Mēs visi esam daļa no dzīvās čaulas – biosfēras. Šī ir unikāla ne tikai mūsu planētas, bet arī visas galaktikas ekosistēma. Protams, jaunākie pētījumi ir apstiprinājuši, ka organiskās vielas ir atrastas uz Marsa un dažādiem asteroīdiem, taču šāda dzīvības formu dažādība ir raksturīga tikai Zemei. Ja esat gatavs nedaudz paplašināt savu redzesloku un pārsniegt skolas mācību programmu, ir pienācis laiks runāt sīkāk par biosfēras īpašībām, tās uzbūvi un galvenajām funkcijām.
Biosfēras jēdziens un tās būtība
Biosfēra ir nosacīts Zemes apvalks, kurā dzīvo dzīvi organismi. Kāpēc nosacīti? Fakts ir tāds, ka citi planētas apvalki (zemes, ūdens un gaisa) ierāmē planētu ar nepārtrauktu slāni. Vispirms nāk zemes un okeāna garoza (litosfēra), tad hidrosfēra (tā apvieno visas ūdenstilpes), pēc tam - atmosfēra.(gaisa apvalks vienmērīgi nonāk kosmosā). Grūti iedomāties biosfēru kā konkrētu slāni, jo dzīvie organismi ir vienmērīgi sadalīti pa visu Zemes virsmu un var dzīvot visos trīs elementos.
Biosfēras būtiskās īpašības aizsākās senatnē, taču tā joprojām ir mūsu planētas "jaunākā" čaula. Dzīvība uz Zemes radās salīdzinoši nesen, tikai pirms 3,8 miljardiem gadu, kas, salīdzinot ar planētas vecumu, ir tikai sīkums. Ir divi biosfēras jēdzieni:
- Pirmais apvalks definē kā visu planētas organisko vielu kopums. Tas kalpoja par pamatu terminam, kas tiek lietots līdz mūsdienām.
- Otro koncepciju ierosināja V. I. Vernadskis, viņš uzskatīja, ka biosfēra ir dzīvās un nedzīvās dabas neatņemama vienotība un mijiedarbība šo definīciju plašā nozīmē.
Tomēr galvenās biosfēras īpašības nosaka tieši tās organiskā sastāvdaļa. Galu galā šī ir tā būtiskā atšķirība no citiem Zemes apvalkiem.
Biosfēras doktrīna un termina izcelsme
Dzīvā apvalka jēdziens tika ierosināts 19. gadsimtā. Žans Batists Lamarks sniedza īsu biosfēras aprakstu, savukārt oficiālais nosaukums vēl pat neeksistēja. 1875. gadā austriešu paleontologs un ģeologs Eduards Suess pirmo reizi ieviesa terminu "biosfēra", kas tiek lietots joprojām.
Padomju filozofs un bioģeoķīmiķis V. I. Vernadskis sniedza milzīgu ieguldījumu visas dzīvības izpētē uz Zemes, viņš kļuva slavens, pateicoties holistiskas biosfēras doktrīnas izveidei. ATviņa rakstos dzīvie organismi darbojas kā spēcīgs spēks, kas nepārtraukti piedalās planētas Zeme transformācijā.
Dzīvo organismu ierobežojumi
Vispārīgs biosfēras apraksts sākas ar aprakstu par robežām, kurās var dzīvot dzīvi organismi. Daži no tiem ir diezgan izturīgi un var izturēt pat viskritiskākos apstākļus.
Biosfēras robežas:
- Augšējā robeža. To nosaka atmosfēra, un konkrēti Zemes ozona slānis, tas ir aptuveni 15-20 kilometri. Jo tuvāk ekvatoram, jo spēcīgāks ir planētas aizsargekrāns. Virs ozona slāņa dzīvība vienkārši nav iespējama, jo ultravioletais starojums nav savienojams ar organisma šūnu dzīvībai svarīgo darbību. Turklāt skābekļa daudzums ievērojami samazinās līdz ar augumu, un tas arī kaitē dzīvām būtnēm.
- Apakšējā robeža. Pēc litosfēras noteiktais maksimālais iespējamais dziļums nepārsniedz 3,5 - 7,5 kilometrus. Tas viss ir atkarīgs no kritiskā temperatūras paaugstināšanās, kurā notiek olb altumvielu struktūru denaturācija. Tomēr lielākā daļa dzīvo organismu ir koncentrēti tikai dažu metru dziļumā, tā ir augu, sēņu, mikroorganismu, kukaiņu un dzīvnieku sakņu sistēma, kas dzīvo bedrēs.
- Robežas hidrosfērā. Dzīvi organismi var pastāvēt absolūti jebkurā okeāna daļā: no ūdens virsmas (planktons, aļģes) līdz dziļūdens tranšeju dibenam. Piemēram, zinātnieki ir pierādījuši, ka dzīvība pastāv pat Marianas tranšejā 11 kilometru dziļumā.
Live čaulas struktūra
Biosfēras galvenās īpašības ietvertās struktūra. Vernadskis izdalīja vairākus vielu veidus, kas veido dzīvo apvalku. Turklāt tiem var būt gan organiska, gan neorganiska izcelsme:
- Dzīvā viela. Tas ietver visu, kam ir šūnu struktūra. Tomēr dzīvās vielas masa biosfēras struktūrā ir maza un burtiski veido vienu miljono daļu no visa apvalka. Biosfēras dzīvās vielas iezīme ir tā, ka tā ir vissvarīgākā mūsu planētas daļa. Galu galā tieši dzīvie organismi pastāvīgi ietekmē Zemes izskatu, mainot tās virsmas struktūru.
- Biogēna viela. Tās ir struktūras, kuras rada un apstrādā dzīvi organismi. Pārsteidzoši, ka miljoniem gadu dzīvās būtnes caur savu orgānu sistēmām ir izgājušas gandrīz visu pasaules okeānu, milzīgu daudzumu atmosfēras gāzu un lielu minerālvielu masu. Šajos procesos iegūst organiskas izcelsmes minerālus, piemēram, naftu, karbonātus un ogles.
- Inerta viela. Tie ir nedzīvas dabas produkti, kas veidojušies bez tiešas dzīvo organismu līdzdalības. Tas ietver akmeņus, minerālus un augsnes neorganisko daļu.
- Bioinerta viela. Mēs atceramies, ka dzīvie organismi pastāvīgi ietekmē planētu. Tā rezultātā veidojas vielas, kas ir inerto struktūru sabrukšanas un iznīcināšanas produkti. Šajā grupā ietilpst augsne, atmosfēras garoza un organiskas izcelsmes nogulumieži.
- Arī biosfēras struktūra var ietvert vielas, kas atrodasradioaktīvās sabrukšanas stāvoklis.
- Atomi ir atsevišķa grupa, kas nepārtraukti rodas jonizācijas procesā kosmiskā starojuma ietekmē.
- Pēdējā laikā biosfēras struktūrā ir iekļautas ārpuszemes (kosmiskas) izcelsmes vielas.
Dzīvā viela citos Zemes apvalkos
Ja sīki pakavēsimies pie biosfēras īpašībām un sastāva, tad nevar neapsvērt dzīvo organismu dzīvības aktivitātes īpatnības citos planētas apvalkos:
Aerosfēra. Dzīvus organismus nevar suspendēt atmosfēras slāņos, mikroskopiski ūdens pilieni kalpo par substrātu aerobiontu dzīvībai, bet saules aktivitāte un aerosoli darbojas kā neizsīkstošas enerģijas avots. Organismus, kas dzīvo atmosfērā, iedala trīs grupās. Trobobionti - aktīvi darbojas kosmosā no koku galotnēm līdz gubu mākoņiem. Altobionti ir organismi, kas spēj izdzīvot retākā gaisā. Parabionti - nejauši iekrīt atmosfēras augstākajos slāņos. Šādā augstumā tie zaudē spēju vairoties, un to dzīves cikls ir ievērojami samazināts
Ģeobiosfēra. Zemes garoza kalpo kā substrāts un biotops ģeobiontiem. Šis apvalks ietver arī vairākus līmeņus, kuros dzīvo noteiktas dzīvības formas. Terrabionti ir organismi, kas dzīvo tieši uz zemes virsmas. Savukārt terabiosfēra ir sadalīta vēl vairākos čaumalās: fitosfērā (zona no koku galotnēm līdzzemes virsma) un ipedosfēra (augsnes slānis un atmosfēras garoza). Eoliskā zona - augstkalnu apgabali, uz kuriem dzīvība nav iespējama pat augstākiem augiem. Eolobionti ir tipiski šīs zonas pārstāvji. Litobiosfēra - dziļi zemes garozas slāņi. Šī zona ir sadalīta hipoterrabiosfērā (vieta, kur var dzīvot aerobās (skābekli nepieciešamas) dzīvības formas) un telurobiosfērā (šeit var izdzīvot tikai anaerobie (bez skābekļa) organismi). Turklāt litobiontus var atrast litobiosfērā, kas dzīvo gruntsūdeņos un iežu porās
Hidrobiosfēra. Šī teritorija aptver visas mūsu planētas ūdenstilpes (izņemot gruntsūdeņus un atmosfēras mitrumu), tostarp ledājus. Jūru un okeānu iemītniekus sauc par hidrobiontiem, kurus savukārt iedala: Akvabiontos – kontinentālo ūdeņu iemītnieki. Marinobionti ir dzīvi jūru un okeānu organismi. Atkarībā no saules gaismas daudzuma, kas iekļūst ūdens stabā, izšķir trīs dzīvības līmeņus: Fotosfēra ir visvairāk apgaismotā zona. Disfotosfēra vienmēr ir okeāna krēslas apgabals (ne vairāk kā 1% no insolācijas). Afotosfēra - absolūtas tumsas zona
No tundras līdz tropu mežiem. Planētu biomu klasifikācija
Biosfēras īpašības ir nesaraujami saistītas ar bioma jēdzienu. Šis termins attiecas uz lielām bioloģiskām sistēmām, kurām ir noteikts dominējošais veģetācijas veids vai specifiskas ainavas iezīmes. Kopā ir deviņi. Zemāk ir īss apraksts par galvenobiomu biosfēra:
- Tundra. Plašs bezkoku plašums, kas aizņem Eirāzijas un Ziemeļamerikas ziemeļu daļas. Šīs zonas veģetācija nav bagāta, galvenokārt ķērpji, sezonālās zāles un sūnas. Fauna ir daudzveidīgāka, īpaši gada siltajos mēnešos, kad sākas daudzu putnu un dzīvnieku sugu migrācijas sezona.
- Taiga. Galvenais veģetācijas veids šajā apgabalā ir skujkoku meži. Bioms aizņem apmēram 11% no visas zemes platības. Neskatoties uz skarbajiem laikapstākļiem, taigā ir ārkārtīgi daudzveidīga flora un fauna.
- Nolemti meži. atrodas mērenajā zonā. Klimata sezonalitāte un pietiekams mitruma daudzums ļāva šajā biomā attīstīties noteikta veida veģetācijai. Tās galvenokārt ir platlapju koku sugas. Turklāt šajos mežos mīt daudzi zīdītāji, putni un sēnes, nemaz nerunājot par kukaiņiem un mikroorganismiem.
- Stepes. Šo biomu pārstāv Āzijas stepes un klasiskās Ziemeļamerikas prērijas. Visbiežāk tās ir brīvas vietas bez kokiem, jo to ietekmē ievērojams mitruma deficīts. Taču dzīvnieku pasaule joprojām ir daudzveidīga.
- Vidusjūras zona. Tāda paša nosaukuma jūras apkārtnei raksturīgas karstas un diezgan sausas vasaras un ļoti ērtas vēsas ziemas. Tipisku veģetāciju pārstāv cietu lapu meži, ērkšķaini krūmi un zāles.
- Tuksneši. Diemžēl vairāk nekā 30% zemes aizņem teritorijas, kas nepavisam nav labvēlīgas dzīvo organismu apdzīvošanai. Līdzās ir atrodamas tuksneša zonasvisā Āfrikā un Austrālijā, Dienvidamerikā, kā arī dienvidos, dienvidrietumos un Eirāzijas centrā. Šo reģionu flora un fauna ir diezgan ierobežota.
- Savannas. Šis bioms ir atvērta telpa, kas ir pilnībā klāta ar zāli un atsevišķiem kokiem. Neskatoties uz to, ka šīs ir diezgan nabadzīgas augsnes, šīs zonas fauna ir pārsteidzoša savā daudzveidībā. Savannas ir raksturīgas Āfrikai, Dienvidamerikai un Austrālijai.
- Dzelteni (tropu) meži. Šī zona izceļas ar dīvainām ērkšķainu krūmu formām un gadsimtiem veciem kokiem - baobabiem. Nevienmērīgā nokrišņu sadalījuma dēļ šī bioma veģetācija ir diezgan reta. Tropu meži ir sastopami Dienvidrietumu Āzijā un Āfrikā.
Tropu meži. Šī ir mūsu planētas mitrākā zona. Šīs biomas veģetācija ir pārsteidzoša savā mērogā un daudzveidībā. Plašlapu lietus meži atrodas lielu pilnas plūsmas upju baseinos, piemēram, Amazones, Orinoko, Nigēras, Zambezi, Kongo. Tie aptver arī Dienvidaustrumāzijas pussalas un arhipelāgus
Dzīvā apvalka pamatfunkcijas dabā
Ir pienācis laiks apsvērt galvenās biosfēras funkcijas un to īpašības:
- Enerģija. Šo funkciju veic augi, kas piedalās fotosintēzes procesā. Uzkrājot saules enerģiju, viņi vai nu sadala to starp citām dzīvā apvalka sastāvdaļām, vai arī uzkrāj mirušās organiskās daļiņās. Šādi parādās degošie minerāli (ogles, kūdra, nafta).
- Gāze. Dzīvi organismi ir iesaistīti notiekošajā gāzu apmaiņā.
- Koncentrēšanās. Dažām dzīvības formām ir iespēja selektīvi uzkrāt biogēnos elementus no ārējās vides. Pēc tam tie var kalpot kā šo vielu avots.
- Iznīcinoši. Dzīvie organismi pastāvīgi ietekmē vidi, sadalot un apstrādājot tās virsmu. Tādā veidā veidojas inerta un bioinerta viela.
- Vide veidojošs. Biosfēra uztur labvēlīgu un nelabvēlīgu vides apstākļu līdzsvaru, kas nepieciešami organismu pilnvērtīgai dzīvei.
Biosfēras īpašības
Tā kā dzīvā čaula ir ļoti sarežģīta sistēma, biosfēras īpašības nevar iztikt bez pamatīpašībām, kas nosaka tās specifiku:
- Centralizācija. Visi procesi dzīvajā čaulā ir koncentrēti ap dzīviem organismiem, tie ieņem centrālo vietu biosfēras doktrīnā.
- Atklātība. Biosfēra var pastāvēt tikai pateicoties enerģijai no ārpuses, šajā gadījumā tā ir saules aktivitāte.
- Pašpielāgošanās. Biosfēra ir "holistisks organisms", kam, tāpat kā dzīvai būtnei, piemīt homeostāzes spēja.
- Dažādība. Uz zemes dzīvo milzīgs skaits dzīvnieku, augu, mikroorganismu un sēņu.
- Vielu aprites nodrošināšana. Pateicoties dzīviem organismiem, notiek fotosintēze un vielu cirkulācija. Biosfēras raksturlielumos šie divi procesi ieņem vienu no galvenajām vietām.
Evolūcija un vēstureZemes dzīvās čaulas attīstība
Ja raksturojam biosfēru no evolūcijas viedokļa, varam teikt, ka šī ir vienīgā čaula, kas nepārtraukti attīstās un pilnveidojas. Tas viss ir par dzīvo matēriju, tā ir tā, kas nepārtraukti attīstās. Dzīvās čaulas neorganiskajai daļai nav spēju attīstīties. Ja mēs runājam par biosfēras īpašībām nākotnē, tad viss ir nedaudz sarežģītāk. Apvalks kļūst arvien nestabilāks, un ir ļoti grūti paredzēt turpmāko attīstību.
Mākslīgā biosfēra
Cilvēks nevar pastāvēt ārpus dzīvās čaulas, ir ļoti grūti reproducēt visu, ko tas mums var dot. Biosfēras īpašības ir tik unikālas, ka cilvēce joprojām nevar pilnībā atjaunot savus apstākļus mākslīgā vidē. Tomēr zinātne nestāv uz vietas un, iespējams, nākotnē zinātnieki gūs zināmus panākumus šajā virzienā.
