Visas planētas Zeme dzīvās būtnes nonāk ciešā saskarē cita ar citu un ar vidi, tādējādi veidojot ekosistēmas. Šīs mijiedarbojošo organismu kopienas nav izolētas viena no otras. Viņus savstarpēji saista dažādas attiecības, galvenokārt pārtika. Ekosistēmu kopums veido vienotu planētu ekosistēmu, ko sauc par biosfēru. Šajā rakstā tiks apskatīta biosfēras struktūra, tās sastāvs un galvenās funkcijas.
Zinātne
Šo jēdzienu zinātnē pirmo reizi ieviesa J. B. Lamarks tālajā 1803. gadā, un tas nozīmēja visu dzīvo organismu kopumu uz planētas Zeme. Deviņpadsmitā gadsimta beigās terminu "biosfēra" lietoja J. Zuse, iekļaujot biosfēras struktūrā nogulumiežu nedzīvo vielu. Biosfēras doktrīna parādījās 1926. gadā, kad V. I. Vernadskis tā vai citādi apkopoja milzīgu daudzumu zinātniskās informācijas.ilustrē attiecības starp dzīvo un nedzīvo vielu. Zinātnieks spēja parādīt, ka mūsu planētu ne tikai apdzīvo dzīvi organismi, bet arī tie tiek aktīvi pārveidoti. Turklāt, pēc Vernadska domām, cilvēka iejaukšanās dabas procesos ir tik nozīmīga, ka var runāt par noosfēru – jaunu fāzi biosfēras attīstībā. Mūsdienās biosfēras zinātne apvieno dažādu zināšanu jomu datus. To vidū ir bioloģija, ķīmija, ģeoloģija, klimatoloģija, okeanoloģija, augsnes zinātne un citas.
Biosfēras uzbūve ir tāda, ka dzīvie organismi var patstāvīgi uzturēt nepieciešamo augsnes, atmosfēras un hidrosfēras sastāvu. Viņiem ir galvenā vides loma. Pamatojoties uz to, zinātnieki izvirzīja hipotēzi, ka augsni un gaisu ir radījuši paši dzīvie organismi simtiem miljonu evolūcijas gadu laikā. Izpētījis ģeoloģisko iežu, kas atrodas dziļāk par Kembriju, struktūras līdzības ar vēlākiem akmeņiem, Vernadskis ierosināja, ka dzīvība uz planētas pastāvēja vienkāršāko organismu veidā gandrīz no sākuma. Vēlāk ģeologi pierādīja šīs hipotēzes maldīgumu.
Tā kā saule ir enerģētiskais pamats visas dzīvības pastāvēšanai uz Zemes, tad biosfēru var uzskatīt par čaulu, kuras uzbūve un sastāvs veidojas dzīvo organismu kopīgas darbības rezultātā un to nosaka saules enerģijas pieplūdums. Tagad iepazīsimies ar Zemes biosfēras uzbūvi.
Dzīvs un nedzīvs
Ņemot vērā biosfēras sastāvu un uzbūvi, pirmkārtir vērts atzīmēt, ka tā sastāv no dzīvas un nedzīvas vielas (inertās vielas). Lielākā daļa dzīvo organismu ir koncentrēti trīs Zemes ģeoloģiskajos apvalkos: atmosfērā (gaisa slānis), hidrosfērā (okeānos, jūrās un tā tālāk) un litosfērā (augšējais iežu slānis). Tomēr šīs čaulas lielākajā ekosistēmā ir izvietotas nevienmērīgi. Tādējādi hidrosfēra ir pilnībā pārstāvēta biosfēras struktūrā, savukārt litosfēra un atmosfēra ir daļēji (attiecīgi augšējais un apakšējais slānis).
Biosfēras nedzīvā sastāvdaļa sastāv no:
- Biogēna viela, kas ir dzīvo organismu dzīvībai svarīgās darbības produkts. Tajā ietilpst: ogles, nafta, kūdra, dabīgais kaļķakmens, gāze utt.
- Bioinerta viela, kas ir organismu dzīvībai svarīgās darbības un nebioloģisko procesu kopīgs rezultāts. Tas ietver: augsni, dūņas, ūdens rezervuārus un tā tālāk.
- Inerta viela, kas ir iekļauta bioloģiskajā ciklā, bet nav dzīvo organismu vitālās darbības produkts. Šajā grupā ietilpst: ūdens, metālu sāļi, atmosfēras slāpeklis utt.
Biosfēras robežas
Tādi jēdzieni kā biosfēras sastāvs, struktūra un robežas ir cieši saistīti viens ar otru. Neskatoties uz to, ka baktērijas un sporas ir atrastas augstumā līdz 85 kilometriem, tiek uzskatīts, ka biosfēras augšējā robeža ir 20-25 km. Lielā augstumā dzīvās vielas koncentrācija ir niecīga saules starojuma spēcīgās ietekmes dēļ.
Hidrosfērā dzīvība ir klātesoša visur. Un pat Marianas tranšejā, kuras dziļums ir 11 km, zinātnieksno Francijas Dž. Pikārs novērojis ne tikai bezmugurkaulniekus, bet arī zivis. Baktērijas, aļģes, foraminifera un vēžveidīgie dzīvo zem vairāk nekā 400 metriem Antarktikas ledus. Baktērijas atrodas zem kilometru dūņu slāņa un gruntsūdeņos. Neskatoties uz to, lielākā dzīvo būtņu koncentrācija tiek novērota dziļumā līdz 3 km. Tādējādi biosfēras robežas un struktūra dažādās planētas daļās var atšķirties.
Atmosfēra, litosfēra un hidrosfēra
Atmosfēru galvenokārt veido skābeklis un slāpeklis. Tas satur nelielu daudzumu argona, oglekļa dioksīda un ozona. Gan sauszemes, gan ūdens radījumu dzīve ir atkarīga no atmosfēras stāvokļa. Skābeklis ir nepieciešams dzīvo organismu elpošanai un mirstošo organisko vielu mineralizācijai. Oglekļa dioksīdu augi izmanto fotosintēzei.
Litosfēras biezums ir no 50 līdz 200 km, tomēr tās augšējā slānī vairāku desmitu centimetru biezumā koncentrējas galvenais dzīvo organismu sugu skaits. Dzīvības izplatība dziļi litosfērā ir ierobežota vairāku faktoru dēļ, no kuriem galvenie ir: gaismas trūkums, augsts vidējas un augstas temperatūras blīvums. Tādējādi dzīvības izplatības apakšējā robeža litosfērā ir 3 km dziļums, kurā tika konstatēti daži baktēriju veidi. Taisnības labad jāatzīmē, ka viņi nedzīvoja zemē, bet gan gruntsūdeņu un naftas apvāršņos. Litosfēras vērtība ir tajā, ka tā dod dzīvību augiem, barojot tos ar visām nepieciešamajām vielām.
Hidrosfērair būtiska biosfēras sastāvdaļa. Apmēram 90% ūdens krājuma nonāk Pasaules okeānā, kas aizņem 70% no planētas virsmas. Tajā ir 1,3 miljardi km3, un upēs un ezeros ir 0,2 miljoni km3 ūdens. Vissvarīgākais organisma dzīvības aktivitātes faktors ir skābekļa un oglekļa dioksīda saturs ūdenī.
Aizraujoši skaitļi
Biosfēras sastāvs, struktūra un funkcijas pārsteidz ar savu mērogu. Tagad mēs uzzināsim dažus interesantus faktus. Ūdens satur 660 reizes vairāk oglekļa dioksīda nekā gaiss. Uz sauszemes dominē augu pasaules daudzveidība, bet jūrā - dzīvnieku pasaule. 92 procenti no visas biomasas uz zemes ir zaļie augi. Okeānā 94% ir mikroorganismi un dzīvnieki.
Vidēji reizi astoņos gados Zemes biomasa atjaunojas. Sauszemes augiem tam nepieciešami 14 gadi, okeāna augiem - 33 dienas. Paies 3000 gadu, lai viss zemeslodes ūdens izietu cauri dzīviem organismiem, skābeklis - līdz 5000 gadiem un oglekļa dioksīds - 6 gadi. Slāpeklim, ogleklim un fosforam šie cikli ir vēl garāki. Bioloģiskais cikls nav slēgts – aptuveni 10% dzīvās vielas nonāk nogulumu nogulumos un apbedījumos.
Biosfēra veido tikai 0,05% no mūsu planētas masas. Tas aizņem apmēram 0,4% no Zemes tilpuma. Dzīvo būtņu masa ir tikai 0,01-0,02% no inertās vielas masas, tomēr tām ir ļoti nozīmīga loma ģeoķīmiskajos procesos.
200 miljardi tonnu organiskās sausnas tiek saražoti katru gadu, unFotosintēze absorbē 170 miljardus tonnu oglekļa dioksīda. Mikroorganismu vitālās darbības procesā biogēnajā ciklā katru gadu tiek iesaistīti 6 miljardi tonnu slāpekļa un 2 miljardi tonnu fosfora, kā arī milzīgs daudzums dzelzs, magnija, sēra, kalcija un citu elementu. Šajā laikā cilvēce saražo aptuveni 100 miljardus tonnu minerālu.
Organismi savas dzīves laikā sniedz būtisku ieguldījumu vielu apritē, stabilizējot un pārveidojot biosfēru, kuras īpašības un uzbūve liek domāt par augstāko spēku klātbūtni.
Enerģijas funkcija
Pēc iepazīšanās ar biosfēras uzbūvi un sastāvu, pāriesim pie tās funkcijām. Sāksim ar enerģiju. Kā zināms, augi absorbē saules starojumu un piesātina biosfēru ar dzīvībai svarīgu enerģiju. Aptuveni 10% no uztvertās gaismas ražotāji izmanto savām vajadzībām (galvenokārt šūnu elpošanai). Viss pārējais tiek izplatīts pa barības ķēdēm visās biosfēras ekosistēmās. Daļa enerģijas tiek saglabāta zemes zarnās, piesātinot tās ar savu spēku (ogles, eļļa utt.).
Pat īsumā ņemot vērā biosfēras funkcijas un struktūru, viņi vienmēr izceļ redoksfunkciju kā enerģijas pasugu. Ķīmisintētiskās baktērijas kā ražotājas var iegūt enerģiju no neorganisko savienojumu oksidācijas un reducēšanas reakcijām. Sērūdeņraža oksidēšanās procesā sēra baktērijas barojas ar enerģiju, bet dzelzs (no 2-valentās līdz 3-valentās) - dzelzs baktērijas. Nitrifikācijas arī nesēdiet bezlietas. Tie oksidē amonija savienojumus par nitrātiem un nitrītiem. Tāpēc zemnieki mēslo savus laukus ar amonija savienojumiem, ko augi paši neuzsūc. Mēslojot augsni tieši ar nitrātiem, augu uzglabāšanas audi tiek pārsātināti ar ūdeni, kas izraisa to garšas pasliktināšanos un palielina gremošanas slimību risku tiem, kas tos ēd.
Vides veidošanas funkcija
Dzīvi organismi veido augsni, kā arī regulē zemes gaisa un ūdens čaulu sastāvu. Ja fotosintēze uz planētas nepastāvētu, atmosfēras skābekļa krājumi tiktu izlietoti 2000 gadu laikā. Turklāt burtiski viena gadsimta laikā, palielinoties oglekļa dioksīda koncentrācijai gaisā, organismi sāktu mirt. Vienas dienas laikā mežs var absorbēt līdz 25% oglekļa dioksīda no 50 metru gaisa slāņa. Vidēja izmēra koks var nodrošināt skābekli četriem cilvēkiem. Viens hektārs lapu koku meža, kas atrodas netālu no pilsētas, ik gadu aiztur aptuveni 100 tonnas putekļu. Baikāla ezers, kas ir slavens ar savu kristāldzidrumu, ir tāds, pateicoties mazajiem vēžveidīgajiem, kas to “filtrē” trīs reizes gadā. Un tie ir tikai daži piemēri, kā dzīvie organismi regulē vielu sastāvu biosfērā.
Koncentrācijas funkcija
Dzīvas būtnes, un jo īpaši mikroorganismi, spēj koncentrēt daudzus biosfērā atrodamos ķīmiskos elementus. Gandrīz 90% augsnes slāpekļair zilaļģu darbības rezultāts. Baktērijas var koncentrēt dzelzi (piemēram, oksidējot ūdenī šķīstošo bikarbonātu līdz savā vidē nogulsnētam hidroksīdam), mangānu un pat sudrabu. Šī apbrīnojamā īpašība ļāva zinātniekiem uzskatīt, ka uz Zemes ir tik daudz metālu nogulumu, pateicoties mikroorganismiem.
Dažās valstīs tādus elementus kā germānija un selēns iegūst no augiem. Fucus aļģes var uzkrāt 10 000 reižu vairāk titāna, nekā ir apkārtējā jūras ūdenī. Katra brūnaļģu tonna satur vairākus kilogramus joda. Austrālijas ozols uzkrāj alumīniju, priede - beriliju, bērzs - bāriju un stronciju, lapegle - niobiju un mangānu, bet torijs ir koncentrēts apsē, putnu ķiršos un eglē. Turklāt daži augi pat "vāc" dārgmetālus. Tātad 1 tonnā vērmeļu pelnu var būt līdz 85 gramiem zelta!
Destruktīvā funkcija
Zemes biosfēras un tās vides ķīmiskā struktūra ietver ne tikai radošus, bet arī destruktīvus procesus. Tomēr tiem ir arī liela nozīme vielu regulēšanā uz planētas. Aktīvai dzīvo organismu dzīvei notiek organisko atlieku mineralizācija un iežu dēdēšana. Baktērijas, sēnītes, zilaļģes un ķērpji var noārdīt cietos akmeņus, izdalot ogļskābi, slāpekļskābi un sērskābi. Kodīgie savienojumi atbrīvo arī koku saknes. Ir baktērijas, kas var pat iznīcināt stiklu un zeltu.
Transporta funkcija
Ņemot vērā struktūru unbiosfēras funkcijas, nevar aizmirst par vielas masu pārnesi. Koks paceļ ūdeni no zemes atmosfērā, kurmis uzmet zemi, zivs peld pret straumi, siseņu bars migrē - tas viss ir biosfēras transporta funkcijas izpausme.
Dzīvā viela var veikt milzīgu ģeoloģisko darbu, veidojot jaunu biosfēras tēlu un aktīvi piedaloties visos tās procesos.
Atsevišķi ir vērts atzīmēt nogulumiežu veidošanās procesu. Šī procesa pirmais posms ir laikapstākļi - litosfēras augšējo slāņu iznīcināšana gaisa, saules, ūdens un mikroorganismu ietekmē. Iekļūstot klintī, augu saknes var to iznīcināt. Ūdens, kas iesūcas sakņu veidotajās plaisās, izšķīst un aiznes vielu. Tas ir saistīts ar auga kodīgajiem komponentiem. Ķērpjos īpaši daudz ir organiskās skābes. Tādējādi fizikālā atmosfēras iedarbība notiek kopā ar ķīmisko atmosfēras iedarbību.
Planktona organismu nāves dēļ pasaules okeāna dzelmē katru gadu tiek nogulsnēts līdz 100 miljoniem tonnu kaļķakmens. Daudzi no tiem ir ķīmiskas izcelsmes, piemēram, atrodas skābā un sārmainā gruntsūdeņu saskares zonā. Līdz ar vienšūnu aļģu un radiolāru bojāeju veidojas silīciju saturoši nogulumi, kas klāj simtiem tūkstošu km2 jūras gultnes.
Augsnes veidošanas funkcija
Biosfēras īpašības un struktūra ir tik visaptveroša, ka visas tās funkcijas ir cieši saistītas. Tādējādi augsnes veidošanās ir viena no masu apmaiņas nozarēmun vides veidošanās, bet tās nozīmes dēļ tiek aplūkota atsevišķi. Mikroorganismu iežu iznīcināšanas un tālākas apstrādes laikā veidojas irdens, auglīgs zemes apvalks, ko sauc par augsni. Lielo augu saknes izvelk minerālelementus no dziļiem apvāršņiem, bagātinot ar tiem augsnes augšējos slāņus un palielinot to auglību. Organiskos savienojumus augsne saņem no augu atmirušajām saknēm un stublājiem, kā arī dzīvnieku ekskrementiem un līķiem. Šie savienojumi ir barība augsnes organismiem, kas mineralizē organiskās vielas, radot oglekļa dioksīdu, organiskās skābes un amonjaku.
Bezmugurkaulniekiem, kukaiņiem, kā arī to kāpuriem ir vissvarīgākā struktūras veidotāja loma. Tie padara augsni irdenu un piemērotu augu dzīvei. Mugurkaulnieki (kurmji, ķirbji un citi) irdina zemi, veicinot krūmu veiksmīgu augšanu tajā. Naktīs zemē iekļūst atdzesēts saspiests gaiss, kas nepieciešams sakņu un mikroorganismu elpošanai.
Tik pārsteidzoša biosfēras struktūra.
