Биосфераның құрамдас бөліктерінің құрылымы. Биосфераның функционалдық құрылымы

Жансыз табиғаттың физика-химиялық факторларының әсерімен анықталатын планетамыздың биологиялық дамуының ұзақ кезеңі сапалы секіріспен – органикалық тіршіліктің пайда болуымен аяқталды. Организмдер пайда болғаннан бері жансыз табиғатпен тығыз қарым-қатынаста өмір сүріп, дамып, планетамыздың бетіндегі тірі табиғаттағы процестер басым болды. Күн энергиясының әсерінен түбегейлі жаңа (планеталық масштабта) жүйе дамып келеді - биосфера.Биосфера мыналардан тұрады:

♦ организмдер жиынтығынан түзілген тірі зат;

♦ организмдердің тіршілігі барысында түзілетін биогенді зат (атмосфералық газдар, көмір, әктас және т.б.);

♦ тірі организмдердің қатысуынсыз түзілген инертті зат (негізгі тау жыныстары, жанартаулық лава, метеориттер);

♦ организмдердің тіршілік әрекеті мен абиогендік процестердің (топырақ) бірлескен нәтижесі болып табылатын биоинерттік зат.

Биосфераның эволюциясы өзара тығыз байланысты факторлардың үш тобымен анықталады: біздің планетамыздың ғарыштық дене ретінде дамуы және оның тереңдігінде болып жатқан химиялық өзгерістер, тірі организмдердің биологиялық эволюциясы және адам қоғамының дамуы.

Тіршіліктің шекарасы тірі организмдердің өмір сүруіне кедергі болатын жердің ортасының факторларымен анықталады. Биосфераның жоғарғы шекарасы Жер бетінен шамамен 20 км биіктікте өтеді және тіршілік үшін жойқын Күннен келетін ультракүлгін сәулеленудің қысқа толқынды бөлігін бөгеп тұратын озон қабатымен шектеледі. Жер қыртысының гидросферасында тірі организмдер Дүниежүзілік мұхиттың барлық суларында – 10–11 км тереңдікте мекендейді. Литосферада тіршілік 3,5–7,5 км тереңдікте жүреді, ол жердің ішкі бөлігінің температурасымен және сұйық судың ену деңгейімен анықталады.

Атмосфера.Жердің газ қабығы негізінен азот пен оттегіден тұрады. Оның құрамында аз мөлшерде көмірқышқыл газы (0,003%) және озон бар. Атмосфераның күйі жер бетіндегі және су ортасындағы физикалық, химиялық және биологиялық процестерге үлкен әсер етеді. Тіршілік процестері үшін мыналар ерекше маңызды: оттегі,өлі органикалық заттардың тыныс алуы және минералдануы үшін қолданылады; Көмір қышқыл газы,жасыл өсімдіктер фотосинтезде қолданылады; озон,жер бетін ультракүлгін сәулеленуден қорғайтын экран жасау. Атмосфера күшті жанартаулық және тау-құрылыс әрекетінің нәтижесінде пайда болды, оттегі фотосинтез өнімі ретінде әлдеқайда кейінірек пайда болды.

Гидросфера.Су – биосфераның маңызды құрамдас бөлігі және тірі организмдердің тіршілік етуінің қажетті шарты. Суда еріген газдардың маңызы зор: оттегі мен көмірқышқыл газы. Олардың мазмұны температураға және тірі организмдердің болуына байланысты кеңінен өзгереді. Суда көмірқышқыл газы атмосфераға қарағанда 60 есе көп. Гидросфера литосферадағы геологиялық процестердің дамуына байланысты пайда болды, оның барысында көп мөлшерде су буы бөлінді.

Литосфера.Литосфералық организмдердің негізгі бөлігі топырақ қабатында кездеседі, оның тереңдігі бірнеше метрден аспайды. Топырақ тау жыныстарының бұзылуы кезінде түзілетін бейорганикалық заттардан (құм, саз, минералды тұздар) және органикалық заттар – организмдердің қалдықтарынан тұрады.

Биосфераның негізгі компоненттері: тірі, инертті, биоинертті және биогенді заттар.

Тірі зат - биосфераның ең маңызды құрамдас бөлігі.

Тірі зат- жер бетіндегі барлық тірі ағзалардың көбею және жер шарында таралу, тамақ, су, аумақ, ауа үшін күресу қабілетімен жиынтығы.

Тірі материя (масса бойынша) Жердің массасымен салыстырғанда шамалы үлесті құрайды. Тірі материя өсумен, белсенді қозғалыспен және бүкіл қоршаған кеңістікті толтыруға ұмтылумен сипатталады. Сонымен қатар, тірі материя пішіндердің, өлшемдердің және химиялық құрамының таңғажайып әртүрлілігімен және, әрине, эволюциямен сипатталады.

Инертті затминералдар (алмас, изумруд, кварц) және тау жыныстары (гранит, мәрмәр) арқылы ұсынылған. Олардың түзілуі тірі материяның қатысуынсыз болған және жүреді. Бұл процестер, мысалы, тау жыныстарының үгілуімен, олардың механикалық бұзылуымен және жанартаулардың атқылауымен байланысты. Инертті және тірі материяның арасында ажырамас байланыс бар. Мысалы, ол тірі материяның тыныс алу процесінде жүзеге асады. Бұл жағдайда атомдар биосфераның инертті құрамдастарынан тіріге және кері қарай жылжиды. Биосферадағы инертті заттардың массасы тірі заттың массасынан бірнеше есе артық.

Биоинертті затбиосфераның ерекше заты болып табылады. Ол топырақпен, барлық табиғи сулармен және атмосфералық қыртыспен ұсынылған. Бұл зат тірі материяның инертті затпен үздіксіз әрекеттесуінің нәтижесі.

Тірі материяның жер қыртысын өзгертудегі белсенділігінің көрінісі оның органикалық текті шөгінді жыныстарды (көмір, әртүрлі рудалар, әктастар, мұнай) жасауға қатысуы болып табылады. Бұл жұмыстың нәтижесін В.И.Вернадский атады қоректік затбиосфера. Биогенді зат тірі заттан оның тіршілік әрекеті немесе өлуі нәтижесінде пайда болады. Жер планетасында көптеген пайдалы қазбалардың кен орындары осылай пайда болды: шымтезек, мұнай, көмір және т.б.

Құрлық бетінің, мұхиттардың, топырақтың биомассасы

Биомасса – биосферадағы жануарлардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің жалпы массасы. Жердің жалпы биологиялық массасы шамамен 2420 млрд тоннаға бағаланады.Материктік құрлықтағы және Дүниежүзілік мұхиттағы тірі заттардың биомассалары (жасыл өсімдіктер, жануарлар және микроорганизмдер) айтарлықтай ерекшеленеді:

Кестеден көріп отырғанымыздай, биосферадағы тірі ағзалардың ең үлкен массасы континенттерде шоғырланған (98,7%-дан астам). Жалпы биомассаға мұхиттық бөліктің үлесі аз (шамамен 0,13%). Құрлықта өсімдіктердің тірі заты айтарлықтай басым (99% -дан астам), мұхитта - жануарлар (93% -дан астам). Сонымен бірге олардың абсолютті мәндерін салыстырған кезде: 2 400 миллиард тонна өсімдіктер мен 3 миллиард тонна жануарлар, планетадағы тірі материяның басым көпшілігі жердегі жасыл өсімдіктерден тұратыны анық. Гетеротрофты организмдердің биомассасы небәрі 1% шамасында.

Жер биомассасыполюстерден экваторға қарай артады. Құрлықтағы тірі заттардың ең үлкен биомассасы тропикалық ормандарда шоғырланған. Олар континенттік биосфераның ең өнімді қауымдастықтары болып табылады.

Дүниежүзілік мұхиттар планета бетінің 2/3 бөлігінен астамын алып жатыр. Ондағы биомасса біркелкі таралмаған және негізінен жоғарғы бөлігінде планктонмен ұсынылған. Құрлық өсімдіктерінің биомассасы мұхиттық тірі организмдердің жалпы массасынан 1000 есе көп. Сонымен бірге, биомасса жасау үшін ең өнімді орта болып саналатын дүниежүзілік мұхит болып табылады. Бұл фито- және зоопланктондардың микроскопиялық өкілдерінің қарқынды көбею жылдамдығымен, олардың тез өсуімен және қысқа өмір сүруімен байланысты. Сондықтан Дүниежүзілік мұхит өндірушілерінің өндіретін жылдық бастапқы өнімінің жалпы көлемі жердегі өсімдіктердің өндірісінің көлемімен салыстырылады.

Топырақ тіршілік ету ортасы ретінде өзінің биомассасымен сипатталады, өйткені ол көптеген организмдердің тіршілік әрекетімен тығыз байланысты. Топырақ биомассасы- топырақта тіршілік ететін және оның түзілу процесінде жетекші рөл атқаратын тірі организмдердің жиынтығы. Топырақта органикалық заттарды ыдырататын көптеген микроорганизмдер, протистер, құрттар бар. Жасыл балдырлар мен цианобактериялар фотосинтез процесі арқылы топырақты оттегімен қамтамасыз ететін беткі қабаттарда өмір сүреді. Сонымен қатар топырақты құмырсқа, кене, мең, суыр, гофер, т.б. мекендейді.Олардың барлығы да үлкен топырақ түзу жұмыстарын жүргізіп, топырақтың құнарлылығын жасайды, өлгеннен кейін бактериялар үшін органикалық заттардың көзіне айналады. Топырақ биомассасы өсімдік биомассасы сияқты полюстерден экваторға қарай ұлғаяды.

Тірі заттың биогеохимиялық қызметтері

Жер шарындағы тірі материяның келесі маңызды қызметтері ажыратылады: энергия, газ, концентрация, тотығу-тотықсыздану.

Энергетикалық функция. Энергия биосфераның өмір сүруі мен дамуының қажетті шарты болып табылады. Энергетикалық функцияны ең алдымен жасыл өсімдіктер жүзеге асырады. Биосфераны энергияның негізгі жеткізушісі – Күн. Өздеріңіз білетіндей, өсімдіктер фотосинтез процесінде күн энергиясын әртүрлі органикалық қосылыстардың химиялық байланыстарында жинақтайды. Осыдан кейін өсімдік организмдері оны биосфераның барлық компоненттері арасында қайта бөледі. Назар аударыңыз, биосфераға түсетін барлық күн энергиясының тек 1% жуығын өндірушілер фотосинтез үшін пайдаланады, содан кейін органикалық заттардың бөлігі ретінде тұтынушыларға беріледі. Қалғанын атмосфера, гидросфера және литосфера сіңіреді, сонымен қатар биосферада болатын физикалық-химиялық процестерге қатысады, мысалы: ауа массаларының қозғалысы, тау жыныстарының үгілуі және т.б.

Газ функциясыфотосинтез және тыныс алу процесінде тірі организмдер мен қоршаған орта арасында үнемі болатын оттегі мен көмірқышқыл газының алмасуынан тұрады. Азот, күкіртті сутек, метан сияқты газдар да тірі организмдердің қалдық өнімдері болуы мүмкін және биогендік шығу тегі бар. Тірі организмдердің арқасында планетамыздың атмосферасында тұрақты газ құрамы сақталады.

Тотығу-тотықсыздану функциясыорганизмде оның өмір сүру кезеңінде болатын әртүрлі химиялық реакцияларда жатыр. Ол тірі организмдерде айнымалы тотығу дәрежесі бар химиялық элементтердің (марганец, темір, хром) болуына байланысты. Олардың арқасында денеде болатын тотығу-тотықсыздану процестерінің әртүрлілігі қамтамасыз етіледі. Органикалық заттардың синтезі процесінде тотықсыздану реакциялары басым болып, энергия жұмсалады. Ал оттегінің қатысуымен тотығу және ыдырау процесінде энергияның бөлінуімен тотығу реакциялары басым болады. Сонымен, биосферадағы тіршілік – жер бетіндегі барлық тірі ағзаларды біріктіретін органикалық заттардың үздіксіз синтезі мен ыдырауы.

Концентрация функциясы- қоршаған ортада шашыраңқы химиялық элементтердің тірі заттың таңдамалы жинақталуы. Мысалы, диатомдылардың қабықшалары, жануарлардың қаңқалары, моллюскалардың қабықшалары тірі заттың шоғырлану функциясының көрінісі. Биосферадағы биогендік заттардың минералды кен орындары түрінде пайда болуы да тірі заттың концентрациялық қызметінің нәтижесі.

Биосфераның негізгі компоненттері: тірі, инертті, биоинертті және биогенді заттар. Тірі организмдердің ең үлкен массасы континенттерде шоғырланған, ал жер продуценттерінің биомассасы айтарлықтай басым. Биосфераның мұхиттық бөлігінде тұтынушылар биомасса бойынша өндірушілерден асып түседі. Планетадағы тірі организмдер тіршілік процесінде энергетикалық, газдық, тотығу-тотықсыздану, шоғырлану функцияларын орындайды.

1875 жылы ғылыми әдебиеттерде «биосфера» термині пайда болды. Оны әйгілі австриялық геолог Эдуард Сюсс (1831-1914) ұсынған. Ғылымға жаңа термин енгізген Э.Сюсс оған анықтама бермеген, сондықтан «биосфера» сөзі геологиялық-географиялық әдебиеттерде анда-санда, әр жолы әртүрлі мағынада қолданыла бастады.

1926 жылы Ленинградта көрнекті орыс ғалымы В.И.Вернадскийдің «Биосфера» кітабы жарық көрді. Бұл кітап организмдермен толтырылған, түрленетін және үнемі түрленетін планеталық қабық ретінде Жердің биосферасы туралы түсінік беретін бірінші кітап. В.И.Вернадский «биосфера» ұғымын тек организмдерге ғана емес, тіршілік ету ортасына да таратқан. Вернадский тірі организмдердің геологиялық рөлін атап көрсете отырып, былай деп жазды: «Жер бетінде тұтас алғанда тірі организмдерден гөрі үнемі белсенді, сондықтан оның соңғы салдары бойынша күштірек химиялық күш жоқ».

9.1. Биосфера, оның құрылымы және қызметі

♦ организмдер жиынтығынан түзілген тірі зат;

♦ организмдердің тіршілігі барысында түзілетін биогенді зат (атмосфералық газдар, көмір, әктас және т.б.);

Тіршіліктің шекарасы тірі организмдердің өмір сүруіне кедергі болатын жердің ортасының факторларымен анықталады. Биосфераның жоғарғы шекарасы Жер бетінен шамамен 20 км биіктікте өтеді және тіршілік үшін жойқын Күннен келетін ультракүлгін сәулеленудің қысқа толқынды бөлігін бөгеп тұратын озон қабатымен шектеледі. Жер қыртысының гидросферасында тірі организмдер Дүниежүзілік мұхиттың барлық суларында – 10-11 км тереңдікте мекендейді. Литосферада тіршілік 3,5-7,5 км тереңдікте кездеседі, ол жердің ішкі бөлігінің температурасымен және сұйық судың ену деңгейімен анықталады.

9.2. Тірі зат биосфераның жүйе құраушы факторы ретінде

В.И.Вернадскийдің орасан зор еңбегі - тірі материя туралы идеялардың жаңа мазмұнын негіздеу. Вернадский тірі материяны «салмағы, химиялық құрамы және энергиясы азайған организмдер жиынтығы» деп атады. Массасындағы тірі зат биосфераның елеусіз бөлігін құрайды. Егер Жердің барлық тірі заттары оның бетіне біркелкі таралса, онда ол біздің планетамызды қалыңдығы 2 см қабатпен жабады.Дегенмен, В.И.Вернадскийдің пікірінше, жердің қалыптасуында жетекші қызметтерді атқаратын тірі материя. қыртысы.

Тірі заттың бірқатар ерекше қасиеттері бар:

1. Тірі материя орасан зор бос энергиямен сипатталады.

2. Тірі материяда химиялық реакциялар тірі емес заттарға қарағанда мыңдаған (кейде миллиондаған) есе жылдам жүреді. Сондықтан тірі материядағы өзгерістерді сипаттау үшін олар ұғымды пайдаланады тарихи,және инертті затта - геологиялықуақыт.

3. Тірі затты құрайтын химиялық қосылыстар (ферменттер, белоктар, т.б.) тек тірі организмдерде тұрақты болады.

4. Тірі материя ерікті қозғалыспен сипатталады - пассивті, өсу мен көбеюге байланысты және белсенді - организмдердің бағытталған қозғалысы түрінде. Біріншісі – барлық тірі организмдерге, екіншісі – жануарларға, сирек жағдайда өсімдіктерге тән қасиет.

5. Тірі материя жансыз заттарға қарағанда әлдеқайда көп химиялық және морфологиялық әртүрлілігімен сипатталады.

6. Жер биосферасындағы тірі заттар дисперсті денелер – жеке организмдер түрінде кездеседі. Тірі ағзалардың мөлшері мен массасы айтарлықтай өзгереді (диапазон 10 9-дан жоғары).

7. Тірі материя тек тірі материядан пайда болады және жер бетінде ұрпақтардың үздіксіз алмасуы түрінде болады.

Биосферадағы тірі организмдер өте біркелкі таралмаған. Гидросфера мен литосфераның биік тауларында және тереңдігінде организмдер өте сирек кездеседі. Тіршілік негізінен жер бетінде, топырақта және Дүниежүзілік мұхиттың беткі қабатында шоғырланған.

В.И.Вернадский тірі материяның шоғырлануының екі формасын анықтады: өмірлік фильмдер,орасан зор аумақтарды алып жатқан және өмір конденсациясы,шағын аумақтармен ұсынылған (мысалы, тоған). Биосфераның қалған бөлігі тірі заттың төгілу аймағы.

Мұхитта өмірдің екі фильмін бөлуге болады - планктоникалықЖәне төменгі,фазалық интерфейсте орналасқан. Планктондық атмосфера мен гидросфераның шекарасында, түбі – гидросфера мен литосфераның шекарасында жатыр. Мұхиттағы тіршіліктің шоғырлануы үш түрге бөлінеді: жағалық, саргассум және риф.

Құрлықта тіршіліктің шоғырлануының әртүрлі формалары да кездеседі. Құрлықтағы тіршіліктің жоғарғы қабаты атмосфера мен литосфераның шекарасында орналасқан жер үсті. Оның астында көптеген бактериялар, қарапайымдылар және тірі организмдердің басқа өкілдері мекендейтін күрделі жүйе болып табылатын тіршіліктің топырақ қабығы жатыр.

Тіршілік конденсациясы құрлықта жағалаулық, жайылмалық және тропиктік формалармен ұсынылған.

Маңызды заңдылық жер бетіндегі тірі ағзалардың түрлік құрамының арақатынасында байқалады. Өсімдіктер түрлердің жалпы санының 21% құрайды, жалпы биомассаның 99% құрайды. Жануарлардың 96%-ы омыртқасыздар және 4%-ы ғана омыртқалылар, оның 10%-ы ғана сүтқоректілер.

Осылайша, эволюциялық дамудың салыстырмалы түрде төмен деңгейіндегі организмдер сандық жағынан айтарлықтай басым болады.

Тірі заттың массасы жансыз заттың массасымен салыстырғанда өте аз және биосфераның инертті затының 0,01-0,02% ғана құрайды. Сонымен бірге геохимиялық процестерде тірі зат басым рөл атқарады. Жыл сайын өсімдіктер мен жануарлардың тіршілік әрекетінің арқасында биомассаның шамамен 10% қайта өндіріледі.

Биосферадағы тірі зат маңызды функцияларды орындайды:

1. Энергетикалық функция – хемосинтез кезінде күн энергиясын және энергияны сіңіру, қоректік тізбек бойымен энергияны одан әрі тасымалдау.

2. Концентрация функциясы – белгілі бір химиялық заттардың таңдамалы жинақталуы.

3. Қоршаған ортаны түзуші функция – қоршаған ортаның физикалық және химиялық параметрлерін түрлендіру.

4. Тасымалдау қызметі – заттардың тік және көлденең бағытта тасымалдануы.

5. Деструктивті қызметі – биогенді емес заттардың минералдануы, тірі емес бейорганикалық заттардың ыдырауы.

Тірі организмдер биосферадағы химиялық элементтерді тыныс алу, қоректену, зат алмасу және энергия алмасу процесінде көшіреді.

Биосфераның негізгі қызметі химиялық элементтердің айналымын қамтамасыз ету болып табылады, ол атмосфера, топырақ, гидросфера және тірі организмдер арасындағы заттардың айналымынан көрінеді.

9.3. Биосфера – планетарлық масштабтағы экожүйе

Ғылыми-техникалық прогресс жағдайында адамзат табиғатпен қақтығысқа түсуде. Адамның белсенді қызметі біздің планетамыздың сыртқы түрін ғана емес, сонымен қатар биосферадағы процестердің сипатына да айтарлықтай әсер етеді. Адамның іс-әрекеті заттардың биотикалық айналымының бұзылуына, табиғи ресурстардың сарқылуына, термодинамикалық тепе-теңдіктің бұзылуына және т.б. Бұл қақтығыстың одан әрі тереңдей түсуі ғаламдық апатқа әкелуі мүмкін, бұл планетадағы барлық тіршілік иелерінің, соның ішінде адамдардың өліміне қауіп төндіреді. Осыған байланысты адам мен оны қоршаған орта арасындағы қарым-қатынас пен оның табиғаттағы орны түбегейлі қайта қарастырылуы керек. Адамзаттың өмір сүруі мен дамуы биосфераның даму заңдылықтарына сәйкес болуы керек.

Органикалық заттардың биотикалық айналымы биосфераның өмір сүруінің негізі және шарты болып табылады. Оның үздіксіздігі жер бетіндегі тіршіліктің дамуы мен өмір сүруінің кілті болып табылады. Әрбір түр биотикалық циклдің буыны болып табылады. Тіршіліктің үздіксіздігі синтез және ыдырау процестерімен қамтамасыз етіледі. Биосфераға түсетін күн энергиясы жартылай жоғары молекулалық энергияға бай органикалық заттардың синтезіне жұмсалады. Энергия бір трофикалық деңгейден екінші деңгейге ауысқан сайын ол біртіндеп таралады. Циклдегі ерекше рөл өсімдіктер мен жануарлардың өлі қалдықтарын бейорганикалық заттарға айналдыратын микроорганизмдерге тиесілі, оларды кейіннен жасыл өсімдіктер фотосинтез үшін пайдаланады. Жер биосферасындағы барлық тірі заттардың жаңаруы шамамен 8 жылда болады. Жер үсті өсімдіктері 14 жылда, ал мұхиттың бүкіл биомассасы 33 күнде жаңарады.

В.И.Вернадский биотикалық циклды планеталық масштабта тіршілікті ұйымдастырудың негізі ретінде қарастырды.

9.4. Биосфера құрылымының принциптері

Сонымен, биосфера – тіршілік ету ортасымен бірге барлық тірі организмдердің жиынтығы. Тіршілік ету ортасына су, атмосфераның төменгі қабаты және жер қыртысының жоғарғы қабаты жатады. Биосфераның тірі және жансыз заттары біртұтас жүйе құра отырып, үздіксіз өзара әрекеттесуде және бірлікте болады. В.И.Вернадскийдің Жердегі тірі материя мен геохимиялық процестердің өзара әрекеттесу мәселелері бойынша көп жылдық жұмысы биосфера туралы ілімді құрумен аяқталды, оның негізгі ережелері төмендегідей.

1. Биосфераның біртұтастығы биосферадағы барлық процестердің физикалық константалармен, радиация деңгейімен және т.б. шектелген өз бетінше бірізділігімен анықталады.

2. Атом қозғалысы мен энергияның түрленуінің жердегі заңдары биосфераның үйлесімділігі мен ұйымдасуын қамтамасыз ететін ғарыш гармониясының көрінісі болып табылады. Күн биосферадағы негізгі энергия көзі ретінде жердегі тіршілік процестерін реттейді.

3. Ежелгі геологиялық дәуірлерден бастап биосферадағы тірі материя күн энергиясын күрделі органикалық заттардың химиялық байланыстарының энергиясына белсенді түрде айналдырды. Сонымен бірге тірі заттардың мәні тұрақты, тек тірі материяның өмір сүру формасы өзгереді. Тірі материяның өзі кездейсоқ жаратылыс емес, ол күн сәулесінің энергиясының Жердің нақты энергиясына айналуының нәтижесі болып табылады.

4. Организмдер неғұрлым аз болса, соғұрлым тез көбейеді. Көбею жылдамдығы тірі заттың тығыздығына байланысты. Тіршіліктің таралуы оның геохимиялық энергиясының көрінуінің нәтижесі.

5. Автотрофты организмдер тіршілікке қажетті заттардың барлығын қоршаған инертті заттардан алады. Гетеротрофтардың тіршілігі үшін дайын органикалық қосылыстар қажет. Фотосинтездеуші организмдердің (автотрофтардың) таралуы күн энергиясының енуімен шектеледі.

6. Ғарыштық энергияның тірі материяның белсенді түрленуі максималды кеңеюге ұмтылумен, барлық мүмкін болатын кеңістікті толтыруға ұмтылумен бірге жүреді. В.И.Вернадский бұл процесті «өмір қысымы» деп атады.

7. Химиялық элементтердің пайда болу формалары тау жыныстары, минералдар, магма, микроэлементтер және тірі заттар. Жер қыртысында заттардың тұрақты түрленуі, айналымдар, атомдар мен молекулалардың қозғалысы жүреді.

8. Біздің планетамыздағы тіршіліктің таралуы жасыл өсімдіктердің тұрақтылық өрісімен анықталады. Тіршіліктің максималды өрісі тірі материяны құрайтын химиялық қосылыстардың белгілі бір орта жағдайларына тұрақтылығына байланысты организмдердің тіршілік етуінің шекті шегімен шектеледі.

9. Биосферадағы тірі заттың мөлшері тұрақты және атмосферадағы газдардың, ең алдымен оттегінің мөлшеріне сәйкес келеді.

10. Әрбір жүйе тұрақты тепе-теңдікке жетеді, бұл кезде жүйенің бос энергиясы нөлге жақындайды.

В.И.Вернадский еңбектерінде биосфераның эволюциясы концепциясы ерекше орын алады. Ол биосфера дамуының үш кезеңін анықтайды. Біріншісі – заттардың биотикалық айналымымен біріншілік биосфераның пайда болуы. Бұл кезеңдегі жетекші факторларға жердегі геологиялық және климаттық өзгерістер жатады. Екінші кезең – бір клеткалы және көп жасушалы эукариоттық организмдердің пайда болуы нәтижесінде биосфера құрылымының күрделенуі. Қозғаушы фактор - биологиялық эволюция. Ал, ақырында, үшінші кезең – адамзат қоғамының пайда болуы және биосфераның біртіндеп ноосфераға айналуы. Бұл процестің жетекші факторы – адам мен табиғат арасындағы қарым-қатынасты ұтымды реттеумен сипатталатын адамның саналы әрекеті.

9.5. Биосфераның ноосфераға айналуы

Қазіргі биосфера планетамыздың тірі және инертті материясының ұзақ эволюциялық процесінің нәтижесінде пайда болды. Биосфераның дамуындағы адамның рөлі ең алдымен оның биоәлеуметтік табиғатымен анықталады. Адамның гетеротрофты организм ретінде өмір сүруі органикалық қоректік заттардың, ауаның, судың және т.б. болуына байланысты.Сонымен қатар адамда оны тірі табиғаттан ерекшелендіретін маңызды белгілер – интеллект, еңбекке қабілеттілік, шығармашылық белсенділік, өндіріс. қарым-қатынастар. Адамзат өмірінің алғашқы кезеңдерінде оның қызметі биосферадағы тепе-теңдікті бұзған жоқ. Адамзат тұтынатын табиғи ресурстар және оның тіршілік әрекетінің өнімдері заттардың жалпы айналымында айналады, сондай-ақ тіршілік иелерінің басқа түрлерінің қызметінің өнімдері. Бірте-бірте адамның іс-әрекеті қоршаған орта жағдайына бейімделу ғана емес, қоршаған табиғатты өзгерте отырып, ұтымды, мақсатты сипатқа ие болды. Адам табиғи түрлердің алуан түрлілігін арттыра отырып, өсімдіктер мен жануарлардың көптеген жаңа сорттарын шығарды, бірақ сонымен бірге көптеген түрлер жойылып кетті немесе жойылу алдында тұр (додо, Стеллер сиыры, жолаушы көгершін және т.б.). Адамның іс-әрекеті табиғат пен биосферадағы тепе-теңдікті бұзатын қуатты экологиялық факторға айналуда. Адамның қоршаған ортаға әсері қазір планетарлық пропорцияларға жетті. Адамның іс-әрекеті нәтижесінде климатта, ландшафттарда, атмосфералық құрамда, тіршілік иелерінің түрлері мен санында өзгерістер болады. Ормандардың жаппай жойылуы атмосфераға оттегінің бөлінуінің және көмірқышқыл газының пайдаланылуының төмендеуіне, топырақ эрозиясына, климаттың өзгеруіне, су режимінің бұзылуына әкеледі. Органикалық отынның жануы атмосферадағы оттегінің мөлшерін азайтады (мысалы, автомобиль 100 км жүргенде бір адамға оттегінің жылдық нормасы жұмсалады). Соңғы жылдары атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшерінің артуы және өнеркәсіптік шаңның жиналуы байқалады. Бұл «парниктік эффектінің» пайда болуына әкеледі - жылудың Жер бетінен ғарышқа таралуының бұзылуы, бұл планета климатының біртіндеп жылынуына әкеледі. Жыл сайын атмосфераға миллиондаған тонна ластаушы заттар түседі. Әсіресе қауіпті күкірт диоксиді су буымен қосылып, қышқыл жаңбыр туғызады. Біздің планетамыздың барлық жерінде ирригациялық-мелиоративтік шаралардың нәтижесінде су жүйелерінің жағдайының нашарлауы байқалады. Жер асты сулары азайып барады, шағын өзендер жаппай қырылуда, ірі өзендер тартылуда, ірі су қоймалары құрғауда (мысалы, Арал көлі жер бетінен жоғалып кетті). Адамның литосфераға тигізетін әсері зор – ауыл шаруашылығы қажеттіліктері үшін жерлерді жырту (бүгінгі таңда жердің 30%-ын алып жатыр) топырақ эрозиясына, сортаңдануына, жер асты суларының көтерілуіне әкеледі. Адам жасайды техносфера,биосферамен біртұтас жүйе құрмау, жаңа энергия қорын жасамау. Адамның іс-әрекеті экологиялық тепе-теңдік пен биосфераның өмір сүруіне қауіп төндіреді.

Экологиялық дағдарыстан шығудың жолы жердегі жаратылыс болуы керек ноосфера.Ноосфера концепциясы В.И.Вернадскийдің ғылыми еңбегінің логикалық нәтижесі болды, ол «биосфера бір күні ақыл-ой сферасына – ноосфераға өтеді. Ұлы бірігу жүзеге асады, соның нәтижесінде планетаның дамуы парасат күшімен бағытталады». Ол өзінің аяқталмаған «Ғылыми ой планеталық құбылыс ретінде» атты еңбегінде Жердегі ноосфераның пайда болуы туралы егжей-тегжейлі жазды. Биосфераның ноосфераға («ақыл-ой сферасы») өтуін қарастыра отырып, В.И.Вернадский ноосфераның қалыптасуы мен өмір сүруіне қажетті бірқатар нақты жағдайларды көрсетті. Керек:

♦ адамзат біртұтас болды, бүкіл планетаны қоныстандырды және өзгертті;

♦ елдер арасындағы байланыс және ақпарат алмасу құралдары күрт өзгерді - олар мобильді болды;

♦ Жер бетіндегі барлық елдер арасындағы байланыстар, оның ішінде саяси байланыстар нығая түсті;

♦ биосфераның шекарасы кеңейді, ғарышты игеру жүргізілді;

♦ жаңа энергия көздері ашылды және белсенді түрде қолданыла бастады, энергетика саласы дамыды;

♦ барлық нәсілдер мен діндердің адамдарының шынайы теңдігі орнатылды;

♦ сан жағынан өсіп келе жатқан халықтың барлық материалдық, эстетикалық және рухани қажеттіліктерін қанағаттандыруға қабілетті ету үшін Жердің бастапқы табиғатының ақылға қонымды түрленуі белгіленді;

♦ соғыстар қоғам өмірінен алынып тасталды;

♦ жалпы өмір сүру деңгейі көтерілді, аштық пен ауру жеңілді.

Ноосфера – адамның түрлендіруші іс-әрекеті табиғи дамудың жалпы заңдылықтарын ескере отырып, табиғи және әлеуметтік процестерді ғылыми тұрғыдан түсінуге негізделген биосфера дамуының ең жоғарғы сатысы. Ноосфера өздігінен қалыптаса алмайды, оның қалыптасуы адамдардың саналы әрекетін, табиғат тағдырына ақыл-ойдың белсенді араласуын талап етеді. Биосферадағы өзгерістер адамзат мүддесі үшін болуы керек, бірақ биосфераның өзіне зиян келтірмей. Адам мен биосфера арасындағы бұл қатынас деп аталады бірлескен эволюция.

Ноосфера құрылымына келесі құрамдас бөліктер кіреді: адамзат, ғылыми білімдердің жиынтығы, биосферамен бірлікте техника мен технологиялардың жиынтығы.

Ноосфера адамзаттың тіршілігін емес, тірі және жансыз табиғаттың үйлесімділігінде экосфераның сақталуын, биогеоценоздарда органикалық дүние ресурсының сақталуымен табиғатты сақтауды көздейді.

В.И.Вернадскийдің идеялары заманауи көріністе тұрақты даму тұжырымдамалары.Адамзат өркениеті сыни деңгейге жетті, одан кейін дамудың сапалы жаңа дәрежесі де, апат та бірдей мүмкін. Тұрақты даму табиғи ресурстарды тұтыну мен ұдайы өндіру арасындағы тепе-теңдікті орнатуды да, әл-ауқаттың, әлеуметтік қауіпсіздіктің және жеке тұлғаның үйлесімді даму мүмкіндігінің тұрақты өсуін қамтамасыз етуді де қамтиды. Тұрақты даму – бұл қоршаған ортаға қысым оның қасиеттерін қалпына келтіру арқылы өтелетін экономикалық өсу қарқынының прогрессивті қозғалысы. Ноосфералық қайта құрулар адамзаттан ұтымды ойлау қабілетін, ғылыми болжамды, экологияның, экономика мен саясаттың бірлігін талап етеді.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Биосфера дегеніміз не?

2. Биосфераның құрылымы қандай?

3. Биосфераны құрайтын заттарды ата.

4. Тіршіліктің шекарасы қалай анықталады?

5. Тірі материяның қандай қасиеттері бар?

6. Биосферадағы тірі заттардың шоғырлану формаларын атаңыз.

7. Биосфераның ғарыштық рөлі қандай?

8. Биогеоценоз дегеніміз не?

9. Трофикалық байланыстар арқылы біріккен биогеоценоз ағзаларының топтарын атаңыз.

10. Коэволюция дегеніміз не?

Білім беру мақсаттары:оқушыларды жер шарының алып экологиялық жүйесі ретіндегі «биосфера» ұғымымен таныстыру, биосфераның құрылымын қарастыру, атқаратын қызметтерін анықтау, биосфераның шекарасын, биосферадағы тірі заттың рөлін көрсету.

Дамытушылық міндеттері: биосфераның негізгі компоненттерін анықтау, биосфера құрамдас бөліктері арасында байланыс орнату, қорытынды жасай білу дағдыларын дамытуды жалғастыру.

Тәрбиелік міндеттері: В.И. өмірі мен шығармашылығын мысалға ала отырып, патриоттық тәрбиені жалғастыру. Вернадский, оқушыларды табиғатқа деген ұқыптылықпен қарауға баулу, табиғатты қорғаудағы еліміздің үкіметінің қызметін ашып көрсету.

Құрал-жабдықтар: В.И. портреті. Вернадский, «Биосфераның құрылымы» кестесі, «Жер фаунасы» картасы.

Сабақтар кезінде

1. Ұйымдастыру кезеңі.

Сәлемдесу;

Жұмысқа дайындық;

Оқушылардың қолжетімділігі.

2. Оқу әрекетіне мотивация.

Сабақтың тақырыбы, мақсаты.

Организм мен қоршаған ортаның қарым-қатынасы әрқашанда ғылыми қызығушылық тудырды және қазіргі уақытта да өзекті болып табылады.

3. Жаңа нәрселерді үйрену.

Тақырыбы: Биосфераның құрылымы.

1. Биосфера, оның құрамы.

2. Биосфераның құрылымы.

3. Биосфераның шекаралары.

4. Тірі материяның рөлі.

5. Үйге тапсырма беру.

6. Сабақты қорытындылау.

Мақсаттардың қаншалықты орындалғанын бағалаңыз.

Оқушылардың жұмысын бағалау.

7. Оқыған материалды бекіту. Тестілеу.

Сабақтар кезінде

1. Әрбір тірі организм қоршаған ортамен оның денесі арқылы өтетін заттар мен энергия ағындары арқылы байланысады. Заттар мен энергияны тұтыну және шығару арқылы тірі организмдер қоршаған ортаға әсер етеді. Әрбір жеке тіршілік иесінің өмірлік қызметінің нәтижелері шағын және көзге көрінбейтін болуы мүмкін. Бірақ бәрі бірігіп, жер бетін өзгертетін қуатты күшке айналады. Біздің планетамыздағы тірі жандардың сыртқы ортамен өзара әрекеттесуі және оны өзгертуі туралы түсінік табиғат құбылыстарын бақылау негізінде ертеде пайда болды.

Терминнің өзі «биосфера» 1875 жылы Жер планетасының геологиялық қабықшаларын зерттеген австриялық геолог Эдвард Сюсс ұсынған. Бірақ ол биосфера туралы идеяларды дамытпады және терминді негіздемеді.

Биосфера туралы ілімді орыс ғалымы геохимигі, философы, минералогы Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) жасаған.

Студенттік хабарлама «В.И. Вернадский».

В.И.Вернадский көптеген кітаптар жазды. Бірінші кітабы француз тілінде «Геохимия» 1927 жылы жарық көрді. Біздің елімізде «Биосфера» кітабы 1926 жылы Ленинградта басылып шықты. 1927 жылы В.И.Вернадский биогеохимиялық процестерді зерттейтін зертхана ашты.

1949 жылы биохимиялық процестерді зерттеу саласындағы 1-дәрежелі Мемлекеттік сыйлықтың лауреаты атанды.

Жерде тіршілік қашан пайда болғаны есіңізде ме? (3-5 миллиард жыл бұрын).

Биосфераны қандай географиялық қабықтар құрайды?

Тіршіліктің таралуын шектейтін фактор қандай?

(217-беттегі оқулық сызбасымен жұмыс).

(Шектеу факторы – тірі организмдер үшін жағдайлардың болу мүмкіндігі).

«Биогеоценоз» ұғымына анықтама беріңіз. (Белгілі бір аумақты мекендейтін әртүрлі түрлердің популяцияларының және заттардың айналымын қамтамасыз етуге болатын бейорганикалық компоненттердің жиынтығы).

Биогеоценоз қандай құрылымдық компоненттерден тұрады? (Өндірушілер, тұтынушылар, ыдыратушылар).

Биогеоценоздардың қандай қасиеттері бар? (Тұтастық, тұрақтылық, өзін-өзі реттеу).

«Биогеоценоз» және «биосфера» деген екі ұғымды салыстырыңыз. Қандай қорытынды жасауға болады?

Қорытынды: биосфера – оның барлық құрылымдық құрамдас бөліктерінің өзара тығыз байланысы нәтижесінде өмір сүретін, тарихи дамудың ұзақ жолынан өткен біртұтас және тұрақты жүйе болып табылатын алып биогеоценоз.

Биосфераның шекаралары қандай? Үстелде көрсетіңіз. 20–40 км. Биосфераның қалыңдығын Жердің диаметрімен салыстырыңыз – 14 мың км, ол жұқа қабықша.

Биосферадағы тіршілік шекарасын анықтайтын шектеуші факторларды анықтаңыз: биосфераның жоғарғы шегі ультракүлгін сәулелердің қарқынды шоғырлануымен шектеледі; төменгісі жердің ішкі бөлігінің жоғары температурасына байланысты (100 градустан жоғары). 20 км биіктікте бактерия споралары, ал 3 км тереңдікте суларда анаэробты бактериялар кездеседі.

Тіршілік атмосфераның қай бөлігінде шоғырланған? - Тропосферада және төменгі стратосферада.

Гидросфераның қай бөлігінде тіршілік шоғырланған? – Дүниежүзілік мұхиттың бүкіл тереңдігіне 10-11 км тереңдікке дейін енеді.

Литосфераның қай бөлігінде тіршілік шоғырланған? – 3 – кейде 7 км тереңдікке дейін енеді.

Күн энергиясын түрлендіретін тірі организмдер геологиялық процестерге әсер ететін күшті күш болып табылады. Жердің қабығы ретінде биосфераның спецификалық ерекшелігі ондағы заттардың тірі организмдердің қызметімен реттелетін үздіксіз жүретін айналымы болып табылады. Биосфера энергияны сырттан – Күннен алатындықтан, оны атайды ашық жүйе.

Биосфераға мыналар кіреді:

1)Тірі зат– «элементар химиялық құрамымен, салмағымен, энергиясымен сандық түрде өрнектелген планетада қазіргі кезде бар барлық тірі организмдердің жиынтығы» (В.И.Вернадский бойынша).

Бұл зат геохимиялық тұрғыдан өте белсенді, өйткені тыныс алу, қоректену және көбею процестерінде атомдардың биогендік ағыны арқылы қоршаған ортамен байланысты. Осы ағынның арқасында барлық дерлік химиялық элементтер жалпы түрлендіру тізбегіндегі биогеохимиялық буын арқылы өтеді. Сонымен, организмдердің тіршілік әрекеті терең және күшті геологиялық процесс планеталықкейіпкер. Химиялық элементтердің организмнен қоршаған ортаға және кері миграциясы бір секундқа да тоқтамайды. Егер организмдердің элементар химиялық құрамы жер қыртысының химиялық құрамына жақын болмаса, бұл миграция мүмкін болмас еді.

В.И.Вернадский былай деп жазды: «Ағза тек бейімделіп қана қоймай, оған бейімделген ортамен айналысады».

Жасыл хлорофиллді өсімдіктердің арқасында фотосинтез процесі жүзеге асырылады, биосферада құрамында энергияның үлкен қоры бар күрделі құрылымды молекулалар жасалады. Тірі материя болмаса, күн сәулесінің жұмысы тек газ тәрізді, сұйық және қатты денелерді планетаның бетінде қозғалып, оларды уақытша қыздыруға дейін азаяды. Тірі затретінде әрекет етеді батареяжәне бірегей трансформаторКүннің байланысқан сәулелену энергиясы. Күн энергиясын алуды негізінен өсімдіктер әлемі жүзеге асырады. Бірақ ішінде ұстауЖәне түрлендірубарлық тірі материя оның жер беті бойымен тасымалдануына, сондай-ақ оның планетаның сыртқы қабаттарынан терең қабаттарына өтуіне қатысады. Бұл процесс организмдердің көбеюі және кейінгі өсуі арқылы жүзеге асады. Көбею жылдамдығыолардың (В.И.Вернадский бойынша) «биосферадағы геохимиялық энергияның берілу жылдамдығы». Бастауыш және құрылымдық бірлікБиосфера – биогеоценоз. Тірі зат биосферада келесі биогеохимиялық қызметтерді атқарады:

Энергия;

Газ;

Тотығу-тотықсыздану;

Шоғырлану.

Байыту зауыттары – қияқ және қырықбуын – ұлпаларда кремнийдің жиналуы, орамжапырақ пен қымыздық – йод пен кальцийдің көзі.

Жануарлар концентраторлары – мұхиттық балықтардың қаңқасы мен бұлшықеттерінде – кальций мен фосфор; моллюскалардың қабығында кальций бар. Сақтаушы организмдер бірқатар элементтердің миграциясын ұзақ уақытқа тоқтатады, оларды айналым циклінен алып тастайды және тірі затты сарқып жібереді.

Қорытынды: Жер бетінде өмір сүретін тірі организмдер күн сәулелерінің энергиясын геохимиялық процестердің энергиясына түрлендірудің күрделі жүйесін білдіреді.

Заттардың айналымын реттейтін тірі организмдер планетамыздың бетін өзгертетін қуатты фактор ретінде қызмет етеді.

2) Қоректік зат– ол организмдердің тіршілік әрекеті процесінде (табиғи газ, мұнай, сапропель, көмір және қоңыр көмір, шымтезек, бор, әктас, мұнай тақтатастары, темір және марганец кендері) жасалады.

3)Инертті зат– ол тірі организмдердің қатысуынсыз қалыптасады (жер қыртысының қозғалысының нәтижелері, жанартаулар, метеориттер белсенділігі).

4) Биоинертті зат– бұл организмдердің тіршілік әрекетінің және биологиялық емес процестердің (топырақ) бірлескен нәтижесі.

Биосфераның шекарасы біршама тар болғанымен, олардың ішіндегі тірі организмдер өте біркелкі таралмаған. Жоғары биіктікте және гидросфера мен литосфераның тереңдігінде организмдер салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Тіршілік негізінен жер бетінде, топырақта және мұхиттың жер бетіне жақын қабатында шоғырланған.

Тірі организмдердің биомассасы суши 99,2% жасыл өсімдіктер, 0,8% жануарлар мен микроорганизмдер құрайды. Биомасса мұхиттөмендегідей: өсімдіктердің үлесі 6,3%, жануарлардың үлесі 93,7%. Бүкіл планета үшін биомасса мөлшері 3 – 1012 тонна, өсімдіктер 95%, жануарлар 5% құрайды. Жалпы биомасса бүкіл биосфера массасының 0,01%-ын ғана құрайды.

Салмағы бойынша тірі заттың үлесі инертті зат массасының 0,01 - 0,02% құрайды.

Оқулықпен жұмыс: 219-беттегі мәтінді оқу. Сұраққа жауап беріңіз: Өсімдіктер биомассаға қандай үлес қосады, жануарлар қандай үлес қосады?

Тірі материяның ұйымдасу деңгейлерін атап, оларға қысқаша сипаттама беріңіз. Ұйымдастыру деңгейлері: молекулалық, жасушалық, ұлпалық, мүшелік, организмдік, популяциялық-түрлік, биогеноценоздық, биосфералық.

5. Сабақты қорытындылау, жауаптарды бағалау.

Биосфера туралы ілім – адамзаттың маңызды жетістігі. Тұңғыш рет тірі табиғат тұтастай алынып, оның жалпы құндылығы мен қоршаған ортаға тигізетін әсері тұрғысынан қарастырылды. Биосфера - жалпы планеталық қабық, оның құрамы, құрылымы және энергиясы тірі материяның өткен және қазіргі әрекеттерімен анықталады. Биосфераның тірі заты геохимиялық қызмет атқаратын (газ, концентрация, энергия, тотығу-тотықсыздану) биосфераның құрамдас бөліктерін жасайды және сақтайды.

6. Біріктіру.

Ұсынылған пайымдаулардан дұрыс деп санайтындарын таңдаңыз:

Биосфера – барлық биогеоценоздардың жиынтығы.
Биосфера – ашық жүйе.
Биосферадағы тірі зат биогеохимиялық және шоғырлану қызметін атқарады.
Жер бетіндегі тіршілікті ұйымдастырудың ең жоғарғы деңгейі биогеоценоздық.
Тірі тіршілік иелерінің тіршілік ету ортасының төменгі шекарасы литосферада 2–3 км тереңдікте жатыр.
Заттардың айналымын реттейтін тірі организмдер планетамыздың бетін түрлендіретін қуатты геологиялық фактор ретінде қызмет етеді.
Атмосферадағы барлық оттегі автотрофты организмдердің тіршілік әрекеті нәтижесінде түзіледі.

Қолданылған кітаптар

С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров. Жалпы биология. Орта арнаулы оқу орындарына арналған оқу құралы. – М., Жоғары мектеп, 1986, 224-227 б.
С.Г.Мамонтов, В.Б.Захаров, Н.И.Сонин. Биология. Жалпы үлгілер. 9 сынып. Оқулық жалпы білім беруге арналған мекемелер – М., Бустард, 2003, 216-221 б.
Ниген Грин, Уилф Стоут, Денни және Тейлор. Р.Сопер редакциясымен үш томдық биология. «Мир» баспасы, 1993, 2 том, 79-81 б.
В.Н.Гутина. Тағы да В.И.Вернадскийдің ілімі туралы. Мектептегі биология. 1997 ж., № 3, 13-16 б.
В.С.Чесноков. Владимир Иванович Вернадский. Мектептегі биология. 2004 ж., № 3, 19-22 б.

Биосфера,ілімі бойынша академик В.И. Вернадский — Жердің сыртқы қабығы, оның ішінде барлық тірі заттар мен оның таралу аймағы (тіршілік ортасы). Биосфераның жоғарғы шегі - 20-25 км биіктіктегі атмосферадағы қорғаныш озон қабаты, одан жоғары ультракүлгін сәулеленудің әсерінен тіршілік мүмкін емес. Биосфераның төменгі шекарасы: 3-5 км тереңдікте литосфера және 11-12 км тереңдікте гидросфера. (1.3-сурет).

Р1,3 құрайды.Биосфераның құрылымы (В.И.Вернадский бойынша)

Биосфераның құрамдас бөліктері: атмосфера, гидросфера, литосфера – жер бетіндегі тіршілікті қамтамасыз ету үшін аса маңызды қызметтерді атқарады.

Биосфера шамамен 4,5 миллиард жыл бұрын пайда болды және эволюциялық дамудың бірнеше кезеңдерін бастан өткерді: органикалық заттардың бастапқы айналымынан биологиялық айналымға дейін - тірі организмдер мен қоршаған орта арасындағы организмдердің бүкіл өмірінде және одан кейін үздіксіз зат пен энергия алмасуы. олардың өлімі.

Биосфераның ең маңызды компоненттері:

Тірі заттар (өсімдіктер, жануарлар, микроорганизмдер);

Органикалық текті биогенді зат (көмір, шымтезек, топырақ гумусы, мұнай, бор, әктас және т.б.);

Инертті заттар (бейорганикалық текті тау жыныстары);

Биоинертті зат (тірі организмдердің тау жыныстарының ыдырауы және өңдеу өнімдері).

В.И. Вернадский, тірі материя биосфераның бос энергиясының тасымалдаушысы болып табылады және атомдардың биогендік миграциясы арқылы жансыз заттармен байланысады. Жер бетіндегі тірі ағзалардың құрғақ затының биомассасы, оның ішінде өсімдіктердің 500 мыңға жуық түрі мен жануарлардың 1,5 миллион түрі өте үлкен және шамамен 2,4232 * 10 12 тоннаны құрайды.Жердегі тірі заттардың жыл сайынғы өсуі шамамен 8,8 құрайды. * 10 11 т.Осы тірі организмдер арқылы литосфераның, атмосфераның және гидросфераның жоғарғы бөлігінің көптеген элементтері өткен.

Организмдер арасындағы қарым-қатынаста маңызды тамақ— трофикалық фактор(грек тілінен трофей- тамақ). Бастапқы органикалық заттарды жасыл өсімдіктер жасайды (өндірушілер -өндірушілер) күн энергиясын пайдалану. Олар көмірқышқыл газын, суды, тұздарды тұтынады және оттегін шығарады.

Тұтынушылар (тұтынушылар)екі ретке бөлуге болады:

I – өсімдік тағамдарымен қоректенетін организмдер;

II – жануарлардың азығымен қоректенетін организмдер.

Декомпозиторлар(редуценттер) – ыдырайтын организмдермен, бактериялармен және саңырауқұлақтармен қоректенетін организмдер. Бұл жерде органикалық қалдықтарды толығымен жойып, оларды топыраққа еніп, өсімдіктер қайта тұтынатын соңғы өнімге (минералды тұздар, көмірқышқыл газы, су, қарапайым органикалық заттар) айналдыратын микроорганизмдердің рөлі ерекше.

Барлық жануарлар мен өсімдіктер белгілі бір минералдық элементтердің қажеттілігіне байланысты тағамның құрамында таңдамалы болады. Жануарлар мен өсімдіктер басқа жануарлар мен өсімдіктерге қатысты қоршаған ортаның қажетті факторлары, олар өзара қажет.

Кез келген организм қоршаған орта жағдайларының өзгеруінің жеткілікті тар шегінде өмір сүруге бейімделген, ал қоршаған орта параметрлерінің белгіленген шекарадан шығуы белгілі бір түрдің тіршілік әрекетінің басылуына немесе оның өлуіне әкеледі. Ағзаның (ауданның) таралу шекарасы осы организмнің қоршаған орта жағдайларына (факторларына) қажетті талаптарын сақтауымен анықталады. Әрбір түр аумаққа, қоректенуге, көбеюге және дененің басқа функцияларына қойылатын талаптарымен анықталған орынды алады. Түрлердің тіршілік ету ортасының, оның биосферада алатын орнының қоршаған орта параметрлерінің бұл жиынтығы деп аталады. экологиялық тауашалар.Экологиялық тауашаның барлық факторлары өзара байланысты: олардың біреуінің өзгеруі басқаларының өзгеруіне әкеледі.

Тірі организмдердің сыртқы орта факторларына бейімделу қабілеті сипатталады экологиялық валенттілік,немесе пластикалық.

Тірі организмдер уақыт пен кеңістікте өзгеретін көптеген құбылыстардан, шарттардан, элементтерден тұратын қоршаған ортамен үнемі өзара әрекеттесіп отырады. қоршаған орта факторлары.Бұл тірі организмдерге ұзақ немесе қысқа мерзімді әсер ететін кез келген қоршаған орта жағдайлары, олар осы әсерлерге бейімделу реакцияларымен жауап береді. Олар бөлінеді абиотикалық(жансыз табиғат факторлары) және биотикалық(тірі табиғат факторлары). Қоршаған орта факторларының классификациясының қазіргі уақытта қабылданған нұсқасы ұсынылған кесте 1.2.

1.2-кесте
Қоршаған орта факторларының классификациясы

Абиотикалық	Биотикалық
Климаттық: жарық, температура, ылғал, ауа қозғалысы, қысым	Фитогендік: өсімдік организмдері
Эдафогенді («эдафос» -топырақ): механикалық құрамы, ылғал сыйымдылығы, ауа өткізгіштігі, тығыздығы	Зоогендік: жануарлар
Орографиялық: рельеф, биіктік, еңіс экспозициясы	Микробиогенді: вирустар, қарапайымдылар, бактериялар, риккетсиялар
Химиялық: ауаның газ құрамы, судың тұз құрамы, концентрациясы, қышқылдығы және топырақ ерітінділерінің құрамы	Антропогендік: адам әрекеті (соның ішінде құрылыс)

Сәулет ескерткіштерін қалпына келтіру кезінде ескерілетін негізгі абиотикалық факторлардың сипаттамалары келтірілген. Қосымша 1.1.Бұл атмосфераның құрамы; 12 балдық сейсмикалық шкала бойынша нүктелердің жер сілкіністерінің магнитудасына қатынасы; сейсмикалық масштаб; жел күшінің шкаласы.

Биотикалық орта факторлары организмдер арасындағы қарым-қатынасты анықтайды. Бұл факторлар бұл жағдайда трофикалық деп аталады, яғни. тамақ.

Табиғатта жоқ жаңадан алынған химиялық заттар мен техногендік компоненттердің әсерінен қоршаған орта факторлары айтарлықтай өзгереді. Ластаушы заттар пайда болады, бұл табиғи ортада сапрофиттік (экожүйедегі тепе-теңдікті сақтау) өзара әрекеттесуінің бұзылуына әкеледі. Бұл көбінесе жануарлар мен өсімдіктердің өлуімен бірге жүреді, функциялардың бұзылуына, барлық тірі заттардың өліміне және жердің шөлге айналуына әкеледі. Микробиотадағы басым түрлер биологиялық ластаушы ретінде жіктелуі мүмкін патогендік микроорганизмдер болып табылады. Атмосфераның құрамы теріс өзгеріп, жер асты және жер асты суларының агрессивтілігі артады. Планета жылынуды, озон қабатының бұзылуын бастан кешуде, қышқыл жаңбырлар жиілеп барады.

Осы факторлардың барлығы тірі организмдерге (соның ішінде адамға) ғана емес, ескерткіштерге де әсер етеді, тіпті олардың біреуін де ескермеу қалпына келтіру сапасына әсер етіп, тіпті ескерткіштің өліп кетуіне әкелуі мүмкін.

Табиғатта тірі ағзалар формада болады популяциялар -белгілі бір аумақ немесе басқа тіршілік ету ортасы (биотоп) жағдайында қарым-қатынас пен бейімделу арқылы байланысты белгілі бір түр дараларының тарихи дамыған табиғи популяциялары. Табиғи жағдайда популяцияның саны мен тығыздығы кездейсоқ емес, олар қоршаған орта факторларын реттеуші (бақылау) арқылы анықталады. Қоршаған ортаның организмнің немесе популяцияның қалыпты қызметін қамтамасыз ету қабілеті деп аталады Экоси сыйымдылығысабақтар.

Экологиялық жүйе (экожүйе)бірге өмір сүретін организмдердің өзара байланысты және өзара тәуелді әртүрлі типтерінің және олардың тіршілік ету жағдайларының жиынтығы. Экожүйеге қосылған биоценоз(тірі организмдердің бірігіп бірлесуі) және биотоп(тіршілік ету аймағы). Жер шарындағы табиғи экожүйелердің негізгі түрлері келтірілген күріш. 1.4.

Күріш. 1.4.Табиғи экожүйелердің негізгі түрлері

Академик В.Н. Сукачев тұжырымдаманы ұсынды биогеоценоз(грек тілінен био- өмір, Гая -Жер, ценоз -жалпы) заттар, энергия және ақпарат алмасу арқылы байланысқан тірі организмдердің және оларды қоршаған абиотикалық ортаның табиғи жүйесі. Қазір «экожүйе» және «биогеоценоз» терминдері дерлік синоним болып саналады.

Биогеоценозға мыналар жатады:

Өсімдік компоненті (фитоценоз);

Жануарлар компоненті (зооценоз);

Микроорганизмдер (микробиоценоз);

Топырақ және топырақ-жер асты сулары, өсімдік, жануар компоненттерімен және эдафотопты құрайтын микроорганизмдермен әрекеттесу;

Атмосфера, ол басқа компоненттермен әрекеттесе отырып, климатты құрайды;

Инертті зат болып табылатын жансыз табиғат экотоп болып табылады.

Сонымен, биогеоценоз – барлық құрамдас бөліктері бір-бірімен тығыз байланысқан биосфераның кеңістікте оқшауланған, ажырамас элементар бірлігі. Биогеоценоздың негізгі құрамдас бөліктері организмдердің үш тобы – өсімдіктер, жануарлар және микробтар, олардың көмегімен заттар бір құрамдас бөліктен екінші компонентке ауысады, жалпыға белгілі жалпы заңдылықты көрсетеді. табиғаттағы заттардың айналымы.

Биогеоценоздың экологиялық компоненттері(немесе ландшафт, немесе қоршаған ортаны құраушы компоненттер) экологияда экологиялық жүйелердің негізгі материалдық және энергетикалық құрамдастары ретінде қарастырылады. Оларға, Н.Ф. Реймерс (1.5-сурет),жатады: энергия, газ құрамы (атмосфера), су (сұйық компонент), топырақ субстраты, автотрофты продуценттер (өсімдіктер) және гетеротрофты организмдер (тұтынушылар мен ыдыратушылар). Бүгінгі таңда бұл экологиялық компоненттер тізіміне ақпарат қосылып жатыр.

Күріш. 1.5.Экологиялық компоненттер (Н.Ф.Реймерс бойынша)

Сонымен бірге барлық экологиялық құрамдас бөліктер табиғи ресурстар болып табылады, олардың сапасы адам өмірінің сапасын анықтайды, ал олардың арасындағы өзара әрекеттестіктің антропогендік бұзылуы бұл сапаны төмендетуі мүмкін.

Нақты экожүйелерде цикл әдетте ашық болады, өйткені кейбір заттар экожүйені тастайды, ал кейбіреулері сырттан келеді. Бірақ тұтастай алғанда табиғаттағы циклдің принципі өзгеріссіз қалады. Қарапайым экожүйелер жалпы планетарлық экожүйеге (биосфераға) біріктірілген, онда заттардың айналымы толығымен көрінеді - Жердегі өмір миллиардтаған жылдар бұрын пайда болды және егер өмірге қажетті заттардың жабық ағыны болмаса, олардың қорлары баяғыда таусылып, өмір тоқтап қалар еді.

Адамның араласуы қан айналымы процестеріне теріс әсер етеді. Мысалы, ластану нәтижесінде ормандарды кесу немесе өсімдіктердің заттарды ассимиляциялау процестерін бұзу көміртегі ассимиляциясының қарқындылығының төмендеуіне әкеледі. Өндірістік ағынды сулардың әсерінен болатын судағы органикалық элементтердің артық болуы су қоймаларының ыдырауына және суда еріген оттегінің шамадан тыс жұмсалуына әкеледі, бұл жерде аэробты (оттегі тұтынушы) бактериялардың даму мүмкіндігін жояды. Қазба отындарын жағу, өнеркәсіп өнімдерінде атмосфералық азотты бекіту және синтетикалық жуғыш заттардағы фосфорды байланыстыру арқылы адамдар осы элементтердің айналымын бұзады.

Табиғаттағы заттардың айналымы әртүрлі деңгейде – популяциядан биосфераға дейін жүретін процестердің орнының, уақыты мен жылдамдығының жалпы сәйкестігін білдіреді. Табиғат құбылыстарының мұндай бірізділігі деп аталады экологиялық тепе-теңдік;Бұл тепе-теңдік мобильді, динамикалық.

Экологиялық жүйеде (адамның араласуынсыз) трофикалық тізбектердің белгілі бір буындарының қайтымсыз бұзылуын болдырмайтын тепе-теңдік сақталады. Адам өзінің іс-әрекеті процесінде тұтас экожүйеге, сонымен қатар оның жеке буындарына үнемі әсер етеді. Бұл экожүйеге жаңа компоненттерді, соның ішінде ластаушы заттарды енгізу немесе жекелеген компоненттерді жою (жануарларды ату, ормандарды кесу және т.б.) түрінде көрінуі мүмкін. Бұл әсерлер барлық жүйенің ыдырауына және оның тұрақтылығының бұзылуына әрдайым және бірден әкелмейді. Бірақ жүйені сақтау оның өзгеріссіз қалды дегенді білдірмейді. Жүйе трансформациялануда және орын алған өзгерістердің саны мен бағытын бағалау өте қиын.

Адамның өндірістік қызметінің нәтижесінде табиғат пен қоғам арасында (биологиялық алмасуды сақтай отырып) жаңа зат алмасу және энергия процесі пайда болды - антропогендік алмасу,заттардың планеталық айналымын айтарлықтай өзгертетін, оны күрт жеделдетеді. Антропогендік алмасудың биотикалық циклден айырмашылығы – ол тұйық емес, табиғаты ашық. Антропогендік алмасудың кірісі – табиғи ресурстар, ал шығарылатыны – өндірістік және тұрмыстық қалдықтар. Антропогендік алмасудың экологиялық жетілмегендігі табиғи ресурстарды тиімді пайдалану коэффициентінің, әдетте, өте төмендігінде және өндірістік қалдықтардың табиғи ортаны ластауында. Оның үстіне олардың көпшілігі табиғи күйіне дейін ыдырамайды. Антропогендік алмасудың ауқымы мен жылдамдығы күрт өсіп, биосферада айтарлықтай шиеленіс тудырады.

Биосфера дамуының соңғы кезеңінде адамның іс-әрекеті табиғи ортаны қайтымсыз және мақсатты түрде өзгертетін қуатты күшке айналды. Құрылды биотехносфера-адамзаттың әлеуметтік және ғылыми-техникалық дамуының салдары. Табиғат пен адам арасындағы қарым-қатынас көп жағдайда теңгерімсіз болып, экологиялық депрессияға (атап айтқанда, архитектуралық-тарихи ортаның бұзылуына) алып келеді, бұл биосфераның деградациясына әкелуі мүмкін.

Құрылысшылар қалыптастырған жаңа жүйені табиғи-техногендік (НТС) деп атауға болады. Оның қалыптасу процесі, егер ол қоршаған ортаның құрамдас бөліктеріне сәйкес реттелмесе (басқаша айтқанда, экожүйенің даму заңдылықтарына сәйкес), әдетте, табиғи ортаның бұзылуына әкеледі.

табиғи жүйедегі өзара әрекеттесу, негізінен оған экожүйе ластаушы заттар ретінде қабылдануы мүмкін «бөтен» компоненттердің енуіне байланысты. Құрылыс жұмыстары кезінде бұл өзара әрекеттестіктерді жете бағалауға жол берілмейді, өйткені бұл құрылыс сапасының төмендеуіне әкеледі және өмір сүру ортасының сапасын нашарлатады.

Құрылысшылар мен қалпына келтірушілердің экологиялық зиянсыз қызметі табиғи ландшафтқа және экожүйенің ақпараттық құрамдас бөлігіне орны толмас зиян келтіреді. Пруцын О.И. атап өткендей, архитектуралық-тарихи орта жойылуда*: «Кеңістіктік композициялардың сұлбасы, бүкіл құрылымның үйлесімді бағынуы, ансамбль бірлігі бұзылуда. Тарихи кезеңде қол жеткізілген силуэт пен пропорционалдылық толығымен сақталуы керек, өйткені классикалық пропорциялардың арқасында оларды кез келген алдағы дамумен оңай біріктіруге болады.

Пейзаж – адам қалаға дейінгі дәуірде өмір сүрген жан-жақты және мәңгілік шындық екенін ұмытпау керек. Бұл өткен ғасырларда ғимараттар табиғи ортамен біріктірілген кезде адамдарға тән ландшафттың мінсіз сезімі болды. Өткен және бүгінгі сәулет Ресейдегі сәулет және қала құрылысының озық мектебі болып табылады. Қазірдің өзінде 11 ғасырдан бастап. Қала билігі құрылыс салушыларды қала құрылысы ережелері мен сәулет пен табиғат арасындағы қатынасты реттейтін заңдарды сақтауға міндеттеді. 11 ғасырдан бастап Ресейде. Византиялық «Қала заңы» күшінде болды, ол рульшілер кітаптарында жазылған**. Оның ережелерінің арасында, мысалы, мыналар болды: «Сонда ғана ғимарат жақсы реттелген жерде орналасқанда шынымен көрінеді. Құрылысты бастамас бұрын аумақты мұқият тексеріңіз. Ғимарат табиғатқа кедергі жасамайтындай орынды таңдаңыз». Немесе мыналар: «...тозығы жеткен ауланы жаңартқандар көршісінің нұрын тартып, көркінен айнытпай, бастапқы кескінін өзгертпеуді бұйырамыз»; «...Көршіңіз өз ауласында тұрып теңізді тікелей көретін болса, оны күштеп жауып тастамаңыз». Ал бүгінгі күні құрылыс және қалпына келтіру қызметінде «табиғи» логика іргелі болуы керек.

Табиғатты қорғауға парасатты көзқарастың қалыптасу кезеңінде биотехносфераның бірте-бірте қайталануы қажет. ноосфера -В.И.Вернадскийдің пікірінше, биосфера дамуының болмай қоймайтын және табиғи кезеңі болып табылатын ақыл саласы.

Мұндай трансформацияның басталғанының дәлелі ретінде БҰҰ қабылдаған «экологиялық тұрақтылық» ұғымымен тікелей байланысты «тұрақты даму», «тұрақты құрылыс», «тұрақты қалпына келтіру» ұғымдары табылады. Соңғысы сыртқы факторлардың әсерінен экожүйенің құрылымы мен функционалдық сипаттамаларын сақтау қабілетін білдіреді. Көбінесе «экологиялық тұрақтылық» экологиялық тұрақтылықтың синонимі ретінде қарастырылады.

Төменде экологиялық тұрақтылық категориясына қатысты негізгі ұғымдар мен талаптар берілген. Оларды түсіну құрылыс-қалпына келтіру қызметі салаларындағы қоршаған ортаны басқарудың өзекті мәселелерін шешу, өмір сүруге жайлы ортаны құру және «тұрақты даму», «тұрақты құрылыс», «тұрақты қалпына келтіру» саласындағы іс-шаралар стратегиясын анықтау үшін қажет.

* Пруцын О., Рымашевский Б., Борусевич В.Архитектуралық-тарихи орта. - М.: Стройиздат, 1990 ж.

** Алферова Г.В.Штурман кітабы ежелгі орыс қала құрылысы өнерінің ең құнды көзі ретінде // Византия уақытша кітабы, 1973. - Т. 35.