A Föld bolygó minden élőlénye szoros kapcsolatba kerül egymással és a környezettel, és ezáltal ökoszisztémákat alkot. Ezek a kölcsönhatásban lévő élőlények közösségei nincsenek elszigetelve egymástól. Különféle kapcsolatok kötik össze őket, elsősorban az élelmiszer. Az ökoszisztémák összessége egyetlen bolygó ökoszisztémát alkot, amelyet bioszférának nevezünk. Ez a cikk a bioszféra szerkezetével, összetételével és fő funkcióival foglalkozik.
Tudomány
Ezt a fogalmat először J. B. Lamarck vezette be a tudományba még 1803-ban, és a Föld bolygó összes élő szervezetének összességét jelentette. A 19. század végén a „bioszféra” kifejezést J. Zuse használta, aki az üledékes kőzetek élettelen anyagát is belefogl alta a bioszféra szerkezetébe. A bioszféra doktrínája 1926-ban jelent meg, amikor V. I. Vernadsky óriási mennyiségű tudományos információt fogl alt össze, így vagy úgyélő és élettelen anyag kapcsolatát szemléltetve. A tudósnak sikerült kimutatnia, hogy bolygónkat nemcsak élő szervezetek lakják, hanem aktívan átalakítják is. Ráadásul Vernadsky szerint az emberi beavatkozás a természeti folyamatokba olyan jelentős, hogy lehet beszélni a nooszféráról - a bioszféra fejlődésének új szakaszáról. Napjainkban a bioszféra tudománya egyesíti a különböző tudásterületek adatait. Ezek közé tartozik a biológia, a kémia, a geológia, a klimatológia, az oceanológia, a talajtan és mások.
A bioszféra szerkezete olyan, hogy az élő szervezetek önállóan képesek fenntartani a talaj, a légkör és a hidroszféra szükséges összetételét. Kiemelkedő környezeti szerepet töltenek be. Ennek alapján a tudósok azt feltételezték, hogy a talajt és a levegőt maguk az élő szervezetek hozták létre több százmillió éves evolúció során. Miután megvizsgálta a kambriumnál mélyebben fekvő geológiai kőzetek szerkezetének hasonlóságát a későbbi kőzetekkel, Vernadsky azt javasolta, hogy a bolygón az élet a legegyszerűbb organizmusok formájában létezett szinte kezdettől fogva. Később a geológusok bebizonyították ennek a hipotézisnek a tévességét.
Mivel a Nap az összes földi élet létezésének energiaalapja, a bioszféra héjnak tekinthető, amelynek szerkezete és összetétele az élő szervezetek együttes tevékenysége következtében alakul ki, és meghatározza a napenergia beáramlása. Most pedig ismerkedjünk meg a Föld bioszférájának felépítésével.
Élő és élettelen
A bioszféra összetételét és szerkezetét tekintve mindenekelőttérdemes megjegyezni, hogy élő és élettelen anyagból (inert anyagból) áll. Az élő szervezetek nagy része a Föld három geológiai héjában koncentrálódik: a légkörben (levegőréteg), a hidroszférában (óceánok, tengerek stb.) és a litoszférában (a kőzet felső rétege). Ezek a héjak azonban egyenetlenül oszlanak el a legnagyobb ökoszisztémában. Így a hidroszféra teljes egészében a bioszféra szerkezetében, míg a litoszféra és az atmoszféra részben (a felső és alsó réteg) képviselteti magát.
A bioszféra élettelen összetevője a következőkből áll:
- Biogén anyag, amely az élő szervezetek létfontosságú tevékenységének terméke. Tartalmazza: szén, olaj, tőzeg, természetes mészkő, gáz stb.
- Bioinert anyag, amely az élőlények létfontosságú tevékenységének és a nem biológiai folyamatok együttes eredménye. Ide tartozik: talaj, iszap, víztározók és így tovább.
- Inert anyag, amely részt vesz a biológiai körforgásban, de nem az élő szervezetek létfontosságú tevékenységének terméke. Ebbe a csoportba tartozik: víz, fémsók, légköri nitrogén stb.
A bioszféra határai
Az olyan fogalmak, mint a bioszféra összetétele, szerkezete és határai szorosan összefüggenek egymással. Annak ellenére, hogy a baktériumokat és a spórákat 85 kilométeres magasságig találták, úgy vélik, hogy a bioszféra felső határa 20-25 km. Nagy magasságban az élőanyag koncentrációja elhanyagolható a napsugárzás erős hatása miatt.
A hidroszférában az élet mindenhol jelen van. És még a Mariana-árokban is, amelynek mélysége 11 km, a tudósFranciaországból J. Picard nemcsak gerincteleneket, hanem halakat is megfigyelt. Baktériumok, algák, foraminiferák és rákfélék élnek több mint 400 méteres antarktiszi jég alatt. A baktériumok egy kilométeres iszapréteg alatt és a talajvízben találhatók. Ennek ellenére az élőlények legnagyobb koncentrációja 3 km-es mélységben figyelhető meg. Így a bioszféra határai és szerkezete a bolygó különböző részein eltérő lehet.
Légkör, litoszféra és hidroszféra
A légkör főként oxigénből és nitrogénből áll. Kis mennyiségben tartalmaz argont, szén-dioxidot és ózont. A szárazföldi és vízi lények élete a légkör állapotától függ. Az oxigén szükséges az élő szervezetek légzéséhez és a haldokló szerves anyagok mineralizációjához. Nos, a szén-dioxidot a növények fotoszintézishez használják.
A litoszféra vastagsága 50-200 km, azonban az élőlények főbb fajai több tíz centiméter vastag felső rétegében koncentrálódnak. Az élet mélyen a litoszférába való terjedését számos tényező korlátozza, amelyek közül a legfontosabbak: a fényhiány, a közeg nagy sűrűsége és a magas hőmérséklet. Így a litoszférában az élet eloszlásának alsó határa 3 km-es mélység, ahol bizonyos típusú baktériumokat találtak. Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy nem a talajban éltek, hanem a talajvízben és az olajhorizontban. A litoszféra értéke abban rejlik, hogy életet ad a növényeknek, minden szükséges anyaggal táplálva őket.
Hidroszféraa bioszféra lényeges alkotóeleme. A vízkészlet mintegy 90%-a a világ-óceánra esik, amely a bolygó felszínének 70%-át foglalja el. 1,3 milliárd km3, a folyók és tavak pedig 0,2 millió km3 vizet tartalmaznak. A szervezet létfontosságú tevékenységének legfontosabb tényezője a víz oxigén- és szén-dioxid-tartalma.
Lenyűgöző számok
A bioszféra összetétele, szerkezete és funkciói meglepnek léptékükkel. Most megtudunk néhány érdekes tényt. A víz 660-szor több szén-dioxidot tartalmaz, mint a levegő. A szárazföldön a növényvilág sokszínűsége dominál, a tengerben pedig az állatvilág. A szárazföldi biomassza 92 százaléka zöld növény. Az óceán 94%-a mikroorganizmusok és állatok.
Átlagosan nyolcévente egyszer megújul a Föld biomassza. A szárazföldi növényeknek ehhez 14 évre, az óceáni növényeknek 33 napra van szükségük. 3000 év kell ahhoz, hogy a földgolyó összes vize áthaladjon az élő szervezeteken, az oxigén - akár 5000 év, a szén-dioxid pedig - 6 év. A nitrogén, a szén és a foszfor esetében ezek a ciklusok még hosszabbak. A biológiai körforgás nem zárt – az élőanyag körülbelül 10%-a üledékes lerakódásokba és temetkezésbe kerül.
A bioszféra bolygónk tömegének mindössze 0,05%-át teszi ki. A Föld térfogatának körülbelül 0,4%-át foglalja el. Az élőlények tömege az inert anyag tömegének mindössze 0,01-0,02%-a, azonban igen jelentős szerepet játszanak a geokémiai folyamatokban.
200 milliárd tonna szerves száraz tömeget állítanak elő évente, és benA fotoszintézis 170 milliárd tonna szén-dioxidot nyel el. A mikroorganizmusok létfontosságú tevékenysége során évente 6 milliárd tonna nitrogén és 2 milliárd tonna foszfor, valamint hatalmas mennyiségű vas, magnézium, kén, kalcium és egyéb elemek vesznek részt a biogén ciklusban. Ez idő alatt az emberiség körülbelül 100 milliárd tonna ásványt termel.
Az élőlények életük során jelentősen hozzájárulnak az anyagok keringéséhez, stabilizálják és átalakítják a bioszférát, amelyek tulajdonságai és szerkezete elgondolkodtat a magasabb hatalmak jelenlétén.
Energia funkció
Miután megismerkedtünk a bioszféra szerkezetével és összetételével, térjünk át a funkcióira. Kezdjük az energiával. Mint tudják, a növények elnyelik a napsugárzást, és létfontosságú energiával telítik a bioszférát. A befogott fény körülbelül 10%-át a termelők szükségleteik kielégítésére (főleg sejtlégzésre) használják fel. Minden más a táplálékláncon keresztül oszlik el a bioszféra összes ökoszisztémájában. Az energia egy része megőrződik a föld belsejében, telítve azokat erejével (szén, olaj stb.).
Még ha röviden is figyelembe vesszük a bioszféra funkcióit és szerkezetét, mindig kiemelik a redox funkciót, mint az energia alfaját. Termelőként a kemoszintetikus baktériumok energiát vonhatnak ki a szervetlen vegyületek oxidációs és redukciós reakcióiból. A hidrogén-szulfid oxidációja során a kénbaktériumok energiát, a vasat (2-3 vegyértékű) pedig vasbaktériumok táplálják. Nitrifikáló is ne üljön anélkülügyek. Az ammóniumvegyületeket nitrátokká és nitritté oxidálják. A gazdálkodók éppen ezért ammóniumvegyületekkel trágyázzák a szántójukat, amelyeket a növények maguktól nem vesznek fel. Ha a talajt közvetlenül nitráttal trágyázzuk, a növények raktározó szövetei túltelítődnek vízzel, ami az ízük romlásához és az emésztőrendszeri megbetegedések kockázatának növekedéséhez vezet az őket fogyasztóknál.
Környezetformáló funkció
Az élő szervezetek alkotják a talajt, és szabályozzák a föld levegőjének és vízhéjának összetételét is. Ha a fotoszintézis nem létezne a bolygón, a légköri oxigénkészlet 2000 év alatt elhasználódna. Ráadásul a szó szoros értelmében egy évszázadon belül a levegő szén-dioxid-koncentrációjának növekedése miatt az élőlények pusztulni kezdenek. Egy erdő egy nap alatt a szén-dioxid 25%-át képes elnyelni egy 50 méteres levegőrétegből. Egy közepes méretű fa négy ember számára tud oxigént biztosítani. A város közelében található egy hektár lombhullató erdő évente mintegy 100 tonna port tart vissza. A kristálytisztaságáról híres Bajkál-tó a kis rákféléknek köszönhető, amelyek évente háromszor „szűrik” meg. És ez csak néhány példa arra, hogyan szabályozzák az élő szervezetek a bioszférában lévő anyagok összetételét.
Koncentrációs funkció
Az élőlények, és különösen a mikroorganizmusok képesek koncentrálni számos, a bioszférában található kémiai elemet. Majdnem 90% talaj nitrogéna kék-zöld algák tevékenységének eredménye. A baktériumok képesek koncentrálni a vasat (például a vízben oldódó bikarbonátot a környezetükben lerakódott hidroxiddá oxidálják), a mangánt, sőt az ezüstöt is. Ez a csodálatos tulajdonság lehetővé tette a tudósoknak, hogy elhiggyék, hogy a mikroorganizmusoknak köszönhető, hogy olyan sok fémlerakódás van a Földön.
Egyes országokban növényekből vonják ki az olyan elemeket, mint a germánium és a szelén. A Fucus algák 10 000-szer több titánt tudnak felhalmozni, mint amennyit a környező tengervíz tartalmaz. Minden tonna barna alga több kilogramm jódot tartalmaz. Az ausztrál tölgyben alumínium, fenyő - berillium, nyír - bárium és stroncium, vörösfenyő - nióbium és mangán halmozódik fel, a tórium pedig nyárban, madárcseresznyében és fenyőben koncentrálódik. Ráadásul egyes növények még nemesfémeket is "gyűjtenek". Tehát 1 tonna ürömhamuban akár 85 gramm arany is lehet!
Romboló funkció
A Föld bioszférájának és környezetének kémiai szerkezete nemcsak kreatív, hanem pusztító folyamatokat is magában foglal. Ugyanakkor nagy szerepük van a bolygó anyagainak szabályozásában is. Az élő szervezetek aktív életével a szerves maradványok mineralizálódása, a kőzetek mállása következik be. A baktériumok, gombák, kék-zöld algák és zuzmók szén-, salétrom- és kénsav felszabadulásával képesek lebontani a kemény kőzeteket. A maró hatású vegyületek a fák gyökereit is felszabadítják. Vannak baktériumok, amelyek még az üveget és az aranyat is elpusztíthatják.
Közlekedési funkció
Figyelembe véve a szerkezetet ésA bioszféra funkciói miatt nem lehet szem elől téveszteni az anyag tömegátadását. A fa vizet emel a földből a légkörbe, egy vakond dobja fel a földet, egy hal az árammal szemben úszik, egy sáskaraj vándorol - mindez a bioszféra szállítási funkciójának megnyilvánulása.
Az élő anyag óriási geológiai munkát végezhet, új képet alkotva a bioszféráról, és aktívan részt vesz annak minden folyamatában.
Külön is érdemes megjegyezni az üledékes kőzetek képződésének folyamatát. Ennek a folyamatnak az első szakasza az időjárás – a litoszféra felső rétegeinek elpusztítása levegő, nap, víz és mikroorganizmusok hatására. A sziklába behatolva a növények gyökerei elpusztíthatják azt. A gyökerek által kialakított repedésekbe beszivárgó víz feloldja és elviszi az anyagot. Ez a növény korrozív összetevőinek köszönhető. A zuzmók különösen nagy mennyiségben tartalmaznak szerves savakat. Így a fizikai mállás a kémiai mállás mellett következik be.
A plankton organizmusok pusztulása miatt évente akár 100 millió tonna mészkő rakódik le a világóceán fenekén. Sok közülük kémiai eredetű, például a savas és lúgos talajvíz érintkezési területén. Az egysejtű algák és radioláriumok pusztulásával szilíciumtartalmú iszapok keletkeznek, amelyek több százezer km2 a tengerfenéken.
Talajképző funkció
A bioszféra tulajdonságai és szerkezete annyira átfogó, hogy minden funkciója szorosan összefügg. Így a talajképzés a tömegcsere egyik ágaés környezetformálás, de fontossága miatt külön is figyelembe vesszük. A kőzetek mikroorganizmusok általi megsemmisítése és további feldolgozása során a föld laza, termékeny héja képződik, amelyet talajnak neveznek. A nagyméretű növények gyökerei mély horizontokból vonják ki az ásványi elemeket, gazdagítják velük a talaj felső rétegeit és növelik azok termőképességét. A talaj a növények elh alt gyökereiből és száraiból, valamint az állatok ürülékéből és teteméből kap szerves vegyületeket. Ezek a vegyületek táplálékai a talajban élő szervezeteknek, amelyek szerves anyagokat mineralizálnak, szén-dioxidot, szerves savakat és ammóniát termelnek.
A gerinctelenek, rovarok, valamint lárváik játsszák a legfontosabb szerkezetalkotó szerepet. Lazává és növényi életre alkalmassá teszik a talajt. A gerinces állatok (vakondok, cickányok és mások) fellazítják a földet, hozzájárulva a cserjék sikeres növekedéséhez. Éjszaka hűtött sűrített levegő hatol be a talajba, ami szükséges a gyökerek és a mikroorganizmusok légzéséhez.
A bioszféra csodálatos szerkezete.
