Сутність біосфери
Вступ. Поняття біосфери
1. Характеристика та структура біосфери
2. Основні біохімічні цикли кругообігу біогенних елементів)
3. Продукційна та регуляторна функції біосфери як основа життєзабезпечення суспільства
Список використаної літератури
Вступ. Поняття біосфери
Існують два основні визначення поняття «біосфера», одне з яких відоме з часу появи в науці даного терміна. Це розуміння біосфери як сукупності всіх живих і неживих організмів Землі.
Біосфера (від грец. Bios – життя, sphaira – плівка) – жива оболонка Землі.
Термін "біосфера" вперше був використаний відомим австрійським ученим Е. Зюссом (1831-1914) у його книзі "Обличчя Землі" (1875).
Пізніше термін "біосфера" використовували й інші вчені, але вчення про біосферу в сучасному розумінні було сформульовано В. І. Вернадським (1863-1945) у його знаменитій книзі "Біосфера" (1926). За В. І. Вернадським, Біосфера «є певною геологічну оболонку, різко відмінну від усіх інших оболонок нашої планети. І далі: «жива речовина біосфери, єдиної області планети, закономірно пов'язаної з космічним простором, є сукупність її живих організмів, її живої речовини як планетного явища. Жива речовина проникає всю біосферу і її значною мірою створює».
Як зазначав академік, геохімічні процеси на Землі та формування лику Землі пов'язані з живими істотами, тому біосфера включає в себе власне живу оболонку Землі (живий матеріал у вигляді живих організмів, що населяють Землю в кожний момент) та колишні живі оболонки (колишній живий матеріал), межі яких визначаються розподілом біогенних осадових порід.
ТакимТаким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з одного боку, залежить, а з іншого – сама впливає на неї. Тому перед дослідниками виникає завдання – безпосередньо дослідити, яким чином і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні та геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі та в земній корі. Тільки такий підхід може дати ясне та глибоке уявлення про концепцію біосфери. Таке завдання таки поставив перед собою видатний український учений Володимир Іванович Вернадський (1863 – 1945). Вчений зазначав: «…Століття і тисячоліття минули, поки людська думка могла відзначити риси єдиного зв'язного механізму в уявної хаотичної картині природи». Розвинені їм положення стали одним із найбільших природничих узагальнень XX ст.
1. Характеристика та структура біосфери
Факти та положення про біосферу накопичувалися поступово у зв'язку з розвитком ботаніки, ґрунтознавства, географії рослин та інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знання, які стали необхідними для розуміння біосфери загалом, виявилися пов'язаними з виникненням екології, науки, яка вивчає взаємини організмів та довкілля. Біосфера є певною природною системою, а її існування насамперед виявляється у кругообігу енергії та речовин за участю живих організмів.
Першим з біологів, який ясно вказав на величезну роль живих організмів у освіті земної кори, був Ж. Б. Ламарк (1744 – 1829). Він наголошував, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі та утворюють її кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.
Дуже важливим розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологомПфефером (1845 – 1920) трьох способів харчування живих організмів:
автотрофне – побудова організму з допомогою використання речовин неорганічної природи;
гетеротрофне - будова організму за рахунок використання низькомолекулярних органічних сполук;
міксотрофний - змішаний тип побудови організму (автотрофно-гетеротрофний).
Біосфера (у сучасному розумінні) – своєрідна оболонка Землі, що містить всю сукупність живих організмів і частину речовини планети, що у безперервному обміні з цими організмами.
Біосфера знаходиться на перетині верхньої частини літосфери, нижньої частини атмосфери і займає всю гідросферу.
Верхня межа в атмосфері: 15-20 км. Вона визначається озоновим шаром, який затримує короткохвильове УФ-випромінювання, згубне для живих організмів.
Нижній кордон у літосфері: 3,5-7,5 км. Вона визначається температурою переходу води в пару і температурою денатурації білків, проте переважно поширення живих організмів обмежується вглиб кількома метрами.
Нижній кордон у гідросфері: 10÷11 км. Вона визначається дном Світового океану, включаючи донні відкладення.
Атмосфера – найлегша оболонка Землі, яка межує із космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини та енергії з космосом.
Атмосфера має кілька шарів:
тропосфера – нижній шар, що примикає до Землі (висота 9–17 км). У ньому зосереджено близько 80% газового складу атмосфери та всю водяну пару;
ноносфера – там “жива речовина” відсутня.
Переважаючі елементи хімічного складу атмосфери: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
Гідросфера – водяна оболонка Землі. Внаслідок високої рухливості вода проникає повсюдно.різні природні утворення, навіть найчистіші атмосферні води містять від 10 до 50 мгр/л розчинних речовин.
Переважаючі елементи хімічного складу гідросфери: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про те, наскільки він важливий для рослинних та тваринних організмів, що мешкають у ній. У цьому плані провідна роль належить N, P, Si, які засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану.
Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, що складається з осадових та магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічного кордону Мохоровичіча. Поверхневий шар літосфери, в якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральною (неорганічною), є ґрунтом. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази.
Переважаючі елементи хімічного складу літосфери O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
Провідну роль виконує кисень, частку якого припадає половина маси земної кори та 92% її обсягу, проте кисень міцно пов'язаний з іншими елементами в головних породоутворюючих мінералах. Т.о. у кількісному відношенні земна кора – це “царство” кисню, хімічно пов'язаного під час геологічного розвитку земної кори.
Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою і неживою природою, про зворотний вплив живих організмів та їх систем на навколишні фізичні, хімічні та геологічні фактори все наполегливіше проникала всвідомість вчених та знаходила реалізацію в їх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли зміни, що відбулися у загальному підході дослідників природи до вивчення природи. Вони все більше переконувалися в тому, що відокремлене дослідження явищ та процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тож межі ХIХ – ХХ ст. у науку дедалі ширше проникають ідеї холістичного, чи цілісного, підходи до вивчення природи, які у час сформувалися в системний метод вивчення.
Результати такого підходу негайно позначилися щодо загальних проблем впливу біотичних, чи живих, чинників на абіотичні, чи фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і всі вони свідчать про зворотний зв'язок між живою і неживою природою, в результаті якої жива речовина значною мірою змінює обличчя нашої Землі.
Біосферу складають такі типи речовин:
Жива речовина - вся сукупність тіл живих організмів, що населяють Землю, фізико-хімічно єдина, незалежно від їхньої систематичної приналежності. Маса живої речовини порівняно мала і оцінюється величиною 2,4-3,6 1012 т (у сухій вазі) і становить менше 10-6 маси інших оболонок Землі. Але це одна з наймогутніших геохімічних сил нашої планети, оскільки жива речовина не просто населяє біосферу, а перетворює образ Землі. Жива речовина розподілена у межах біосфери дуже нерівномірно.
Біогенна речовина - речовина, що створюється і переробляється живою речовиною. наПротягом органічної еволюції живі організми тисячі разів пропустили через свої органи, тканини, клітини, кров всю атмосферу, весь обсяг світового океану, величезну масу мінеральних речовин. Цю геологічну роль живої речовини можна уявити за родовищами вугілля, нафти, карбонатних порід тощо.
Доскона речовина - в освіті якої життя не бере участі; тверде, рідке та газоподібне.
Біокосна речовина, яка створюється одночасно живими організмами та відсталими процесами, представляючи динамічно рівноважні системи тих та інших. Такі грунт, мул, кора вивітрювання тощо. буд. Організми у яких грають провідну роль.
Речовина, що у радіоактивному розпаді.
Розсіяні атоми, що безперервно створюються з різного роду земної речовини під впливом космічних випромінювань.
Речовина космічного походження.
2. Біохімічні цикли в біосфері (кругообіги біогенних елементів)