ЗМІСТ Введення
Глава 1.
Поняття про
біосферу ............................................... ........................... 3
1.1.
Межі біосфери ................................................ .................................. 4
1.2.
Склад і властивості біосфери .............................................. ...................... 6
Глава 2. Жива речовина біосфери ............................................... ................ 9
2.1. Властивості живої речовини ............................................... ........................ 9
2.2.
Функції живої речовини ............................................... ...................... 11
Глава 3. Геохімічні цикли,
кругообіг кисню, вуглекислого газу, азоту 13
3.1.
Кругообіг вуглекислого газу ............................................... ................. 14
3.2.
Кругообіг азоту ................................................ ................................... 17
3.3 Кругообіг кисню і водню ............................................. .......... 20
Глава 4.
Глобальні проблеми компонентів біосфери
Висновок
Література
Глава 1. Поняття про біосферу Це
будинок, створений на Землі життям і для
життя Б. Колілонера
Вперше
поняття біосфера, як «область життя», було введено в науку ж.б. Ламарном на початку 19 століття, а в геологію Е. Зюсом в 1875 р.
Він розумів під цим
терміном сукупність всіх організмів. Це визначення близько до сучасного
поняття біота.
Вернадський пішов значно далі. Його «біосфера не є тільки так звана область життя». Ця єдність живої і косної речовини
планети. Але не тільки. Це ще і зв'язок з
космосом, з космічними
випромінюваннями, прийнятими нашою
планетою, що будують її біосферу.
Біосфера становить верхню оболонку або геосферу, однією з великих концентричних областей нашої планети Землі.
Якщо з
поняттям «біосфери» за Зюссу пов'язувалося тільки наявність у трьох сферах земної оболонки (твердої, рідкої, газоподібної) живих організмів, то по В.І. Вернадському, їм відводиться роль найголовнішою геохімічної сили.
У такому випадку під поняттям біосфери розуміється весь
простір, де існує або коли-небудь існувало
життя, тобто, де зустрічаються живі організми або продукти їх життєдіяльності.
Біосфера охоплює частину атмосфери, верхню частину літосфери і гідросферу. Верхня межа біосфери проходить на висоті приблизно 20 км над
поверхнею Землі, а нижня на 6-7-кілометровій глибині.
Біосфера принципово відрізняється від інших земних оболонок оскільки є «комплексної». Вона не тільки «покрив» з живої речовини, але і середовище проживання
мільйонів видів живих істот, у тому числі і людини.
Вернадський не тільки сконкретізіровал та окреслив
межі життя в біосфері, роль живих організмів у
процесах планетарного масштабу. Він показав, що в природі немає потужної геологічної средообразующей) сили, ніж живі організми та продукти їх життєдіяльності. Ту частину біосфери, де живі організми зустрічаються в даний час зазвичай називають сучасною
біосферою, або необіосферой, а стародавні біосфери відносять до палеобіосферам, або до білих біосфера.
1.1. Межі біосфери Біосфера в атмосфері тягнеться приблизно д озонового екрану (біля полюсів - 8-10 км, у екватора - 17-18 км, над іншими
територіями - 20-25 км).
Гідросфера практично вся, в тому числі і найглибша западина (Маріанська) Світового океану (11022 м) зайнята життям. До необіосфере слід відносити також і донні відкладення, де можливе
існування живих організмів.
У літосферу життя проникає на кілька кілометрів, але в основному обмежується грунтовим шаром, але по окремих тріщин і печер вона поширюється на сотні метрів.
Межі палеобіосфери в атмосфері приблизно збігаються з необіосферой, під водами до палеобіосфере слід відносити і осадові породи, які практично повністю зазнали переробку живими організмами. Це товща від сотень метрів до десятків кілометрів. Це можна застосовувати й до літосфері, що пережила водну стадію функціонування.
Таким чином, межі біосфери визначаються наявністю живих організмів або «слідами» їх життєдіяльності.
Жива речовина утворило мізерно тонкий шар в загальній масі геосфер Землі. Його
маса складає 2420 млрд. тонн, що більш ніж в 2 тисячі разів менша за масу найлегшою оболонки Землі - атмосфери. Але ця незначна маса живої речовини зустрічається практично всюди - в даний час живі істоти відсутні лише в областях великого зледеніння та у кратерах діючих
вулканів.
«Повсюдністю життя» в біосфері зобов'язана потенційним можливостям і масштабом пріспомобляемості організмів, які поступово, захопивши моря і океани, вийшли на сушу і захопили її. В.І. Вернадський вважав, що це захоплення триває.
На рис. 4. наочно показані межі біосфери від висот атмосфери, де панують холод і низький тиск, до глибин океану, де тиск досягає 12 тисяч атмосфер. Це стало можливим, тому що межі толерантності температур у різних організмів - від абсолютного 0 до +180 ° С, а деякі бактерії можуть існувати у вакуумі. Широкий діапазон хімічних умов середовища для ряду організмів - від життя в оцті до життя під дією іонізуючої радіації (бактерії в котлах ядерних реакторів). Більш
того, витривалість деяких живих істот стосовно до окремих факторів виходить навіть за межі біосфери, тобто в них є ще певний «запас міцності» і потенційні можливості до поширення. Проте всі організми виживають ще й тому, що скрізь, де б не було їх місце проживання, існує біогенний струм атомів. Цей струм не зміг би
мати місця, в усякому разі, в наземних умовах, якщо б не було грунту.
У цілому екологічний діапазон поширення живої речовини дуже великий.
1 У 1977 р. в океані на глибині кількох кілометрів були виявлені гарячі вулканічні зони, в яких при температурі 350 ° С існують численні термофільні бактерії.
2 В експериментах американського дослідника Камерона
синьо-зелені водорості протягом кількох місяців не втрачали життєздатності в умовах, які
відповідали Маріанським.
3 Живе речовина не гине в рідкому азоті.
4 Деякі види, наприклад, ті ж синьо-зелені
водорості, не гинуть під дією потужного іоніщірующего
випромінювання і поселяються в епіцентрі ядерного вибуху вже після кількох днів його дії.
5 Жива речовина може зберігатися навіть в умовах відкритого
космосу. Так, третя експедиція
американських астронавтів забула на Місяці телекамеру. Коли через півроку її повернули на Землю, на внутрішній стороні кришки були виявлені земні бактерії, які без будь-яких шкідливих наслідків пережили тривале перебування за межами рідної планети.
1.2. Склад і властивості біосфери Біосфера, будучи глобальною
екосистемою (екосфери), як і будь-яка
екосистема, складається з абіотичної та біотичної частини.
Абіотичних частина представлена:
1. Грунтом і підстилаючих її породами до глибини, де ще є живі організми, що вступають в
обмін з речовиною цих порід і фізичним середовищем порового простору.
2.
Атмосферним повітрям до висот, на яких можливі ще прояви життя.
3. Водним середовищем - океани, річки, озера і т.п.
Біотична частина складається з живих організмів всіх таксонів, що здійснюють найважливішу функцію біосфери, без яких не може існувати
саме життя: біогенний струм атомів. Живі організми здійснюють цей струм атомів завдяки своєму диханню, харчуванню та
розмноження, забезпечуючи обмін речовиною між усіма частинами біосфери.
В основі біогенної міграції атомів в біосфері лежать два біохімічних принципу:
6 прагнути до максимального прояву, до «повсюдністю» життя;
7 забезпечити виживання організмів, що збільшує саму біогенну міграцію.
Ці закономірності виявляються насамперед у прагненні живих організмів «захопити» всі більш-менш пристосовані до їхнього життя простору, створювала екосистему або її частину. Але будь-яка екосистема має межі, має свої межі в планетарному масштабі і біосфера.
При загальному розгляді біосфери, як планетарної
екосистеми, особливого значення набуває уявлення про її живу речовину, як про якусь загальної живої маси планети.
Під живою речовиною В.І. Вернадський розуміє всю кількість живих організмів планети як єдине ціле.
Його хімічний
склад підтверджує єдність природи - він складається з тих самих елементів, що й нежива
природа, тільки співвідношення цих елементів
різне і будова молекул інше.
Властивості біосфери
Біосфері, як і складових її іншим
екосистемам більш низького рангу, властива система властивостей, які забезпечують її функціонування, саморегулювання,
стійкість і інші параметри. Розглянемо основні з них.
1. Біосфера - централізована система.
Центральною ланкою її виступають живі організми (живу речовину).
2. Біосфера - відкрита система. Її існування немислиме без надходження енергії із зовні.
Вона відчуває вплив космічних сил, перш за все сонячної активності.
3. Біосфера - саморегулююча система, для якої, як зазначав Вернадський,
характерна організованість. В даний час це властивість називається
гомеостазом, розуміючи під ним здатність повертатися в початковий стан, гасити виникаючі обурення включенням ряду
механізмів. Біосфера за свою історію пережила ряд таких збурень, справляючись про *** (виверження вулканів,
зустрічі з астероїдами,
землетрусу, горотворення тощо), завдяки дії гомеостатичних механізмів і, зокрема, принципу Ле-Гіателье-Брауна при дії на систему сил, що виводять її зі
стану стійкої рівноваги, останнє зміщується в тому напрямку, при якому ефект цього впливу послаблюється.
Небезпека сучасної екологічної ситуації пов'язана насамперед з тим, що порушується лінія механічного
гомеостазу і принцип Ле-Гіателье-Брауна, якщо не в планетарних, то у великих регіональних масштабах. Результат - розпад екосистем, або поява нестійких, практично позбавлених властивостей гомеостазу систем типу агроценозу або урбанізованих комплексів.
4. Біосфера - система, що характеризується великою різноманітністю.
Різноманітність - найважливіша властивість всіх екосистем.
Біосфера як глобальна екосистема, що характеризується максимальним серед інших систем різноманітністю. Різноманітність розглядається як основна умова стійкості будь екосистеми і біосфери в цілому. Це умова так універсально, що сформувалося в якості закону.
5. Найважливіша властивість біосфери - наявність у ній механізмів, що забезпечують кругообіг речовини і пов'язаного з ним невичерпність окремих хімічних елементів і їх сполук.
Глава 2. Жива речовина біосфери «На земній
поверхні немає хімічної сили, могутнішим за своїми кінцевим наслідків, ніж живі організми, взяті в цілому».
Що принципово відрізняє нашу планету від будь-якої іншої
планети Сонячної системи? Наявність життя. «Якби на Землі не було життя, обличчя її було б точно також незмінним і хімічним інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил».
Жива речовина біосфери є сукупність всіх її живих організмів. Як учений В.І. Вернадський розуміє, що об'єкт його досліджень потребує деяких характеристик, а тому зазначає: «Я буду називати сукупність організмів, зведених до маси, хімічного складу і енергії, живою речовиною». Жива речовина в його розумінні - це форма активної матерії, і її
енергія тим більше, чим більше маса живої речовини. Поняття «жива речовина» ввів у науку В.І. Вернадський і розумів над ним сукупність всіх живих організмів планети.
Які ж властивості живої речовини?
2.1. Властивості живої речовини 1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною
енергією, яку можна було б порівняти хіба що з вогненним потоком лави, але енергія лави не довготривала.
2. У живу речовину, завдяки присутності
ферментів,
хімічні реакції відбуваються в тисячі, а іноді і в
мільйони разів швидше, ніж у неживий. Для життєвих
процесів характерне те, що отримані організмом речовини і енергія переробляються і віддаються в значно більших кількостях. Наприклад, маса комах, яких з'їдає синиця за день, дорівнює її власній масі, а деякі гусениці вживають і переробляють за добу в 200 разів більше їжі, ніж важать самі.
3. Індивідуальні хімічні елементи (
білки,
ферменти, а іноді й окремі
мінеральні сполуки синтезуються тільки в живих організмах).
4. Жива речовина прагне заповнити собою весь можливий простір. В.І. Вернадський називає дві специфічні форми руху живої речовини:
а) пасивну, яка здійснюється
розмноженням, і властива як
тваринам, так і рослинним організмам;
б) активну, яка здійснюється за рахунок спрямованого руху організмів (меншою мірою
характеру для рослин).
5. Жива речовина проявляє значно більшу
морфологічне та хімічна різноманітність, ніж неживе. У природі відомо понад 2 млн. органічних сполук, які входять до складу живої речовини, тоді коли кількість
мінералів неживої речовини становить близько 2 тис., тобто на три порядки нижче.
6. Живе речовина представлено дисперсними тілами - індивідуальними організмами, кожен з яких має свій власний генезис, свій генетичний
склад. розміри індивідуальних організмів коливається від 2 нм у найменших до 100 м (діапазон більш 109). Найбільшими з рослин вважаються секвої, а з тварин - кити. На думку Вернадського, мінімальні і максимальні розміри організмів визначаються граничними можливостями їх газового обміну з середовищем.
7. Будучи дисперсним, жива речовина ніколи не потрапляє на Землі в
морфологічно чистій формі, наприклад у вигляді популяційного виду. Вона може існувати тільки у вигляді біоценозу: «... навіть простенький біоценоз якогось сухого соснячка на пісочку є угруповання, яке складається приблизно з тисячі видів живих організмів».
8. Принцип Реді (флорентійський академік, лікар і натураліст, 1626-1697: «все живе з живого» - є відмінною особливістю живої речовини, яка існує на Землі у формі безперервного чергування поколінь і характеризується генетичної зв'язком з живою речовиною всіх минулих геологічних епох. Неживі абіогенним речовини, як відомо, надходять в біосферу з космосу, ним же виносяться порціями з оболонки земної кулі. Вони можуть бути аналогічними по складу, але генетичного зв'язку в загальному випадку у них немає. "Принцип Реді ... не вказує на неможливість абіогенез поза біосфери або при встановлення наявності в
біосфері (тепер або раніше) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки »[8].
9. Жива речовина в особі конкретних організмів, на відміну від неживого, здійснює протягом свого історичного життя грандіозну роботу. По суті, тільки біогенні речовини метабіосфери - це інтеграл маси живої речовини, тоді як маса неживого речовини земного походження є величиною постійною в геологічній історії: 1 г архейського граніту і сьогодні залишається 1 г того ж речовини, а та ж маса живої речовини, тобто 1 г, протягом мільярдів років існувала за рахунок зміни поколінь і весь цей час виконувала
геологічну роботу.
2.2. Функції живої речовини Які ж
функції живої речовини в біосфері?
В.І. Вернадський називає такі: а) газова; б) киснева; в) описова; г) кальціонная; д) відновна; е) концентраційна; ж) руйнування органічних речовин; з) відновного розпаду; і)
метаболізму та
дихання організмів.
А.В. Лапо перегрупував названі Вернадським
функції (табл. 1).
Таблиця 1.
Основні
функції живої речовини в біосфері