Sva živa bića planete Zemlje dolaze u blizak kontakt jedno s drugim i s okolišem, formirajući tako ekosustave. Ove zajednice organizama u interakciji nisu međusobno izolirane. Međusobno su povezani raznim odnosima, prvenstveno hranom. Sveukupnost ekosustava čini jedinstveni planetarni ekosustav koji se naziva biosfera. Ovaj članak će razmotriti strukturu biosfere, njezin sastav i glavne funkcije.
Znanost
Ovaj koncept prvi je u znanost uveo J. B. Lamarck davne 1803. godine i značio je ukupnost svih živih organizama na planeti Zemlji. Krajem devetnaestog stoljeća izraz "biosfera" upotrijebio je J. Zuse, koji je u strukturu biosfere uključio i neživu tvar sedimentnih stijena. Doktrina o biosferi pojavila se 1926. godine, kada je V. I. Vernadsky sažeo ogromnu količinu znanstvenih informacija, na ovaj ili onaj načinilustrirajući odnos žive i nežive tvari. Znanstvenik je uspio pokazati da naš planet ne samo da naseljavaju živi organizmi, već ga oni također aktivno transformiraju. Osim toga, prema Vernadskom, ljudska intervencija u prirodne procese toliko je značajna da je moguće govoriti o noosferi - novoj fazi u razvoju biosfere. Danas znanost o biosferi kombinira podatke iz različitih područja znanja. Među njima su biologija, kemija, geologija, klimatologija, oceanologija, znanost o tlu i drugi.
Struktura biosfere je takva da živi organizmi mogu samostalno održavati potreban sastav tla, atmosfere i hidrosfere. Oni igraju ključnu ekološku ulogu. Na temelju toga, znanstvenici su pretpostavili da su tlo i zrak stvorili sami živi organizmi tijekom stotina milijuna godina evolucije. Proučivši sličnosti u strukturi geoloških stijena koje leže dublje od kambrija, s kasnijim stijenama, Vernadsky je sugerirao da je život na planetu postojao u obliku najjednostavnijih organizama gotovo od početka. Kasnije su geolozi dokazali zabludu ove hipoteze.
Budući da je Sunce energetska osnova za postojanje cjelokupnog života na Zemlji, biosfera se može smatrati ljuskom čija struktura i sastav nastaju zajedničkim djelovanjem živih organizama i određeni su dotok sunčeve energije. Sada se upoznajmo sa strukturom Zemljine biosfere.
Živi i neživi
S obzirom na sastav i strukturu biosfere, prije svegavrijedi napomenuti da se sastoji od žive i nežive tvari (inertne tvari). Najveći dio živih organizama koncentriran je u tri geološke ljuske Zemlje: atmosferi (zračni sloj), hidrosferi (oceani, mora i tako dalje) i litosferi (gornji sloj stijene). Međutim, te su školjke neravnomjerno raspoređene u najvećem ekosustavu. Dakle, hidrosfera je u potpunosti zastupljena u strukturi biosfere, dok su litosfera i atmosfera djelomično zastupljeni (gornji, odnosno donji slojevi).
Neživa komponenta biosfere sastoji se od:
- Biogena tvar, koja je proizvod vitalne aktivnosti živih organizama. Uključuje: ugljen, naftu, treset, prirodni vapnenac, plin, itd.
- Bioinertna tvar, koja je zajednički rezultat vitalne aktivnosti organizama i nebioloških procesa. To uključuje: tlo, mulj, rezervoare vode i tako dalje.
- Inertna tvar koja je uključena u biološki ciklus, ali nije proizvod vitalne aktivnosti živih organizama. Ova grupa uključuje: vodu, metalne soli, atmosferski dušik, itd.
Granice biosfere
Pojmovi kao što su sastav, struktura i granice biosfere usko su povezani jedni s drugima. Unatoč činjenici da su bakterije i spore pronađene na visinama do 85 kilometara, vjeruje se da je gornja granica biosfere 20-25 km. Na velikim visinama koncentracija žive tvari je zanemariva zbog jakog utjecaja sunčevog zračenja.
U hidrosferi život je prisutan posvuda. Pa čak i u Marijanskom rovu, čija je dubina 11 km, znanstvenikiz Francuske, J. Picard je promatrao ne samo beskralježnjake, već i ribe. Bakterije, alge, foraminifere i rakovi žive ispod više od 400 metara antarktičkog leda. Bakterije se nalaze ispod kilometarskog sloja mulja i u podzemnim vodama. Ipak, najveća koncentracija živih bića opaža se na dubini do 3 km. Dakle, granice i struktura biosfere u različitim dijelovima planeta mogu biti različite.
Atmosfera, litosfera i hidrosfera
Atmosfera se uglavnom sastoji od kisika i dušika. Sadrži male količine argona, ugljičnog dioksida i ozona. Život i kopnenih i vodenih bića ovisi o stanju atmosfere. Kisik je neophodan za disanje živih organizama i mineralizaciju umirućih organskih tvari. Pa, ugljični dioksid biljke koriste za fotosintezu.
Litosfera ima debljinu od 50 do 200 km, međutim, glavni broj vrsta živih organizama koncentriran je u njenom gornjem sloju debljine nekoliko desetaka centimetara. Širenje života duboko u litosferu ograničeno je zbog niza čimbenika od kojih su glavni: nedostatak svjetla, velika gustoća medija i visoka temperatura. Dakle, donja granica distribucije života u litosferi je dubina od 3 km, na kojoj su pronađene neke vrste bakterija. Pošteno radi, treba napomenuti da nisu živjeli u tlu, već u horizontima podzemnih voda i nafte. Vrijednost litosfere leži u činjenici da daje život biljkama, njegujući ih svim potrebnim tvarima.
Hidrosferaje bitna komponenta biosfere. Oko 90% opskrbe vodom otpada na Svjetski ocean, koji zauzima 70% površine planeta. Sadrži 1,3 milijarde km3, a rijeke i jezera sadrže 0,2 milijuna km3 vode. Najvažniji čimbenik vitalne aktivnosti organizma je sadržaj kisika i ugljičnog dioksida u vodi.
Fascinantni brojevi
Sastav, struktura i funkcije biosfere iznenađuju svojom razmjerom. Sada ćemo upoznati neke zanimljive činjenice. Voda sadrži 660 puta više ugljičnog dioksida od zraka. Na kopnu prevladava raznolikost biljnog svijeta, au moru - životinjskog svijeta. 92 posto cjelokupne biomase na kopnu čine zelene biljke. U oceanu, 94% su mikroorganizmi i životinje.
U prosjeku, jednom u osam godina, biomasa Zemlje se obnavlja. Kopnene biljke trebaju 14 godina za to, oceanske biljke - 33 dana. Trebat će 3000 godina da sva voda na Zemlji prođe kroz žive organizme, kisik - do 5000 godina, a ugljični dioksid - 6 godina. Za dušik, ugljik i fosfor ti ciklusi su još duži. Biološki ciklus nije zatvoren - oko 10% žive tvari prelazi u sedimentne naslage i ukope.
Biosfera čini samo 0,05% mase našeg planeta. Zauzima oko 0,4% obujma Zemlje. Masa živih bića je samo 0,01-0,02% mase inertne tvari, međutim, oni igraju vrlo značajnu ulogu u geokemijskim procesima.
200 milijardi tona organske suhe težine proizvede se godišnje i uFotosinteza apsorbira 170 milijardi tona ugljičnog dioksida. U procesu vitalne aktivnosti mikroorganizama svake godine se u biogeni ciklus uključi 6 milijardi tona dušika i 2 milijarde tona fosfora, kao i ogromna količina željeza, magnezija, sumpora, kalcija i drugih elemenata. Za to vrijeme čovječanstvo proizvede oko 100 milijardi tona minerala.
Organizmi tijekom svog života značajno doprinose kruženju tvari, stabilizirajući i transformirajući biosferu, čija svojstva i struktura navode na razmišljanje o prisutnosti viših sila.
Energetska funkcija
Nakon što smo se upoznali sa građom i sastavom biosfere, prijeđimo na njezine funkcije. Počnimo s energijom. Kao što znate, biljke apsorbiraju sunčevo zračenje i zasićuju biosferu vitalnom energijom. Otprilike 10% uhvaćene svjetlosti proizvođači koriste za svoje potrebe (uglavnom za stanično disanje). Sve ostalo distribuira se kroz lance hrane kroz sve ekosustave biosfere. Dio energije čuva se u utrobi zemlje, zasićući ih svojom snagom (ugljen, nafta, itd.).
Čak i ukratko s obzirom na funkcije i strukturu biosfere, uvijek izdvajaju redoks funkciju kao podvrstu energije. Kao proizvođači, kemosintetske bakterije mogu izvući energiju iz reakcija oksidacije i redukcije anorganskih spojeva. U procesu oksidacije sumporovodika, sumporne bakterije se hrane energijom, a željezo (od 2-valentne do 3-valentne) - željezne bakterije. Nitrificiranje također ne sjedi bezposlovima. Oni oksidiraju amonijeve spojeve u nitrate i nitrite. Zato poljoprivrednici svoja polja gnoje amonijevim spojevima, koje biljke same ne upijaju. Prilikom izravnog gnojenja tla nitratima, skladišna tkiva biljaka su prezasićena vodom, što dovodi do pogoršanja okusa i povećanja rizika od probavnih bolesti kod onih koji ih jedu.
Funkcija formiranja okoline
Živi organizmi formiraju tlo, a također reguliraju sastav zračne i vodene ljuske zemlje. Da fotosinteza ne postoji na planetu, zalihe atmosferskog kisika bi se potrošile za 2000 godina. Osim toga, doslovce u jednom stoljeću, zbog povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u zraku, organizmi bi počeli umirati. U jednom danu šuma može apsorbirati do 25% ugljičnog dioksida iz 50-metarskog sloja zraka. Stablo srednje veličine može osigurati kisik za četiri osobe. Jedan hektar listopadne šume, koji se nalazi u blizini grada, godišnje zadrži oko 100 tona prašine. Bajkalsko jezero, koje je poznato po svojoj kristalnoj čistoći, takvo je zahvaljujući malim rakovima koji ga "filtriraju" tri puta godišnje. A ovo je samo nekoliko primjera kako živi organizmi reguliraju sastav tvari u biosferi.
Funkcija koncentracije
Živa bića, a posebno mikroorganizmi, mogu koncentrirati mnoge kemijske elemente koji se nalaze u biosferi. Gotovo 90% dušika u tlurezultat su aktivnosti modro-zelenih algi. Bakterije mogu koncentrirati željezo (na primjer, oksidacijom vodotopivog bikarbonata u hidroksid taložen u njihovoj okolini), mangan, pa čak i srebro. Ova nevjerojatna značajka omogućila je znanstvenicima da povjeruju da je zahvaljujući mikroorganizmima toliko mnogo metalnih naslaga na zemlji.
U nekim zemljama, elementi poput germanija i selena ekstrahiraju se iz biljaka. Fucus alge mogu akumulirati 10 000 puta više titana nego što ga sadrži okolna morska voda. Svaka tona smeđih algi sadrži nekoliko kilograma joda. Australski hrast akumulira aluminij, bor - berilij, breza - barij i stroncij, ariš - niobij i mangan, a torij je koncentriran u jasiku, trešnji i jeli. Osim toga, neke biljke čak "skupljaju" plemenite metale. Dakle, u 1 toni pepela može biti do 85 grama zlata!
Destruktivna funkcija
Kemijska struktura Zemljine biosfere i njenog okoliša uključuje ne samo kreativne, već i destruktivne procese. Međutim, oni također igraju veliku ulogu u regulaciji tvari na planetu. Aktivnim životom živih organizama dolazi do mineralizacije organskih ostataka i trošenja stijena. Bakterije, gljive, modrozelene alge i lišajevi mogu razgraditi tvrde stijene oslobađanjem ugljične, dušične i sumporne kiseline. Korozivni spojevi također oslobađaju korijenje drveća. Postoje bakterije koje čak mogu uništiti staklo i zlato.
Funkcija prijevoza
S obzirom na strukturu ifunkcije biosfere, ne može se izgubiti iz vida prijenos mase materije. Drvo diže vodu iz zemlje u atmosferu, krtica baca zemlju uvis, riba pliva protiv struje, roj skakavaca migrira - sve je to manifestacija transportne funkcije biosfere.
Živa tvar može obaviti ogroman geološki rad, formirajući novu sliku biosfere i aktivno sudjelujući u svim njezinim procesima.
Posebno vrijedi istaknuti proces stvaranja sedimentnih stijena. Prva faza ovog procesa je trošenje – uništavanje gornjih slojeva litosfere pod djelovanjem zraka, sunca, vode i mikroorganizama. Udirajući u stijenu, korijenje biljaka može je uništiti. Voda koja prodire u pukotine nastale korijenjem otapa se i odnosi tvar. To je zbog korozivnih komponenti biljke. Lišajevi su posebno bogati organskim kiselinama. Dakle, fizičko trošenje se događa zajedno s kemijskim trošenjem.
Zbog odumiranja planktonskih organizama, do 100 milijuna tona vapnenca godišnje se taloži na dno svjetskih oceana. Mnogi od njih su kemijskog podrijetla, a nalaze se, na primjer, u području kontakta između kiselih i alkalnih podzemnih voda. Odumiranjem jednostaničnih algi i radiolarija nastaju muljevi koji sadrže silicij koji pokrivaju stotine tisuća km2 morskog dna.
Funkcija stvaranja tla
Svojstva i struktura biosfere toliko su opsežni da su sve njezine funkcije usko povezane. Dakle, formiranje tla je jedna od grana razmjene masei formiranje okoliša, ali se zbog svoje važnosti razmatra zasebno. Tijekom uništavanja i daljnje obrade stijena mikroorganizmima nastaje labava, plodna ljuska zemlje, nazvana tlo. Korijenje velikih biljaka izvlači mineralne elemente iz dubokih horizonata, obogaćujući njima gornje slojeve tla i povećavajući njihovu plodnost. Tlo prima organske spojeve iz mrtvog korijenja i stabljika biljaka, kao i izmeta i leševa životinja. Ovi spojevi su hrana za organizme u tlu koji mineraliziraju organsku tvar, proizvodeći ugljični dioksid, organske kiseline i amonijak.
Beskralješnjaci, kukci, kao i njihove ličinke, igraju najvažniju strukturno-formirajuću ulogu. Oni čine tlo rahlim i pogodnim za život biljaka. Kralježnjaci (krtice, rovke i drugi) rahle zemlju, pridonoseći uspješnom rastu grmlja u njoj. Noću, ohlađeni komprimirani zrak prodire u tlo, koji je neophodan za disanje korijena i mikroorganizama.
Takva nevjerojatna struktura biosfere.
