Всички живи същества на планетата Земя влизат в близък контакт помежду си и с околната среда, като по този начин образуват екосистеми. Тези общности от взаимодействащи организми не са изолирани една от друга. Те са свързани помежду си от различни взаимоотношения, предимно храна. Съвкупността от екосистеми образува единна планетарна екосистема, която се нарича биосфера. Тази статия ще разгледа структурата на биосферата, нейния състав и основните функции.
Наука
Тази концепция е въведена за първи път в науката от Дж. Б. Ламарк през 1803 г. и означава съвкупността от всички живи организми на планетата Земя. В края на деветнадесети век терминът „биосфера“е използван от Й. Цузе, който включва неодушевената материя на седиментните скали в структурата на биосферата. Доктрината за биосферата се появява през 1926 г., когато В. И. Вернадски обобщава огромно количество научна информация, по един или друг начинилюстриране на връзката между жива и нежива материя. Ученият успя да покаже, че нашата планета не само е обитавана от живи организми, но и активно се трансформира от тях. Освен това, според Вернадски, човешката намеса в природните процеси е толкова значителна, че може да се говори за ноосферата - нова фаза в развитието на биосферата. Днес науката за биосферата обединява данни от различни области на познанието. Сред тях са биология, химия, геология, климатология, океанология, почвознание и други.
Структурата на биосферата е такава, че живите организми могат самостоятелно да поддържат необходимия състав на почвата, атмосферата и хидросферата. Те играят ключова роля в околната среда. Въз основа на това учените предположиха, че почвата и въздухът са създадени от самите живи организми в продължение на стотици милиони години на еволюция. След като изучава приликите в структурата на геоложките скали, които лежат по-дълбоко от камбрия, с по-късните скали, Вернадски предполага, че животът на планетата е съществувал под формата на най-простите организми почти от самото начало. По-късно геолозите доказаха погрешността на тази хипотеза.
Тъй като слънцето е енергийната основа за съществуването на целия живот на Земята, биосферата може да се разглежда като обвивка, чиято структура и състав се формират в резултат на съвместната дейност на живите организми и се определят от притока на слънчева енергия. Сега нека се запознаем със структурата на земната биосфера.
Живи и неживи
Като се има предвид състава и структурата на биосферата, преди всичкозаслужава да се отбележи, че се състои от жива и нежива материя (инертна материя). По-голямата част от живите организми е концентрирана в три геоложки обвивки на Земята: атмосфера (въздушен слой), хидросфера (океани, морета и т.н.) и литосфера (горен слой на скалите). Тези черупки обаче са неравномерно разпределени в най-голямата екосистема. Така хидросферата е напълно представена в структурата на биосферата, докато литосферата и атмосферата са представени частично (съответно горните и долните слоеве).
Неживият компонент на биосферата се състои от:
- Биогенно вещество, което е продукт на жизнената дейност на живите организми. Включва: въглища, нефт, торф, естествен варовик, газ и др.
- Биоинертно вещество, което е съвместен резултат от жизнената дейност на организмите и небиологичните процеси. Това включва: почва, тиня, водни резервоари и така нататък.
- Инертно вещество, което е включено в биологичния цикъл, но не е продукт на жизнената дейност на живите организми. Тази група включва: вода, метални соли, атмосферен азот и др.
Границите на биосферата
Такива понятия като състав, структура и граници на биосферата са тясно свързани помежду си. Въпреки факта, че бактериите и спорите са открити на височини до 85 километра, се смята, че горната граница на биосферата е 20-25 km. На голяма надморска височина концентрацията на живата материя е незначителна поради силното влияние на слънчевата радиация.
В хидросферата животът присъства навсякъде. И дори в Марианската падина, чиято дълбочина е 11 км, учениятот Франция J. Picard наблюдава не само безгръбначни, но и риби. Бактерии, водорасли, фораминифери и ракообразни живеят под повече от 400 метра антарктически лед. Бактериите се намират под километров слой тиня и в подпочвените води. Въпреки това най-голямата концентрация на живи същества се наблюдава на дълбочина до 3 км. Така границите и структурата на биосферата в различните части на планетата може да са различни.
Атмосфера, литосфера и хидросфера
Атмосферата се състои главно от кислород и азот. Съдържа малки количества аргон, въглероден диоксид и озон. Животът както на земните, така и на водните същества зависи от състоянието на атмосферата. Кислородът е необходим за дишането на живите организми и минерализацията на умиращите органични вещества. Е, въглеродният диоксид се използва от растенията за фотосинтеза.
Дебелината на литосферата е от 50 до 200 км, но основният брой видове живи организми е концентриран в горния й слой с дебелина няколко десетки сантиметра. Разпространението на живота дълбоко в литосферата е ограничено поради редица фактори, основните от които са: липса на светлина, висока плътност на средата и висока температура. Така долната граница на разпространението на живота в литосферата е дълбочина от 3 км, на която са открити някои видове бактерии. Честно казано, трябва да се отбележи, че те не са живели в земята, а в подземните води и нефтените хоризонти. Стойността на литосферата се крие във факта, че дава живот на растенията, подхранвайки ги с всички необходими вещества.
Хидросферае основен компонент на биосферата. Около 90% от водоснабдяването се пада на Световния океан, който заема 70% от повърхността на планетата. Съдържа 1,3 милиарда km3, а реките и езерата съдържат 0,2 милиона km3 вода. Най-важният фактор за жизнената дейност на организма е съдържанието на кислород и въглероден диоксид във водата.
Очарователни числа
Съставът, структурата и функциите на биосферата изненадват със своя мащаб. Сега ще се запознаем с някои интересни факти. Водата съдържа 660 пъти повече въглероден диоксид от въздуха. На сушата преобладава разнообразието на растителния свят, а в морето - на животинския свят. 92 процента от цялата биомаса на земята е зелени растения. В океана 94% са микроорганизми и животни.
Средно веднъж на всеки осем години биомасата на Земята се обновява. Наземните растения се нуждаят от 14 години за това, океанските - 33 дни. Ще са необходими 3000 години, докато цялата вода на земното кълбо премине през живи организми, кислородът - до 5000 години, а въглеродният диоксид - 6 години. За азота, въглерода и фосфора тези цикли са дори по-дълги. Биологичният цикъл не е затворен - около 10% от живата материя преминава в седиментни отлагания и погребения.
Биосферата представлява само 0,05% от масата на нашата планета. Той заема около 0,4% от обема на Земята. Масата на живите същества е само 0,01-0,02% от масата на инертната материя, но те играят много важна роля в геохимичните процеси.
200 милиарда тона органично сухо тегло се произвеждат годишно и вФотосинтезата абсорбира 170 милиарда тона въглероден диоксид. В процеса на жизнената дейност на микроорганизмите всяка година в биогенния цикъл участват 6 милиарда тона азот и 2 милиарда тона фосфор, както и огромно количество желязо, магнезий, сяра, калций и други елементи. През това време човечеството произвежда около 100 милиарда тона минерали.
В хода на живота си организмите имат значителен принос за циркулацията на веществата, стабилизирайки и преобразувайки биосферата, чиито свойства и структура карат да се мисли за наличието на висши сили.
Енергийна функция
След като се запознаем със структурата и състава на биосферата, нека преминем към нейните функции. Да започнем с енергията. Както знаете, растенията поглъщат слънчевата радиация и насищат биосферата с жизнена енергия. Приблизително 10% от уловената светлина се използва от производителите за техните нужди (основно за клетъчно дишане). Всичко останало се разпространява чрез хранителни вериги във всички екосистеми на биосферата. Част от енергията се съхранява в недрата на земята, насищайки ги със своята сила (въглища, нефт и др.).
Дори като се имат предвид функциите и структурата на биосферата накратко, те винаги отделят редокс функцията като подвид енергия. Като производители, хемосинтетичните бактерии могат да извличат енергия от реакциите на окисление и редукция на неорганични съединения. В процеса на окисление на сероводород серните бактерии се хранят с енергия, а желязото (от 2-валентно до 3-валентно) - железни бактерии. Нитрифициращи също не седят бездела. Те окисляват амониеви съединения до нитрати и нитрити. Ето защо фермерите наторяват нивите си с амониеви съединения, които не се усвояват от растенията сами. При наторяване на почвата директно с нитрати, складовите тъкани на растенията се пренасищат с вода, което води до влошаване на вкуса им и повишаване на риска от храносмилателни заболявания при тези, които ги ядат.
Функция за формиране на околната среда
Живите организми образуват почвата, а също така регулират състава на въздушните и водните обвивки на земята. Ако фотосинтезата не съществуваше на планетата, запасът от атмосферен кислород щеше да бъде изразходван за 2000 години. Освен това, буквално след един век, поради увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид във въздуха, организмите ще започнат да умират. За един ден гората може да абсорбира до 25% въглероден диоксид от 50-метров слой въздух. Едно средно голямо дърво може да осигури кислород за четирима души. Един хектар широколистна гора, разположена близо до града, задържа около 100 тона прах годишно. Езерото Байкал, което е известно с кристалната си чистота, е така благодарение на малките ракообразни, които го „филтрират“три пъти годишно. И това са само няколко примера за това как живите организми регулират състава на веществата в биосферата.
Функция за концентрация
Живите същества и особено микроорганизмите са в състояние да концентрират много химични елементи, намиращи се в биосферата. Почти 90% почвен азотса резултат от дейността на синьо-зелените водорасли. Бактериите могат да концентрират желязо (например чрез окисляване на водоразтворимия бикарбонат до хидроксид, отложен в тяхната среда), манган и дори сребро. Тази невероятна функция позволи на учените да повярват, че благодарение на микроорганизмите има толкова много метални отлагания на земята.
В някои страни елементи като германий и селен се извличат от растения. Водораслите Fucus могат да натрупват 10 000 пъти повече титан, отколкото се съдържа в заобикалящата морска вода. Всеки тон кафяви водорасли съдържа няколко килограма йод. Австралийски дъб натрупва алуминий, бор - берилий, бреза - барий и стронций, лиственица - ниобий и манган, а торият е концентриран в трепетлика, череша и ела. Освен това някои растения дори "събират" благородни метали. И така, в 1 тон пелин от пелин може да има до 85 грама злато!
Разрушителна функция
Химичната структура на земната биосфера и нейната среда включва не само творчески, но и разрушителни процеси. Те обаче също играят голяма роля в регулирането на веществата на планетата. С активния живот на живите организми настъпва минерализация на органични остатъци и изветряне на скалите. Бактериите, гъбичките, синьо-зелените водорасли и лишеите могат да разграждат твърдите скали чрез отделяне на въглеродна, азотна и сярна киселини. Корозивните съединения също освобождават корените на дърветата. Има бактерии, които дори могат да унищожат стъклото и златото.
Транспортна функция
Като се има предвид структурата ифункции на биосферата, не може да се изпуска от поглед масопреносът на материята. Дърво издига вода от земята в атмосферата, къртица изхвърля земята нагоре, риба плува срещу течението, рояк скакалци мигрира - всичко това е проява на транспортната функция на биосферата.
Живата материя може да извърши огромна геоложка работа, формирайки нов образ на биосферата и активно участвайки във всички нейни процеси.
Отделно си струва да се отбележи процесът на образуване на седиментни скали. Първият етап от този процес е изветряне - разрушаването на горните слоеве на литосферата под действието на въздуха, слънцето, водата и микроорганизмите. Нахлувайки в скалата, корените на растенията могат да я унищожат. Водата, която се просмуква в пукнатините, образувани от корените, се разтваря и отвежда веществото. Това се дължи на корозивните компоненти на растението. Лишеите са особено богати на органични киселини. По този начин физическото изветряне се случва заедно с химическото изветряне.
Поради смъртта на планктонните организми, до 100 милиона тона варовик се отлага годишно на дъното на световния океан. Много от тях са с химически произход, като например са в зоната на контакт между киселинни и алкални подземни води. Със смъртта на едноклетъчните водорасли и радиоляриите се образуват силиций-съдържащи тини, които покриват стотици хиляди km2 от морското дъно.
Почвообразуваща функция
Свойствата и структурата на биосферата са толкова изчерпателни, че всички нейни функции са тясно свързани. По този начин почвообразуването е един от клоновете на масовия обмени формирането на околната среда, но се разглежда отделно поради важността си. По време на разрушаването и по-нататъшната обработка на скалите от микроорганизми се образува рохкава плодородна обвивка на земята, наречена почва. Корените на големите растения извличат минерални елементи от дълбоките хоризонти, обогатявайки с тях горните слоеве на почвата и повишавайки тяхната плодовитост. Почвата получава органични съединения от мъртвите корени и стъбла на растенията, както и екскрементите и труповете на животни. Тези съединения са храна за почвените организми, които минерализират органична материя, произвеждайки въглероден диоксид, органични киселини и амоняк.
Безгръбначните, насекомите, както и техните ларви, играят най-важната структурообразуваща роля. Те правят почвата рохкава и подходяща за живот на растенията. Гръбначни животни (къртици, землеройки и други) разрохкват земята, допринасяйки за успешния растеж на храстите в нея. През нощта охладен сгъстен въздух прониква в земята, което е необходимо за дишането на корените и микроорганизмите.
Такава невероятна структура на биосферата.
