Cilvēks apkārtējo telpu parasti sauc par dabu vai biotopu. Lielākā daļa no mums pamatzināšanas par šo jēdzienu ieguva skolas stundās: dabas vēsture (3. klase), ģeogrāfija un bioloģija (4), anatomija un ķīmija (6). Bet daži saprot, kā šīs zinātnes tiek apvienotas, izņemot to, ka tās visas pieder dabaszinātņu jomai. Lai apkopotu visas cilvēka zināšanas par apkārtējo pasauli, ir izveidots viens ietilpīgs nosaukums - biosfēra. Neskatoties uz daudzu gadu pētījumiem un rūpīgām izpētēm, planēta Zeme joprojām dod iemeslu zinātniekiem aizdomāties par uz tās notiekošajiem procesiem.
Definīcija
Ko sauc par biosfēru? Literatūrā ir diezgan daudz šī termina interpretāciju, un tās visas atšķiras pēc satura, bet ir gandrīz identiskas pēc nozīmes. Visbiežāk biosfēru sauc par planētas globālo ekosistēmu, kurā cilvēks ir iekļauts kā viena no retajām sugām. Ja nosaukumu "biosfēra" tulkojam burtiski no sengrieķu valodas, tad tam ir divas saknes. "Sfēra" nozīmē "reģions, sfēra, bumba", un sakne "bios" tiek tulkota kā "dzīve". Izrādās diezgan ietilpīgs un precīzs nosaukums, kas patiesībā definē sarežģītu un daudzpusīgu zinātni. VI Vernadskis sniedz paplašinātu atbildi uz jautājumu par to, ko sauc par biosfēru. Viņš šo jēdzienu definē kā zinātnisku zināšanu kompleksu par Zemi, kas ietver ģeogrāfiju, ģeoķīmiju, bioloģiju, ģeoloģiju. Biosfēra ir zemes čaumalu kolekcija, kas apvienota saskaņā ar dzīvo būtņu un to dzīvotnes klātbūtnes principu. Visas sfēras ir atšķirīgas pēc sastāva, funkcijām un īpašībām, taču katrai no tām ir nozīmīga loma apkārtējās pasaules pastāvēšanā un evolūcijā.
Mācības par biosfēru
Filozofs, zinātnieks, ģeologs un bioķīmiķis V. I. Vernadskis izveidoja vienotu zināšanu sistēmu. Līdz 20. gadsimta sākumam bija daudz pētniecisko darbu par Zemes un uz tās notiekošo procesu izpēti, taču lielajam krievu zinātniekam izdevās šo materiālu padziļināt un vispārināt. 19. gadsimta sākumā franču dabaszinātnieks Lamarks definēja sākotnējo nākotnes zinātnes jēdzienu, taču nedeva tai nosaukumu. Austriešu paleontologs un ģeologs Eduards Suess 1875. gadā radīja terminu "biosfēra", kas tiek lietots joprojām. Viņš definēs šo zinātni kā zināšanas par visu dzīvi uz mūsu planētas. Tikai pēc 50 gadiem Vernadskis pierādīs attiecības starp dzīviem organismiem un neorganiskām vielām, to apriti. Ko saucbiosfēra pašreizējā stadijā? Šī ir viena no planētas čaumalām, kurā mijiedarbojas dažādas izcelsmes dabas elementi, tieši to kombinācija rada unikālu, līdzsvarotu sistēmu.
Atmosfēra
Planētas Zeme ārējais gaisa apvalks. Lielākā daļa tās masas ir koncentrēta pašā virsmā, un augstumā tā stiepjas trīs tūkstošus kilometru. Atmosfēra ir vieglākā no visiem čaumalām, tā nepamet virsmu tikai planētas gravitācijas dēļ, bet, pieaugot augstumam, tās slāņi pamazām izlādējas. Ozona slānis nodrošina aizsardzību pret radioaktīvo saules iedarbību, samazinot ultravioletā starojuma līmeni, kas skar zemi. Atmosfēras sastāvā ietilpst gāzes: oglekļa dioksīds, slāpeklis, skābeklis, argons, kas nodrošina dzīvo organismu eksistenci.
Hidrosfēra
Zemes biosfēra ietver daļu no planētas ūdens apvalka. Tās sastāvs mainās atkarībā no vielas agregācijas stāvokļa. Hidrosfēra apvieno visus ūdens resursus uz planētas, kas var būt šķidrā, gāzveida un cietā formā. Pasaules okeāna virsmas slāņi kalpo, lai pārdalītu siltumu, kas nāk no Saules caur atmosfēru. Ūdenim ir īpaša nozīme vielu aprites procesā dabā, jo tā ir viskustīgākā frakcija. Biosfēras organismi ir pilnībā apguvuši ūdens stihiju, tos var atrast Pasaules okeāna dziļākajos grunts baseinos un Arktikas ledājos. Hidrosfēras ķīmiskajā sastāvā ietilpst šādi galvenie elementi: magnijs, nātrijs, hlors,sērs, ogleklis, kalcijs utt.
Litosfēra
Mūsu Saules sistēmā ne visām planētām ir ciets apvalks, Zeme šajā gadījumā ir izņēmums. Litosfēra ir milzīga klinšu (cieto) iežu masa, kas veido daļu no zemes un kalpo kā okeānu gultne. Šī Zemes apvalka biezums ir no 70 līdz 250 kilometriem, tā sastāvs ir visdažādākais ķīmisko elementu (silīcija, alumīnija, dzelzs, skābekļa, magnija, kālija, nātrija u.c.) skaita ziņā. nepieciešami visu dzīvo organismu pastāvēšanai. Šai ģeosfērai ir raksturīgs mazākais dzīvības izplatības slāņa platums. Visattīstītākais ir litosfēras augšējais slānis, kas ir vairāki metri. Palielinoties dziļumam, palielinās cietā apvalka temperatūra un blīvums, kas līdz ar gaismas trūkumu padara neiespējamu dzīvo organismu pastāvēšanu.
Biosfēra
Šī ģeosfēra apvieno visus Zemes čaulas (hidrosfēru, atmosfēru un litosfēru) ar dzīvās vielas klātbūtni tajos. Ir grūti pārvērtēt biosfēras lomu visai cilvēcei, tā ir vide un izcelsmes avots. Šī ir sarežģīta savstarpējo attiecību sistēma, kas nosaka jebkura organisma pastāvēšanas iespēju matērijas un enerģijas apmaiņas dēļ. Cirkulācijas procesā, kas pastāvīgi notiek starp organiskajiem un neorganiskiem savienojumiem, ir iesaistīti vairāk nekā 40 ķīmiskie elementi. Galvenais enerģijas avots ir Saule. Zeme atrodas optimālā attālumā no zvaigznes un ir aprīkota ar aizsarguatmosfēras barjera. Tāpēc līdzās dzīvai vielai saules enerģija ir vissvarīgākais bioķīmiskais faktors biosfēras pastāvēšanā. Vairāku faktoru ietekmē notiekošajiem procesiem ir pilnīga cikliska forma, tie nodrošina vielu apriti starp atmosfēru, litosfēru, hidrosfēru un dzīviem organismiem.
Biosfēras robežas
Analizējot biosfēras apvalka garumu, var redzēt tā nevienmērīgo sadalījumu. Apakšējā robeža atrodas litosfēras slāņos, tā nenokrīt zem 4 km. Zemes garozas augšējais slānis - augsne - dzīvās vielas satura blīvuma ziņā ir vispiesātinātākais biosfēras slānis. Hidrosfēra, kurā ietilpst Pasaules okeāna plašumi, upes, ezeri, purvi, ledāji, pilnībā ietilpst "dzīvajā apvalkā". Visaugstākās organismu koncentrācijas ir novērojamas ūdenstilpju virszemes un piekrastes slāņos, taču dzīvība pastāv arī dziļjūras baseinos, maksimālajā dziļumā vairāk nekā 11 km, un grunts nogulumos. Biosfēras augšējā robeža atrodas 20 km attālumā no virsmas. Atmosfēra ierobežo "dzīvo slāni" ar ozona vairogu, virs kura organismus iznīcinās īsviļņu ultravioletais starojums. Tādējādi dzīvās vielas maksimālā koncentrācija atrodas uz litosfēras un atmosfēras robežām.
Sastāvs
Biosfēras doktrīnu radīja VI Vernadskis, viņš arī noteica organismu galveno lomu Zemes "dzīvās čaulas" veidošanā un funkcionēšanā. Iepriekš citi zinātnieki nonāca pie līdzīgiem secinājumiem, bet krievudabaszinātnieks spēja pierādīt neorganisko savienojumu klātbūtnes nepieciešamību, kas arī piedalās vispārējā ciklā. Pēc viņa domām, biosfērai ir šāds sastāvs:
- Dzīvie organismi (bioloģiskā masa, visu sugu kopums).
- Biogēna viela (radusies dzīvo organismu dzīves laikā, ir to pārstrādes produkts).
- Inerta viela (neorganiskie savienojumi, kas rodas bez dzīvo organismu līdzdalības).
- Bioinerta viela (ko veido dzīvi organismi un inerta viela).
- Kosmiskas izcelsmes viela.
- Izkliedēti atomi.
Notikumu vēsture
Pirms miljardiem gadu izveidojās cietais Zemes apvalks - litosfēra. Nākamais tā dēvētās biosfēras veidošanās posms notika ģeoloģisku procesu dēļ, kas izkustināja tektoniskās plāksnes, izraisīja vulkānu izvirdumus, zemestrīces utt. Pēc stabilu ģeoloģisko formu veidošanās pienāca kārta dzīvo organismu rašanās brīdim. Viņi ieguva iespēju attīstīties dažādu bioķīmisko elementu aktīvās emisijas dēļ, kas radās litosfēras veidošanās laikā. Dzīvā viela vairākus miljonus gadu ir radījusi dzīvībai pieņemamus apstākļus. Fāzu evolūcijas dēļ veidojās atmosfēras gāzes sastāvs. Pastāvīgā organisko un neorganisko savienojumu mijiedarbība Saules enerģijas ietekmē ļāva dzīvai vielai izplatīties pa visu planētu unbūtiski mainīt viņas izskatu.
Evolūcija
Pirmie dzīvie organismi uz Zemes parādījās hidrosfērā, to pakāpeniskā iziešana uz sauszemi ilga diezgan ilgu laiku. Citas biosfēras čaulas - litosfēras attīstība izraisīja ozona slāņa veidošanos. Pateicoties fotosintēzes procesam, milzīga bioloģiskā masa absorbēja no atmosfēras oglekļa dioksīdu un atbrīvoja skābekli. Šajā gadījumā dzīvā viela izmanto gandrīz neizsmeļamu enerģijas avotu - Sauli. Aerobi organismi, kuriem hidrosfēras biezumā trūka organisko vielu, nonāca uz zemes virsmas un enerģijas cikla ietekmē ievērojami paātrināja evolūcijas procesu. Šobrīd Zemes "dzīvā čaula" atrodas stabila līdzsvara stāvoklī, taču cilvēce uz to izdara arvien lielāku negatīvu ietekmi. Tiek veidota jauna zemes sfēra - noosfēra, tā paredz harmoniskāku cilvēka un dabas palīdzību, taču šī ir atsevišķa un ļoti interesanta tēma izpētei. Biosfēra turpina funkcionēt, neskatoties uz ievērojamu biomasas samazināšanos, "dzīvā čaula" cenšas kompensēt cilvēka darbības radītos zaudējumus. Kā liecina vēsture, šis process var aizņemt daudz laika.
Bioķīmiskās funkcijas
Biosfēras struktūras galvenā sastāvdaļa ir biomasa. Tas veic visas "dzīvās čaulas" bioķīmiskās funkcijas, uztur savu sastāvu līdzsvara stāvoklī, nodrošina vielu un enerģijas aprites procesu. Gāzes funkcija uztur optimālu atmosfēras sastāvu. Viņa irTo veic augu fotosintēze, kas atbrīvo skābekli un absorbē oglekļa dioksīdu. Dzīvie organismi izelpojot un sadaloties, izdala CO2. Gāzu apmaiņa notiek pastāvīgi, ķīmisko reakciju laikā tajā piedalās neorganiskie savienojumi. Enerģijas funkcija sastāv no ārējā avota - saules gaismas - biomasas (auga) asimilācijas un pārveidošanas. Koncentrācijas funkcija nodrošina barības vielu uzkrāšanos. Visi organismi dzīves procesā uzkrāj nepieciešamo bioķīmisko elementu satura līmeni, kas pēc to nāves atgriežas biosfērā organisko un neorganisko savienojumu veidā. Redoksfunkcija ir bioķīmiska reakcija. Tā rodas dzīva organisma dzīves laikā un ir nepieciešama vielu aprites saite.
Biomass
Visi dzīvie organismi ir nevienmērīgi sadalīti pa zemes sfērām. Vislielākā biomasas koncentrācija ir novērojama planētas ģeosfēru krustpunktos. Tas notiek optimālu dzīves apstākļu (temperatūra, mitrums, spiediens, bioķīmisko savienojumu klātbūtne) veidošanās dēļ. Arī biomasas sastāvs nav viena veida. Uz sauszemes augiem ir priekšrocības, hidrosfērā dzīvnieki veido dzīvās vielas pamatu. Biomasas blīvums ir atkarīgs no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, apdzīvotības dziļuma litosfērā un augstuma atmosfērā. Augu un dzīvnieku sugu skaits ir ļoti liels, bet visu organismu dzīvotne ir biosfēra. Bioloģija kā atsevišķa zinātne lielā mērā irizskaidro visus tajā notiekošos procesus. Tā ir visu veidu biomasas izcelsme, vairošanās un migrācija.
Biosfēras iezīmes
Zemes "dzīvās čaulas" nozīme un mērogs nodrošinās tās pastāvīgu izpēti jaunām dabaszinātnieku paaudzēm. Sistēma ir unikāla ar savu integritāti, dinamisku attīstību, līdzsvaru. Kā galveno un pārsteidzošāko īpašību var izcelt noturību un spēju atgūties. Katastrofu skaits biosfēras kā dzīvas planētas plēves pastāvēšanas laikā ir milzīgs. Tie noveda pie lielākās daļas biomasas izzušanas, būtiski mainīja planētas izskatu, koriģēja procesus, kas notiek uz tās virsmas un kodolā. Bet pēc katra sitiena biosfēra tika atjaunota izmainītā formā, pielāgojoties negatīvajai ietekmei vai to nomācot. Tāpēc zemes biosfēra ir dzīvs organisms, kas spēj patstāvīgi regulēt visus dabā notiekošos procesus.
Attīstības perspektīvas
Ikviens mūsdienu bērns pamatskolā apgūst tādu priekšmetu kā dabas vēsture (3. klase). Šajās nodarbībās viņi mazam cilvēkam izskaidro, kas ir apkārtējā pasaule un pēc kādiem noteikumiem tā pastāv. Varbūt ir vērts nedaudz pamainīt programmu un mācīt bērniem cienīt un mīlēt dabu, tad cilvēce varēs izveidot jaunu ģeosfēru. Visas gadsimtu gaitā uzkrātās zināšanas par biosfēru ir jāizmanto tās tālākai attīstībai, kas nozīmēs dabas un cilvēka savienību. Pirms nav par vēlu labot paveiktokaitējums videi, cilvēkiem vajadzētu padomāt par to, ka Zemes "dzīvā čaula" var atjaunoties pati no sevis, bet tajā pašā laikā tā var likvidēt objektu, kas rada neatgriezeniskus bojājumus tās integritātei un harmonijai.
