продовжує забезпечувати здатність біосфери виконувати? Діяльність живої речовини, живих організмів.
Функції біосфери - системний підхід.
Функція біологічних систем - властивість спрямовувати свою діяльність до досягнення певних корисних їм результатів пристосувального значення.
ФУНКЦІЯ БІОСФЕРИ – виражається як специфіка напряму розвитку життя Землі.
Якщо напрямок перетворень речовини та енергії в НЕЖИВОЙ природі характеризується загальним зниженням рівня організації та якості енергії, наближенням до стійкої рівноваги, зростанням термодинамічної та структурної ентропії, то в Живій природі напрямок цих перетворень виявляється прямо протилежним. ЦИМ І ВИЗНАЧИЛА ВЕДУЧА РОЛЬ БІОСФЕРИ НА ЗЕМЛІ.
Загальний напрямок перетворень біосфери загалом або її ФУНКЦІЮ можна визначити як підвищення рівня структурної організації, накопичення вільної енергіїстійкої нерівноваги, поява та зростання НЕГЕНТРОПІЇ, які досягаються за рахунок енергетичних та матеріальних ресурсів неживої природи та реалізуються у синтезі первинної біомаси та еволюції її форм. У цьому різні підсистеми біосфери грають різну роль.
1. Загальний напрямок перетворень у РОСЛИННІЙ ПІДСИСТЕМІ біосфери або її функцію можна визначити як первинний синтез біомаси з неорганічних джерел, створення вихідного негентропійного матеріалу.
2. Загальний напрямок перетворень у Тваринній підсистемі біосфери або її функцію можна визначити як прогресивні перетворення біомаси, що підвищують її структурну організацію та рівень негентропії.
3.Функцію ЛЮДСЬКОЇ ПІДСИСТЕМИ біосфери можна визначити як виробництво все нових знарядь праці, що дозволяють створювати небіологічним технічним шляхом вільну енергію негентропії в штучних високоорганізованих системах, що відтворюють прямо або опосередковано деякі процеси, що здійснювалися до того тільки живою матерією.
"Постійність внутрішнього середовища є умовою вільної поведінки", - так визначив Клод Бернар основний принцип взаємодії живого організму із зовнішнім середовищем, названий згодом ГОМЕОСТАЗОМ.
Гомеостазис (грец. подібний стан) - здатність системи зберігати відносну сталість, відносну замкнутість, стійкість за допомогою пристосувальних механізмів, що усувають або обмежують вплив на систему факторів зовнішнього та внутрішнього середовища.
Продуктивність як показник функціонування біосфери.
p align="justify"> Продуктивність біологічна - біомаса, вироблена населенням або співтовариством на одиниці площі за одиницю часу.
Продуктивність первинна чиста - спостережуваний фотосинтез чи чиста асиміляція.
p align="justify"> Продуктивність енергетична абсолютна - кількість енергії, укладеної в продуктах харчування, одержуваних з одиниці площі оброблюваних земель при культивуванні певної рослини, за вирахуванням вироблених енерговитрат.
Біологічна продуктивність біосфери, усієї живої речовини Землі становить 1,7*1015 МДж/рік. За абсолютним своїм значенням вона порівнянна, в межах одного порядку величин, з такими глобальними геологічними процесами, як енергія припливно-відливних течій 2,3*1015 MДж/рік, енергія руху повітряних мас атмосфери - 1,3*1015 МДж/рік та величина теплового потоку з надр Землі, що дорівнює 1,3 * 1015 МДж / рік; на порядок вище енергії землетрусів Землі та на два порядки вище енергії річкового стоку та вулканічних вивержень.
Зіставляючи наведені цифри, необхідно пам'ятати, що значення біологічної продуктивності відповідає енергії, накопиченої у масі сухого речовини. Однак добре відомо, що накопичення якоїсь маси органічної речовини вимагає поглинання сонячної енергії на два порядки вище. Отже, реальне поглинання сонячної енергії біосферою Землі за своїми масштабами перевищує щонайменше ніж порядок будь-який із глобальних геологічних процесів, формують Обличчя Землі.
Вернадський спробував більш зрозуміло висловити вагу однієї хмари саранчі, що спостерігалася лікарем Краутером над Червоним морем в 1889 р. до організації міжнародної боротьби з саранчею. Вага цієї хмари відповідала 4,4*107 т. Він був майже рівний вазі міді, цинку і свинцю разом узятих, вироблених людством протягом (XIX ст. прим. авт.) століття. Хмара саранчі - як би «горна порода в русі». Додамо до цього, маса, що має колосальний потенціал біологічного обміну!
Частина сонячної енергії поглинена біосферою та вдругещо звільняється при диханні, випаровуванні та обміні речовин усіх живих організмів, фактично витрачається на хід:
процесів стабілізації складу атмосфери та водних мас,
біогеохімічної міграції атомів,
біогеохімічної переробки гірських порід приповерхневої частини Земної кори,
формування термовологого режиму приземного шару тропосфери
Однак енергія розвитку живої речовини, біогенна енергія, не є постійним. Будь-яка біологічна чи біокосна система, перебуваючи у стані " стійкої нерівноважності " , тобто. рухомої динамічної рівноваги з навколишнім середовищем, і еволюційно розвиваючись, збільшує свій вплив на середовище. Ці позиції закріплені у біогеохімічних принципах В.І.Вернадського:
Геохімічна біогенна енергія прагне в біосфері до максимального прояву (перший біогеохімічний принцип) та
При еволюції видів виживають ті організми, які своїм життям підвищують біогенну геохімічну енергію (другий біогеохімічний принцип).
Жива речовина знаходиться в безперервному хімічному обміні з космічним середовищем, що його оточує і підтримується на нашій планеті космічною енергією Сонця (третій біогеохімічний принцип)
Порівняння мас оболонок Землі.
Оболонки Землі Маса, т Ставлення до маси живої речовини
Жива речовина 2,4. 1012 1
Атмосфера 5,15 .1015 2 146
Гідросфера 1,5 х 1018 602 500
Земна кора 2,8 х 1019 1 670 000
Біосфера не знаходиться і ніколи не перебувала в стані рівноваги. Вона отримує енергію Сонця і, у свою чергу, випромінює певну кількість енергії у космос. Ці енергії різної якості (якості). Отримує Земля короткохвильове випромінювання - світло, яке, трансформуючись, нагріває Землю.А в космос від Землі йде довгохвильове теплове випромінювання. І балансу цих енергій не дотримується: Земля випромінює в космос трохи менше енергії, ніж отримує від Сонця. Цю різницю - невеликі частки відсотка - і засвоює Земля, точніше, її біосфера, яка постійно накопичує енергію. Цієї невеликої кількості енергії, що накопичується, виявляється достатньо для того, щоб підтримувати всі грандіозні процеси розвитку планети. Цієї енергії виявилося достатньо для того, щоб одного разу на поверхні нашої планети спалахнуло життя і виникла біосфера, щоб у процесі розвитку біосфери з'явилася людина і виник Розум.