Общие свойства биосферы

Все живое в биосфере образует живое вещество. Живые организмы играют очень важную роль в геологических процессах, которые формируют Землю. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловленный жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы также для формирования литосферы - - большинство пород, и не только осадочных, но и таких, как граниты, так или иначе связанные своим происхождением с биосферой. Минеральная инертное вещество перерабатывается живыми организмами, превращается в качественно новую. Живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Таким образом, живая и неживая вещества на Земле составляют гармоничное целое.

Можно без преувеличения утверждать, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни, то есть определяется живыми организмами. Бесспорно энергия, предоставляет биосфере ее обычного вида, имеет космическое происхождение, ее излучает Солнце в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, то есть совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую, и формируют бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим размножением, постоянным использованием своего вещества, продолжающейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, порождают одно из самых грандиозных планетарных явлений, не существует нигде, кроме биосферы.

Одним из проявлений биологической активности организмов есть скорость их размножения. Одноклеточная водоросль диатомея теоретически способна за восемь дней создать массу живой материи, равна земной, а в течение следующего дня удвоить ее.

Согласно современным оценкам, сухая масса живого вещества на Земле составляет 2-3 триллиона тонн. Это по сравнению с основными сферами Земли очень малая величина. Живое вещество отличается от неживой чрезвычайно высокой активностью, в частности, очень быстрым круговоротом веществ. Все живое вещество биосферы обновляется в среднем за восемь лет. Жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов сопровождается непрерывным обменом веществ между организмами и средой, в результате чего все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы многократно входят в состав тех или иных организмов.

Живые организмы играют огромную роль в аккумуляции солнечной энергии. Например, залежи каменного угля - это не что иное, как солнечная энергия, накопленная зелеными растениями прошлых геологических эпох. Так же можно определить и природу многих минералов, в частности углекислого кальция, который образует огромные массы известняков и почти на 100% имеет биогенное происхождение. Важную роль живые организмы играют в накоплении многих металлов, таких, как железо, медь, марганец. Большое значение для биосферы и хозяйственной деятельности человека имеет круговорот азота, серы, фосфора и других элементов.

Живое вещество значительно ускорила и изменила круговороты в биосфере различных веществ - воды, кислорода, азота, углекислого газа и др.

Круговорот веществ в биосфере

Образование живого вещества и его расписание - это две стороны одного процесса, который называется биологическим круговоротом химических элементов. Жизнь - это круговорот элементов между организмами и средой.

Причина круговорота - ограниченность элементов, из которых строится тело организмов. Биологический круговорот - это многократная участие химических элементов в процессах, протекающих в биосфере. В связи с этим биосферу определяют как часть Земли, где протекают три основных процесса: круговорот углерода, азота, серы, в которых принимают участие пять элементов (Н, 02 С, г4, Б), движутся через атмосферу, гидросферу, литосферу. В природе круговорот осуществляют не вещества, а химические элементы. Эти 5 элементов движутся и по отдельности, и в таких соединениях как вода, нитраты, двуокись углерода, двуокись серы.

Круговорот углерода. В биосфере углерода более 12000 млрд т. Это объясняется тем, что соединения углерода непрерывно возникают, изменяются и разлагаются. Круговорот углерода происходит фактически между живым веществом и двуокисью углерода. В процессе фотосинтеза, осуществляемого растениями, двуокисью углерода углекислый газ и вода с помощью энергии солнечного света превращаются в различные органические соединения. Ежегодно высшие растения и водоросли в процессе фотосинтеза поглощают 200 млрд т углерода. Если бы углерод не возвращался в атмосферу, его запас в ней (700 млрд т) быстро бы иссяк. Отмершие растения и животные организмы разлагаются грибами и микроорганизмами на С02, который тоже возвращается в атмосферу. Полный цикл обмена атмосферного углерода осуществляется по 300 лет. Но часть углерода изымается в виде торфа, нефти, угля, известняка, мрамора, ископаемых отложений и осадочных пород.

Круговорот кислорода. Ежегодно лесные массивы производят 55 млрд т кислорода. Он используется живыми организмами для дыхания и участвует в окислительных реакциях в атмосфере, литосфере и гидросфере. Циркулируя через биосферу, кислород превращается то органическое вещество, то на воду, то на молекулярный кислород. Весь кислород атмосферы каждые 2 тыс. Лет проходит через живое вещество биосферы. За время своего существования человечество безвозвратно потеряло около 273 млрд т кислорода. В наше время ежегодно на сжигание угля, нефтепродуктов и газа расходуется огромное количество кислорода. Интенсивность этого процесса увеличивается ежегодно.

Круговорот азота, фосфора, серы. Деятельность человека ускоряет круговорот этих элементов. Главная причина ускорения - использование фосфора в удобрениях, что приводит к еутрификации - надудобрення. При еутрификации происходит бурное размножение водорослей - "цветение" воды. Это приводит к уменьшению количества растворенного в воде кислорода. Продукты обмена водорослей уничтожают рыбу и другие организмы. Сформированные экосистемы при этом разрушаются. Индустрия и двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу ежегодно много нитратов и сульфатов. Попадая на землю вместе с дождями, они усваиваются растениями.

Круговорот воды. Вода покрывает 3/4 поверхности Земли. За одну минуту под действием солнечного тепла с поверхности водоемов Земли испаряется 1 млрд т воды. После охлаждения пара образуются облака, выпадает дождь и снег. Осадки частично проникают в почву. Грунтовые воды возвращаются на поверхность земли через корни растений, источники, насосы и т. Диапазон скоростей циркуляции воды очень большой: вода океанов возобновляется за 2 млн лет, грунтовая вода - за год, речная - за 12 суток, пара в атмосфере - за 10 суток. Двигателем круговорота является энергия Солнца.

Ежегодно для создания первичной продукции биосферы используют при фотосинтезе 1% воды, попадающей в виде осадков. Человек только для бытовых и промышленных нужд использует 20 мм осадков - 2,5% общего их количества в год. Необратимый ежегодный водозабор теперь составляет 5,5 куб. м. Ежегодно он увеличивается на 4-5%.

А с другой стороны, живые организмы приспосабливаются к различного химического состава среды, могут переносить большую концентрацию тех элементов, которые здесь конечно есть в больших количествах. Элементы, которые редко встречаются в природе и в малых концентрациях, при накоплении становятся ядовитыми для живых существ.

Трансформация энергии в биосфере

Живые организмы постоянно потребляют энергию. Источник энергии - Солнце. Живой мир Земли, ее биосфера, состоят из организмов трех основных типов. Поток энергии в биосфере имеет одно направление: от Солнца через растения (автотрофы) к животным (гетеротрофы), или от продуцентов к консументов.

Автотрофы (гр. Autos + trophe - пища, питание) - это организмы, которые создают органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза, используя солнечную энергию. К автотрофам принадлежат зеленые высшие растения, лишайники, водоросли и бактерии, имеющие фотосинтезирующие пигменты. В экологии автотрофы называют также продуцентами (лат. Рго-ducentis - тот, что производит). Изготовители - это организмы, которые создают органическое вещество за счет утилизации солнечной энергии, воды, углекислого газа и минеральных солей. К этому типу относятся растения, которых на Земле есть около 350000 видов. Изготовители образуют сложные соединения, в которых в химических связях сосредоточена энергия, высвобождаемая при разложении их в процессе пищеварения у животных и других гетеротрофов.

Гетеротрофы (греч, heleros - разный + trophe - питание) - это организмы, получающие энергию за счет питания автотрофами или другими консументами. К ним относятся растительноядные животные, хищники и паразиты, а также хищные растения и грибы.

В экологии гетеротрофов разделяют на консументов и ре-дуцентив. Консументы - это потребители готовой органической продукции. Редуценты - это организмы, которые разлагают органические вещества, это минерализаторы органики. их часто называют деструкторами. Поток энергии от уровня продуцентов сопровождается преобразованием энергии и большими ее затратами: от одного уровня к другому биомасса и количество энергии уменьшается примерно в 10 раз. Редуценты потребляют часть питательных веществ, раскладывают мертвые тела растений и животных к простым химическим соединениям (воды, углекислого газа и минеральных солей), замыкая таким образом круговорот веществ в биосфере.

Все функции живых организмов в биосфере (образование газов, окислительные и восстановительные процессы, концентрация химических элементов и т.п.) не могут выполняться организмами какого-то одного вида, а лишь их комплексом. Отсюда следует очень важное положение, разработанное Вернадским: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система, с большим количеством видов организмов, каждый из которых выполняет свою роль в общей системе. Без этого биосфера вообще не могла бы существовать, то есть устойчивость ее существования была сразу основана ее сложностью. Итак, биосфера очень неоднородна. Она состоит из большого количества разной величины группировок.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >