Funkcje, skład i struktura biosfery

Wszystkie żywe istoty na planecie Ziemia wejść w bliską relację ze sobą i zśrodowisko, tworząc w ten sposób ekosystemy. Te społeczności organizmów wchodzących w interakcje nie są od siebie odizolowane. Łączą je różne relacje, przede wszystkim jedzenie. Całość ekosystemów tworzy jeden ekosystem planetarny, który nazywa się biosferą. W tym artykule rozważymy strukturę biosfery, ona skład i główne funkcje.

Nauka

To koncepcja została po raz pierwszy wprowadzona do nauki J.B. Lamarck w odległy 1803 i oznaczał całość wszystkich żywych organizmów na planecie Ziemia... Pod koniec XIX wieku termin „biosfera„ używany J. Suse, który obejmował nieożywioną materię skał osadowych w strukturze biosfery. Doktryna biosfery pojawiła się w 1926 roku, kiedy V.I.Vernadsky podsumował ogromną ilość informacji naukowych, w każdym razie ilustrujący związek między materią ożywioną i nieożywioną. Naukowiec był w stanie pokazać, że nasza planeta to nie tylkozamieszkiwane przez żywe organizmy, ale także aktywnie przez nie przekształcane. Ponadto, według Vernadsky'ego, interwencja człowieka w procesy naturalne jest tak znacząca, że ​​można mówić o noosferze - nowej fazie rozwoju biosfery. Dzisiaj nauka o biosferze łączy dane z różnych dziedzin wiedzy. Wśród nich są biologia, chemia, geologia, klimatologia, oceanologia, gleboznawstwo i inne.

Struktura biosfery jest taka, że ​​żywe organizmy mogą samodzielnie utrzymywać wymagany skład gleby, atmosfery i hydrosfery. Odgrywają kluczową rolę środowiskową. Oparte na tym naukowcy postawił hipotezę, że gleba i powietrze byłystworzone przez same żywe organizmy na przestrzeni setek milionów lat ewolucji. Po zbadaniu podobieństwa budowy skał geologicznych, leżących głębiej niż kambr, ze skałami późniejszymi, Vernadsky zasugerował, że życie na planecie istnieje niemal od samego początku w postaci najprostszych organizmów. Później geolodzy udowodnili błędność tej hipotezy.

Ponieważ słońce jest energetyczną podstawą istnienia wszelkiego życia na Ziemi, biosferę można uznać za powłokę, której struktura i skład są tworzone dla sprawdzać wspólna aktywność organizmów żywych i jest zdeterminowana dopływem energii słonecznej. Zapoznajmy się teraz ze strukturą biosfery Ziemi.

Żyjący i nieożywiający

Biorąc pod uwagę skład i strukturę biosfery, przede wszystkim warto zauważyć, że składa się ona z materii żywej i nieożywionej (materii obojętnej). Większość żywych organizmów jest skoncentrowana w trzy powłoki geologiczne Ziemi: atmosfera (warstwa powietrza), hydrosfera (oceany, morza itd.) i litosfera (górna warstwa skalna).Jednak muszle te są rozmieszczone nierównomiernie w największym ekosystemie. W ten sposób hydrosfera jest w pełni reprezentowana w strukturze biosfery, a litosfera i atmosfera są częściowo reprezentowane (odpowiednio górna i dolna warstwa).

Nieożywiony składnik biosfery składa się z:

1. Substancja biogenna, będąca produktem odpadowym organizmów żywych. Obejmuje: węgiel, ropa naftowa, torf, naturalny wapień, gaz i inne.
2. Bioinertny substancja będąca wspólnym wynikiem żywotnej aktywności organizmów i procesów niebiologicznych. Obejmuje to: glebę, muł, wodę zbiorniki itp.
3. Materia obojętna, która wchodzi w cykl biologiczny, ale nie jest produktem żywotnej aktywności organizmów żywych. Ta grupa obejmuje: wodę, sole metali, azot atmosferyczny i tak dalej.

Granice biosfery

Pojęcia takie jak skład, struktura i granice biosfery są ze sobą ściśle powiązane. Mimo co Uważa się, że bakterie i zarodniki znaleziono na wysokości 85 kilometrów co górna granica biosfery to 20-25 km. Na dużych wysokościach koncentracja żywej materii jest znikoma ze względu na silne działanie promieniowania słonecznego.

Życie jest wszędzie w hydrosferze. A nawet w rowie Mariana, który ma głębokość 11 km, naukowiec z Francji J. Picard obserwowane nie tylko bezkręgowce, ale także ryby. Poniżej ponad 400metr warstwa Lód antarktyczny jest domem dla bakterii, alg, otwornic i skorupiaków. Bakterie znajdują się pod kilometrową warstwą mułu oraz w wodach gruntowych. Jednakże mniej największych stężenie żywych istot obserwuje się na głębokości do 3 km. Zatem granice i struktura biosfery w różnych częściach planety mogą być różne.

Atmosfera, litosfera i hydrosfera

Atmosfera składa się głównie z tlenu i azotu.Zawiera niewielkie ilości argonu, dwutlenku węgla i ozonu. Życie zarówno stworzeń lądowych, jak i wodnych zależy od stanu atmosfery. Tlen jest niezbędny do oddychania organizmów żywych i mineralizacji umierającej materii organicznej. Cóż, dwutlenek węgla jest wykorzystywany przez rośliny do fotosyntezy.

Litosfera ma miąższość od 50 do 200 km, jednak główna liczba gatunków organizmów żywych koncentruje się w ona warstwa wierzchnia o grubości kilkudziesięciucm. Rozprzestrzenianie się życia w głąb litosfery jest ograniczone ze względu na szereg czynników, z których główne to: brak światła, duże zagęszczenie środowiska oraz wysoka temperatura. Tak więc dolna granica rozprzestrzeniania się życia w litosferze to głębokość 3 km, na której byli niektóre rodzaje bakterii zostały znalezione. Należy uczciwie zauważyć, że nie żyli w ziemi, ale w wodach podziemnych i horyzontach roponośnych. Wartość litosfery polega na tym, że daje życie roślinom poprzez odżywianie wszystkie niezbędne substancje.

Hydrosfera jest niezbędnym składnikiem biosfery. Około 90 % zaopatrzenie w wodę spada na Ocean Światowy, który zajmuje 70 % powierzchnia planety. Zawiera 1,3 miliarda km³, a rzeki i jeziora - 0,2 mln km³ woda. Najważniejszym czynnikiem w życiu organizmu jest zawartość tlenu i dwutlenku węgla w wodzie.

Fascynujące liczby

Skład, struktura i funkcje biosfery są zaskakującejego skala. Poznamy teraz kilka ciekawostek. Woda zawiera 660 razy więcej dwutlenku węgla niż powietrze. Na lądzie panuje różnorodna flora, a na morzu zwierzę. 92 procent całej biomasy na ziemi stanowi Zielony rośliny. W oceanie 94 % to mikroorganizmy i zwierzęta.

Średnio raz na osiem lat odnawia się biomasa Ziemi. Rośliny sushi potrzebują na to 14 lat, ocean - 33 dni. Aby cała woda na świecie przeszła przez żywe organizmy, potrzeba 3000 lat, tlen - do 5000 lat, a dwutlenek węgla - 6 lat. Azot, węgiel i fosfor mają te cykle jeszcze dłużej. Cykl biologiczny nie jest zamknięty - około 10 % żywa materia przechodzi do osadów osadowych i pochówku.

Biosfera to tylko 0,05 % z masy naszej planety. Zajmuje to około 0,4 % z Tom Ziemia. Masa żywych istot to tylko 0,01-0,02 % z masy materii obojętnej odgrywają jednak bardzo istotną rolę w procesach geochemicznych.

200 miliardów ton suchej masy produkowanej roczniematerii organicznej, a w procesie fotosyntezy pochłaniane jest 170 miliardów ton dwutlenku węgla. W ciągu życia mikroorganizmów w cykl biogenny co roku bierze udział 6 miliardów ton azotu i 2 miliardy ton fosforu, a także ogromne ilości żelaza, magnezu, siarki, wapnia i innych pierwiastków. W tym czasie ludzkość wydobywała około 100 miliardów ton minerałów.

Organizmy w trakcie swojego życia wnoszą istotny wkład w obieg substancji, stabilizując i przekształcając biosferę, której właściwości i struktura skłaniają do myślenia o obecności sił wyższych.

Funkcja energii

Po zapoznaniu się ze strukturą i składem biosfery przystępujemy do: ona Funkcje. Zaczynajmy z energią. Jak wiadomo, rośliny pochłaniają promieniowanie słoneczne i nasycają biosferę energią życiową. Około 10 % Przechwycone światło producenci wykorzystują na własne potrzeby (głównie do oddychania komórkowego). Wszystko inne jest rozprowadzane poprzez łańcuchy pokarmowe we wszystkich ekosystemach biosfery. Część energii w puszkach w trzewiach ziemi, nasycając je swoją siłą (węgiel, ropa itp.).

Nawet biorąc pod uwagę funkcje i strukturę biosferykrótko mówiąc, zawsze rozróżniają funkcję redoks jako podgatunek energii. Jako producenci, bakterie chemosyntetyczne mogą pozyskiwać energię z reakcji utleniania i redukcji związków nieorganicznych. W procesie utleniania siarkowodoru bakterie siarkowe żywią się energią, a żelazem (od 2-wartościowość w 3-walentny) - bakterie żelazne.Nitryfikatory również nie siedzą bezczynnie. Utleniają związki amonowe do azotanów i azotynów. Dlatego rolnicy nawożą swoje pola związkami amonu, których rośliny nie są w stanie samodzielnie wchłonąć. Przy nawożeniu gleby bezpośrednio azotanami tkanki magazynowe roślin są przesycone wodą, co prowadzi do ich degradacji. smak oraz zwiększone ryzyko chorób układu pokarmowego u tych, którzy je spożywają.

Funkcja środowiskotwórcza

Żywe organizmy tworzą glebę, a także regulują skład powietrza i wody w ziemi. Gdyby by fotosynteza nie istniała na planecie, dostawa tlenu atmosferycznego była by wydane na 2000 lat. Ponadto dosłownie za stulecie, na skutek wzrostu stężenia dwutlenku węgla w powietrzu, organizmy zaczęłyby umierać. W jeden dzień las może Połknąć z 50-metrowej warstwy powietrza do 25 % dwutlenek węgla. Średniej wielkości drzewo jest w stanie dostarczyć tlen cztery człowiek. Jeden hektar lasu liściastego, położonego w pobliżu miasta, zatrzymuje rocznie około 100 ton pyłu. Jezioro Bajkał, który słynie z krystalicznej czystości, dzięki drobnym skorupiakom, które są trzy razy w roku "przefiltruj" to. A to tylko kilka przykładów tego, jak żywe organizmy regulują skład substancji w biosferze.

Funkcja koncentracji

Żywe istoty, a zwłaszcza mikroorganizmy, są zdolne do koncentracji wielu pierwiastków chemicznych znajdujących się w biosferze. Prawie 90 % azot glebowy są wynikiem działań niebieski zielony glony. Bakterie mogą koncentrować żelazo (np. utleniając wodorowęglan rozpuszczalny w wodzie do wodorotlenku, który osadza się w ich środowisku), mangan, a nawet srebro. To nie samowite osobliwość dozwolony naukowcy wierzyć, że to dzięki mikroorganizmom jest tak wiele złóż metali na ziemi.

W niektórych krajach pierwiastki takie jak german i selen wyekstrahowany z roślin. Glony morszczyn potrafią akumulować 10 tysięcy razy więcej tytanu niż jest w otoczeniu ona woda morska. Każda tona brunatnic zawiera kilka kilogramów jodu. Dąb australijski przechowuje aluminium, sosna przechowuje beryl, Brzozowy - bar i stront, modrzew - niob i mangan oraz tor skoncentrowany w osice, czeremcha i jodła. Ponadto niektóre rośliny nawet „zbierają” metale szlachetne. Tak więc 1 tona popiołu piołunu może zawierać do 85 gramów złota!

funkcja destrukcyjna

Struktura chemiczna biosfery Ziemi i ona środowisko oznacza nie tylko kreatywność,ale także procesy destrukcyjne. Odgrywają jednak również dużą rolę w regulacji substancji na planecie. Przy aktywnej żywotnej aktywności żywych organizmów dochodzi do mineralizacji pozostałości organicznych i wietrzenia skał. Bakterie, grzyby, niebieski zielony glony i porosty mogą niszczyć solidny rasy dla sprawdzać uwalnianie kwasu węglowego, azotawego i siarkowego. Związki żrące wydzielają również korzenie drzew. Istnieją bakterie, które mogą nawet zniszczyć szkło i złoto.

Funkcja transportowa

Biorąc pod uwagę budowę i funkcje biosfery, nie można zapominać o przenoszeniu mas materii. Drzewo podnosi wodę z ziemi do atmosfery, kret podrzuca ziemię, ryba pływa w górę rzeki migruje rój szarańczy - wszystko to jest przejawem funkcji transportowej biosfery.

Żywa materia może wykonywać ogromną pracę geologiczną, kształtując nowy wygląd biosfery i aktywnie uczestnicząc we wszystkim ona procesy.

Osobno należy odnotować proces powstawania skał osadowych. Pierwszym etapem tego procesu jest wietrzenie – zniszczenie cholewki warstwy litosfera pod wpływem powietrza, słońca, wody i mikroorganizmów. Wprowadzając do rasy korzenie roślin mogą niszczyć ona... Woda, która wsiąka w szczelinyutworzony przez korzenie rozpuszcza się i usuwa substancję. Wynika to z powodu korozyjnych składników rośliny. Porosty są szczególnie bogate w kwasy organiczne. Tak więc wietrzenie fizyczne występuje wraz z wietrzeniem chemicznym.

Ze względu na obumieranie organizmów planktonowych na dniew oceanach świata osadza się rocznie do 100 milionów ton wapienia. Wiele z nich ma pochodzenie chemiczne, na przykład w obszarze kontaktu kwaśnych i zasadowych wód gruntowych. Kiedy giną jednokomórkowe glony i radiolarian uformowany muły krzemionkowe, które pokrywają setki tysięcy km² dno morskie.

Funkcja glebotwórcza

Właściwości i struktura biosfery są tak wszechstronne, że wszystkie ona funkcje są ściśle powiązane. Tak więc tworzenie gleby jest jedną z gałęzi wymiany masy i tworzenia środowiska, ale jest rozpatrywane osobno ze względu na jego znaczenie.Wraz z niszczeniem i dalszym przetwarzaniem skał przez mikroorganizmy powstaje luźna owocna skorupa ziemi, zwana glebą. Korzenie dużych roślin wydobywają pierwiastki mineralne z głębokich poziomów, wzbogacając nimi górne warstwy gleby i zwiększając ich żyzność. Gleba otrzymuje związki organiczne z nie żyje korzenie i łodygi roślin, a także ekskrementy i zwłoki zwierzęce. Związki te są pokarmem dla organizmów glebowych, które: mineralizować organiczne, wytwarzające dwutlenek węgla, kwasy organiczne i amoniak.

Bezkręgowce, owady i ichNajważniejszą rolę strukturotwórczą odgrywają larwy. Sprawiają, że gleba jest luźna i nadaje się do życia roślin. Kręgowce (krety, ryjówki i inne) rozluźniają ziemię, przyczyniając się do pomyślnego wzrostu w niej krzewów. Wnika w ziemię w nocy schłodzony sprężone powietrze, które jest niezbędne do oddychania korzeni i mikroorganizmów.

Taka jest niesamowita struktura biosfery.