Čovjek uobičajeno naziva okolni prostor prirodom ili staništem. Većina nas je temeljna znanja o ovom pojmu stekla u školskim satima: prirodopis (3. razred), zemljopis i biologija (4), anatomija i kemija (6). Ali malo tko razumije kako su te znanosti spojene, osim što sve spadaju u područje prirodnih znanosti. Da bi se sažeto svo ljudsko znanje o okolnom svijetu, stvoreno je jedno prostrano ime - biosfera. Unatoč dugogodišnjim istraživanjima i pomnim proučavanjima, planet Zemlja znanstvenicima još uvijek daje razlog za razmišljanje o procesima koji se na njemu odvijaju.
Definicija
Što se zove biosfera? U literaturi postoji dosta tumačenja ovog pojma i sva se razlikuju po sadržaju, ali su po značenju gotovo identična. Najčešće se biosfera naziva globalnim ekosustavom planeta, u koji je čovjek uključen kao jedna od rijetkih vrsta. Prevedemo li naziv "biosfera" doslovno sa starogrčkog jezika, onda ima dva korijena. "Sphere" znači "regija, sfera, lopta", a korijen "bios" je preveden kao "život". Ispada prilično prostran i precizan naziv, koji, zapravo, definira složenu i višestruku znanost. VI Vernadsky daje prošireni odgovor na pitanje što se naziva biosfera. Ovaj koncept definira kao kompleks znanstvenih spoznaja o Zemlji, koji uključuje geografiju, geokemiju, biologiju, geologiju. Biosfera je skup zemaljskih školjki, koje se kombiniraju prema principu prisutnosti živih bića i njihovog staništa. Sve su sfere različite po sastavu, funkcijama i svojstvima, ali svaka od njih igra značajnu ulogu u postojanju i evoluciji svijeta oko nas.
Podučavanje o biosferi
Filozof, znanstvenik, geolog i biokemičar V. I. Vernadsky stvorio je integralni sustav znanja. Do početka 20. stoljeća bilo je mnogo istraživačkog rada na proučavanju Zemlje i procesa koji se na njoj odvijaju, ali je veliki ruski znanstvenik uspio produbiti i generalizirati ovaj materijal. Početkom 19. stoljeća francuski prirodoslovac Lamarck definirao je početni koncept buduće znanosti, ali joj nije dao ime. Austrijski paleontolog i geolog Eduard Suess skovao je 1875. pojam "biosfera" koji se i danas koristi. On će ovu znanost definirati kao znanje o cijelom životu na našem planetu. Tek nakon 50 godina Vernadsky će dokazati odnos živih organizama i anorganskih tvari, njihovu cirkulaciju. Što se zovebiosfera u sadašnjoj fazi? Ovo je jedna od ljuski planeta, u kojoj su u interakciji prirodni elementi različitog porijekla, njihova kombinacija stvara jedinstven, uravnotežen sustav.
Atmosfera
Vanjski zračni omotač planete Zemlje. Većina njegove mase koncentrirana je na samoj površini, a u visinu se proteže na tri tisuće kilometara. Atmosfera je najlakša od svih školjki, ne napušta površinu samo zbog gravitacije planeta, već se s povećanjem visine njezini slojevi postupno ispuštaju. Ozonski omotač pruža zaštitu od radioaktivnog izlaganja suncu smanjujući razinu ultraljubičastog zračenja koje pada na zemlju. Sastav atmosfere uključuje plinove: ugljični dioksid, dušik, kisik, argon, koji osiguravaju postojanje živih organizama.
Hydrosphere
Zemljina biosfera uključuje dio vodene ljuske planeta. Njegov sastav varira ovisno o stanju agregacije tvari. Hidrosfera objedinjuje sve vodene resurse na planeti, koji mogu biti u tekućem, plinovitom i čvrstom obliku. Površinski slojevi Svjetskog oceana služe za preraspodjelu topline koja dolazi od Sunca kroz atmosferu. Voda je od posebne važnosti u procesu kruženja tvari u prirodi, jer je najpokretnija frakcija. Organizmi biosfere u potpunosti su ovladali elementom vode, mogu se naći u najdubljim bazenima Svjetskog oceana i u arktičkim ledenjacima. Kemijski sastav hidrosfere uključuje sljedeće glavne elemente: magnezij, natrij, klor,sumpor, ugljik, kalcij, itd.
Litosfera
U našem Sunčevom sustavu, nemaju svi planeti čvrstu ljusku, Zemlja je u ovom slučaju iznimka. Litosfera je ogromna masa stijena (tvrdih) stijena koje čine dio kopna i služe kao dno oceana. Debljina ove ljuske Zemlje je od 70 do 250 kilometara, njen sastav je najrazličitiji po broju kemijskih elemenata (silicij, aluminij, željezo, kisik, magnezij, kalij, natrij itd.), koji su neophodna za postojanje svih živih organizama. Ovu geosferu karakterizira najmanja širina sloja raspodjele života. Najrazvijeniji je gornji sloj litosfere, koji iznosi nekoliko metara. Kako se dubina povećava, temperatura i gustoća tvrde ljuske rastu, što, uz nedostatak svjetla, onemogućuje postojanje živih organizama.
Biosfera
Ova geosfera objedinjuje sve ljuske Zemlje (hidrosferu, atmosferu i litosferu) prisutnošću žive tvari u njima. Teško je precijeniti ulogu biosfere za cijelo čovječanstvo, ona je okoliš i izvor nastanka. Ovo je složen sustav međusobnih odnosa koji određuju mogućnost postojanja bilo kojeg organizma zbog razmjene tvari i energije. Više od 40 kemijskih elemenata uključeno je u proces cirkulacije, koja se neprestano događa između organskih i anorganskih spojeva. Glavni izvor energije je Sunce. Zemlja se nalazi na optimalnoj udaljenosti od zvijezde i opremljena je zaštitnim elementomatmosferska barijera. Stoga je Sunčeva energija, uz živu tvar, najvažniji biokemijski čimbenik u postojanju biosfere. Zbog utjecaja niza čimbenika, procesi koji se odvijaju imaju potpuni ciklički oblik, osiguravaju kruženje tvari između atmosfere, litosfere, hidrosfere i živih organizama.
Granice biosfere
Kada se analizira duljina ljuske biosfere, može se uočiti njezina neravnomjerna raspodjela. Donja granica nalazi se u slojevima litosfere, ne pada ispod 4 km. Gornji sloj zemljine kore – tlo – je po gustoći sadržaja žive tvari najzasićeniji sloj biosfere. Hidrosfera, koja uključuje prostranstva Svjetskog oceana, rijeke, jezera, močvare, glečere, u potpunosti je dio "žive ljuske". Najveće koncentracije organizama opažene su u površinskim i obalnim slojevima vodnih tijela, ali život postoji iu dubokomorskim bazenima, na maksimalnoj dubini većoj od 11 km, te u sedimentima dna. Gornja granica biosfere nalazi se na udaljenosti od 20 km od površine. Atmosfera ograničava "živi sloj" na ozonski štit, iznad kojeg će organizmi biti uništeni kratkovalnim ultraljubičastim zračenjem. Dakle, maksimalna koncentracija žive tvari nalazi se na granicama litosfere i atmosfere.
Sastav
Nauk o biosferi stvorio je VI Vernadsky, on je također odredio ključnu ulogu organizama u formiranju i funkcioniranju "žive ljuske" Zemlje. Prethodno su drugi znanstvenici došli do sličnih zaključaka, ali ruskiprirodoslovac je uspio dokazati potrebu prisutnosti u strukturi anorganskih spojeva, koji također sudjeluju u općem ciklusu. Po njegovom mišljenju, biosfera ima sljedeći sastav:
- Živi organizmi (biološka masa, ukupnost svih vrsta).
- Biogena tvar (nastala tijekom života živih organizama, proizvod je njihove prerade).
- Inertna tvar (anorganski spojevi koji nastaju bez sudjelovanja živih organizama).
- Bio-inertna tvar (formirana zajedno od živih organizama i inertne tvari).
- Tvar kozmičkog porijekla.
- Raspršeni atomi.
Povijest pojave
Prije milijarde godina formirana je čvrsta ljuska Zemlje, litosfera. Sljedeća faza u formiranju onoga što se naziva biosfera dogodila se zbog geoloških procesa koji su pomicali tektonske ploče, uzrokovali vulkanske erupcije, potrese itd. Nakon formiranja stabilnih geoloških oblika, došao je red na pojavu živih organizama. Dobili su priliku za razvoj zbog aktivnih emisija raznih biokemijskih elemenata do kojih je došlo tijekom formiranja litosfere. Živa tvar već nekoliko milijuna godina stvara uvjete prihvatljive za život. Zbog njegove fazne evolucije formiran je plinski sastav atmosfere. Stalna interakcija organskih i anorganskih spojeva pod utjecajem energije Sunca omogućila je širenje žive tvari po cijelom planetu iznačajno promijeniti svoj izgled.
Evolution
Prvi živi organizmi na Zemlji pojavili su se u hidrosferi, njihov postupni izlazak na kopno trajao je prilično dugo. Razvoj druge ljuske biosfere - litosfere, uzrokovao je stvaranje ozonskog omotača. Zbog procesa fotosinteze ogromna biološka masa apsorbirala je ugljični dioksid iz atmosfere i oslobodila kisik. U ovom slučaju živa tvar koristi gotovo neiscrpni izvor energije – Sunce. Aerobni organizmi, kojima je nedostajala organska tvar u debljini hidrosfere, izašli su na površinu kopna i značajno ubrzali proces evolucije zbog energetskog ciklusa. Trenutno je "živa ljuska" Zemlje u stanju stabilne ravnoteže, ali čovječanstvo na nju vrši sve veći negativan utjecaj. Stvara se nova sfera zemlje - noosfera, ona podrazumijeva skladniju pomoć čovjeka i prirode, ali to je posebna i vrlo zanimljiva tema za proučavanje. Biosfera nastavlja funkcionirati, unatoč značajnom smanjenju biomase, "živa ljuska" nastoji nadoknaditi štetu uzrokovanu ljudskim aktivnostima. Kao što povijest pokazuje, ovaj proces može potrajati dosta vremena.
Biokemijske funkcije
Glavna komponenta u strukturi biosfere je biomasa. Obavlja sve biokemijske funkcije "žive ljuske", održava svoj sastav u stanju ravnoteže i osigurava proces kruženja tvari i energije. Funkcija plina održava optimalni sastav atmosfere. Ona jeObavlja se fotosintezom biljaka, koje oslobađaju kisik i apsorbiraju ugljični dioksid. Živi organizmi emitiraju CO2 tijekom izdisaja i razgradnje. Izmjena plinova se događa stalno, anorganski spojevi sudjeluju u njoj tijekom prolaska kemijskih reakcija. Energetska funkcija sastoji se u asimilaciji i transformaciji biomase (biljke) vanjskog izvora – sunčeve svjetlosti. Funkcija koncentracije osigurava nakupljanje hranjivih tvari. Svi organizmi u procesu života akumuliraju potrebnu razinu sadržaja biokemijskih elemenata, koji se nakon smrti vraćaju u biosferu u obliku organskih i anorganskih spojeva. Redox funkcija je biokemijska reakcija. Javlja se tijekom života živog organizma i neophodna je karika u kruženju tvari.
Biomasa
Svi živi organizmi su neravnomjerno raspoređeni po Zemljinim sferama. Najveća koncentracija biomase opaža se na spojevima geosfera planeta. To se događa zbog stvaranja optimalnih životnih uvjeta (temperatura, vlažnost, tlak, prisutnost biokemijskih spojeva). Sastav biomase također nije istog tipa. Na kopnu, biljke imaju prednost; u hidrosferi životinje čine osnovu žive tvari. Gustoća biomase ovisi o geografskom položaju, dubini stanovanja u litosferi i visini u atmosferi. Broj biljnih i životinjskih vrsta je vrlo velik, ali stanište svih organizama je biosfera. Biologija, kao zasebna znanost, uvelike jeobjašnjava sve procese koji se u njemu odvijaju. Ovo je porijeklo, reprodukcija, migracija svih vrsta biomase.
Obilježja biosfere
Značaj i razmjer "žive ljuske" Zemlje osigurat će njezino stalno proučavanje od strane novih generacija prirodnih znanstvenika. Sustav je jedinstven po svojoj cjelovitosti, dinamičnom razvoju, uravnoteženosti. Kao njegovu glavnu i najiznenađujuću osobinu može se izdvojiti otpornost i sposobnost oporavka. Broj katastrofa tijekom postojanja biosfere kao živog filma planeta je ogroman. Oni su doveli do izumiranja većine biomase, značajno promijenili izgled planeta, ispravili procese koji se odvijaju na njegovoj površini i u jezgri. No, nakon svakog udarca, biosfera se obnavljala u izmijenjenom obliku, prilagođavajući se negativnom utjecaju ili ga potiskujući. Zato je Zemljina biosfera živi organizam koji može samostalno regulirati sve procese koji se događaju u prirodi.
Izgledi za razvoj
Svako moderno dijete u osnovnoj školi uči predmet kao što je prirodoslovlje (3. razred). Na tim lekcijama maloj osobi objašnjavaju što je svijet oko sebe i po kojim pravilima on postoji. Možda je vrijedno malo promijeniti program i naučiti djecu da poštuju i vole prirodu, tada će čovječanstvo moći stvoriti novu geosferu. Sva stoljećima nakupljena znanja o biosferi moraju se primijeniti za njezin daljnji razvoj, koji će podrazumijevati sjedinjenje prirode i čovjeka. Prije nego što bude prekasno popraviti ono što je učinjenoštete okolišu, ljudi bi trebali razmišljati o tome da se "živa ljuska" Zemlje može sama oporaviti, ali da istovremeno može eliminirati objekt koji uzrokuje trajno oštećenje njezine cjelovitosti i sklada.
