Яку частину біомаси землі складає тваринний світ? Біомаса, її розподіл на планеті

Нині Землі відомі близько 500 тис. видів рослин, понад 1,5 мільйонів видів тварин. 93% їх населяють сушу, а 7% є мешканцями водного середовища (таблиця).

З даних таблиці видно, що хоча океани і займають близько 70% земної поверхні, проте вони утворюють лише 0,13% біомаси Землі.

Утворення ґрунту відбувається біогенним шляхом, він складається з неорганічних та органічних речовин. Поза біосферою утворення грунту неможливе. Під впливом мікроорганізмів, рослин і тварин на гірських порід починає поступово формуватися ґрунтовий шар Землі. Нагромаджені в організмах біогенні елементи після їх загибелі та розкладання знову переходять у ґрунт.

Процеси, що відбуваються в грунті, є важливим компонентом круговороту речовин у біосфері. Господарська діяльність людини може призвести до поступової зміни складу грунту і загибелі мікроорганізмів, що живуть у ній. Ось чому потрібна розробка заходів розумного використання ґрунту. Матеріал із сайту

Гідросфера відіграє важливу роль у розподілі тепла та вологості по планеті, у кругообігу речовин, тому вона також надає сильний вплив на біосферу. Вода є важливим компонентом біосфери та одним із найбільш необхідних факторів для життя організмів. Основна частина води знаходиться в океанах та морях. До складу океанічної та морської води входять мінеральні солі, що містять близько 60 хімічних елементів. Кисень і вуглець, необхідних життя організмів, добре розчиняються у питній воді. Водні тварини у процесі дихання виділяють вуглекислий газ, а рослини внаслідок фотосинтезу збагачують воду киснем.

Планктон

У верхніх шарах океанічних вод, що досягають у глибину 100 м, широко поширені одноклітинні водорості та мікроорганізми, які утворюють мікропланктон(від грец. plankton - блукаючий).

Близько 30% фотосинтезу, що здійснюється на нашій планеті, відбувається у воді. Водорості, сприймаючи сонячну енергію, перетворюють їх у енергію хімічних реакцій. У харчуванні водних організмів основне значення має планктон.

Біомаса Землі. На суші Землі, починаючи від полюсів до екватора, біомаса поступово збільшується. Водночас зростає і кількість видів рослин. Тундра з лишайниками та мохами змінюється хвойними та широколистяними лісами, потім степами та субтропічною рослинністю. Найбільше згущення та різноманітність рослин має місце у вологих тропічних лісах. Висота дерев сягає 110-120м. Рослини ростуть у кілька ярусів, епіфіти покривають дерева. Кількість та різноманітність видів тварин залежать від рослинної маси і теж збільшуються до екватора. У лісах тварини розселені у різних ярусах. Найбільша щільність життя спостерігається у біогеоценозах, де види пов'язані ланцюгами живлення. Ланцюги живлення, переплітаючись, утворюють складну мережу передачі хімічних елементів та енергії від однієї ланки до іншої. Між організмами йде найжорстокіше змагання за володіння простором, їжею, світлом, киснем. Великий вплив на біомасу суші має людина. Під його впливом скорочуються площі, які виробляють біомасу.

Біомаса ґрунту. Грунт - середовище, необхідне життя рослин і біогеоценоз з різноманітними дрібними живими організмами. Це пухкий поверхневий шар земної кори, що змінюється атмосферою та організмами і постійно поповнюваний органічними залишками. Утворення живої органічної речовини відбувається на земній поверхні; розкладання органічних речовин, їх мінералізація здійснюються головним чином грунті. Ґрунт утворився під впливом організмів та фізико-хімічних факторів. Потужність ґрунту поряд з поверхневою біомасою та під впливом її збільшується від полюсів до екватора. У північних широтах особливе значення має перегній.

Поширення біомаси на суші.

Ґрунт щільно заселений живими організмами. Вода від дощів, снігів, що тануть, збагачує її киснем і розчиняє мінеральні солі. Частина розчинів утримується у ґрунті, частина виноситься у річки та океан. Грунт випаровує грунтову воду, що піднімається по капілярах. Відбувається рух розчинів та випадання солей у різних ґрунтових горизонтах.

У ґрунті відбувається і газообмін. Вночі при охолодженні та стисканні газів у неї проникає кілька повітря. Кисень повітря поглинається тваринами та рослинами та входить до складу хімічних сполук. азот, що проник у грунт з повітрям, уловлюється деякими бактеріями. Вдень при нагріванні ґрунту виділяються гази: вуглекислий, сірководень, аміак. Всі процеси, що відбуваються в ґрунті, входять у кругообіг речовин біосфери.

Деякі види господарську діяльність людини (хімізація сільськогосподарського виробництва, переробка нафтопродуктів та інших.) викликають масову загибель грунтових організмів, які відіграють у біосфері.

Біомаса Світового океану. Гідросфера Землі, або Світовий океан, займає понад 2/3 поверхні планети. Вода має високу теплоємність, робить більш рівномірною температуру океанів і морів, пом'якшуючи крайні зміни температури взимку та влітку. Океан замерзає лише біля полюсів, а й під льодом існують живі організми.

Вода – добрий розчинник. До складу води океану входять мінеральні солі, що містять близько 60 хімічних елементів, в ній розчиняються кисень і вуглекислий газ, що надходять з повітря. Водні тварини виділяють при диханні вуглекислий газ, а водорості в процесі фотосинтезу збагачують воду киснем.

Фізичні властивості та хімічний склад вод океану дуже постійні і створюють середовище, сприятливе для життя. Фотосинтез водоростей відбувається головним чином верхньому шарі води - до 100м. Поверхня океану у цій товщі заповнена мікроскопічними одноклітинними водоростями, що утворюють мікропланктон.

У харчуванні тварин океану переважне значення має планктон. Водорстками та найпростішими харчуються веслоногі рачки. Рачків поїдають оселедці та інші риби. Оселедці йдуть у їжу хижим рибам та чайкам. Тільки планктоном харчуються вусаті кити. В океані, окрім планктону та вільноплаваючих тварин, багато організмів, прикріплених до дна і повзаючих по ньому. Населення дна зветься бентоса. В океані спостерігаються згущення організмів: планктонне, прибережне, донне. До живих згущень належать і колонії коралів, що утворюють рифи та острови. В океані, особливо на дні його, поширені бактерії, що перетворюють органічні залишки на неорганічні речовини. Відмерлі організми повільно осідають на дно океану. Багато з них покриті крем'яними або вапняними оболонками, а також вапняними раковинами. На дні океану вони утворюють осадові породи.

Нині у низці країн вирішується проблема видобутку з океану прісної води, металів і повного використання його харчових ресурсів із охороною найцінніших тварин.

Гідросфера має сильний вплив на всю біосферу. Добові та сезонні коливання нагрівання поверхні суші та океану викликають циркуляцію тепла та вологи в атмосфері та впливають на клімат та круговороти речовин у всій біосфері.

Видобуток нафти в морях, перевезення її в танкерах та інші види діяльності людини призводять до забруднення Світового океану та скорочення його біомаси.

Біологи провели кількісний аналіз глобального розподілу біомаси на Землі, яка сумарно становила 550 мільярдів тонн вуглецю. Виявилося, що понад 80 відсотків від цього числа припадає на рослини, сумарна біомаса наземних організмів приблизно на два порядки більша, ніж морських, а частка людини становить близько 0,01 відсотка, пишуть вчені. Proceedings of the National Academy of Sciences.

Кількісні дані про загальну біомасу всіх живих організмів на Землі та її розподіл між окремими видами - важлива інформація для сучасної біології та екології: за ними можна досліджувати загальну динаміку та розвиток усієї біосфери, її реакцію на кліматичні процеси, що відбуваються на планеті. Як просторовий розподіл біомаси (географічне, за глибиною та довкіллям видів), так і її розподіл між різними видами живих організмів може служити важливим показником при оцінці шляхів перенесення вуглецю та інших елементів, а також екологічних взаємодій або харчових ланцюгів. Проте, нині кількісні оцінки розподілу біомаси було зроблено або окремих таксонів, або всередині деяких екосистем, а достовірних оцінок всієї біосфери нині зроблено був.

Щоб отримати такі дані, група вчених з Ізраїлю та США під керівництвом Рона Міло (Ron Milo) з Інституту імені Вейцмана провела своєрідний перепис усіх видів тварин з оцінкою їхньої біомаси та географічного розподілу. Усі дані вчені збирали за кількома сотнями актуальних наукових статей, після чого обробляли цю інформацію за допомогою розробленої схеми інтегрування з урахуванням географічного розподілу видів. Як кількісний показник біомаси, що припадає на різні види, вчені використовували інформацію про масу вуглецю, яка припадає на різні таксони (тобто при розгляді не враховувалася, наприклад, маса води). Зараз усі отримані результати, а також використані для аналізу програми знаходяться у відкритому доступі, і їх можна знайти на github.

Принципова схема отримання даних про глобальний розподіл біомаси на основі наявних неповних даних з урахуванням географічного розподілу параметрів довкілля

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Аналіз отриманих даних показав, що сумарна біомаса всіх живих організмів Землі становить приблизно 550 мільярдів тонн вуглецю. При цьому її переважну частину містять представники царства рослин: 450 гігатон вуглецю - це понад 80 відсотків від загального числа. На другому місці йдуть бактерії: приблизно 70 мільярдів тонн вуглецю, - а тварини (2 мільярди тонн) поступаються також грибам (12 мільярдів тонн), археям (7 мільярдів тонн) та найпростішим (4 мільярди тонн). Серед тварин найбільша біомаса у членистоногих (1 мільярд тонн), а, наприклад, загальна біомаса виду Homo sapiensскладає 0,06 мільярдів тонн вуглецю - це приблизно 0,01 відсотка від усієї біомаси на Землі.

Розподіл біомаси між представниками різних царств (ліворуч) та всередині царства тварин (праворуч)

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Розподіл біомаси між різними довкіллями: сумарний для всіх живих організмів (ліворуч) і окремо для представників різних царств (праворуч)

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Що цікаво, максимальна за біомасою частка представників основних царств мешкає в різних середовищах проживання. Так, більшість рослин - це наземні види. Максимальна біомаса тварин мешкає в морях і океанах, а, наприклад, більшість бактерій і архей знаходиться глибоко під землею. При цьому загальна біомаса наземних організмів приблизно на два порядки більша, ніж морських, на яких, за оцінками авторів дослідження, припадає лише 6 мільярдів тонн вуглецю.

Вчені зазначають, що через нестачу точної інформації отримані дані обчислені з дуже невизначеністю. Так, досить впевнено можна оцінити лише біомасу рослин на Землі, а для бактерій та архей отримані дані можуть відрізнятися від дійсних та в 10 разів. Проте невизначеність даних про загальну біомасу всіх живих організмів на Землі не перевищує 70 відсотків.

За словами авторів роботи, отримані ними результати ґрунтуються на даних із актуальних наукових досліджень, тому можуть бути використані для сучасних екологічних та біологічних оцінок, навіть незважаючи на досить велику похибку. Вчені також зазначають, що з аналізі даних їм вдалося визначити ті географічні області, котрим нині даних дуже мало необхідні додаткові дослідження. Дослідники сподіваються, що у майбутньому уточнення даних дозволить як проводити подібний аналіз із достатнім географічним дозволом, а й стежити динамікою зміни подібних розподілів з часом.

Зовсім недавно вчені розподілили біомаси в більш дрібних системах, розглянувши великі ліси по всій Землі. Виявилося, що більше половини всієї біомаси лісу припадає на один відсоток найбільших дерев, більша частина з яких перевищує в діаметрі 60 сантиметрів. При цьому для деяких видів тварин в окремих географічних областях вже зараз вдається провести динамічний аналіз. Наприклад, минулого року європейські екологи вивчили біомасу літаючих комах у національних парках Німеччини і за 27 років вона знизилася відразу на 76 відсотків.

Олександр Дубов

Ж і ва я про болоч до а з е м л і

Всюди на Землі, куди не зверни свій погляд, панує життя. Усюди можна зустріти будь-які рослини та тварин. А скільки ще організмів, які не видно неозброєному оку! Найпростіші одноклітинні тварини та мікроскопічні водорості, численні гриби, бактерії, віруси...

У наш час відомо до 500 тисяч видів рослин та близько 1,5 мільйона видів тварин. Але ще далеко не всі види відкриті та описані. А якщо уявити собі, скільки особин у кожного виду!.. Спробуйте порахувати кількість ялиць у тайзі, чи кульбаб на лузі, чи колосків на одному полі пшениці... Скільки живе мурах в одному мурашнику, скільки рачків циклопів чи дафній в одній калюжі, скільки білок у лісі, скільки щук, окунів чи плітки в одному озері?.. І справді казкові цифри виходять при спробі порахувати мікроорганізми.

Так, у1 грама лісового ґрунту в середньому налічується:

бактерій -400 000 000,

грибів - 2 000 000,

водоростей - 100 000,

найпростіших – 10 000.

Мікробіологи з університету штату Джорджія вважають, що на Землі всього 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (5 нонільйонів) бактерій . Це складає 70% від маси всього живого планети.

Все це безліч живих істот розміщується не хаотично і безладно, а строго закономірно, в певному порядку, за історично сформованим на Землі законам життя. Ось що з цього приводу пише американський учений-біолог К. Віллі: «На перший погляд може здатися, що світ живих істот складається з неймовірної множини рослин і тварин, відмінних один від одного і які йдуть кожен своїм шляхом. Проте більш детальне вивчення показує, що це організми, як рослинні, і тварини, мають одні й самі основні життєві потреби, перед ними стоять одні й самі проблеми: добування їжі як джерела енергії, завоювання життєвого простору, розмноження тощо. В ході вирішення цих проблем рослини і тварини утворили безліч різних форм, кожна з яких пристосована до життя в умовах зовнішнього середовища. Кожна форма пристосувалася не тільки до фізичних умов середовища — набула стійкості до коливань у певних межах вологості, вітру, освітлення, температури, сили тяжіння і т. д., але також і до біотичного оточення — до всіх рослин і тварин, що мешкають у тій зоні.

Закономірно розподіляючись Землі, вся сукупність організмів утворює живу оболонку нашої планети — біосферу. Заслуга у створенні поняття «біосфера» і з'ясуванні її планетарної ролі належить російському академіку У. І. Вернадському, хоча термін вживали ще наприкінці минулого століття. Що ж таке біосфера і чому їй надається таке велике значення?

Поверхневі частини Землі складаються із трьох мінеральних, неорганічних оболонок: літосфера — твердий кам'яний панцир Землі; гідросфера - рідка, несплошна оболонка, що включає всі моря, океани і внутрішні води, - Світовий океан; атмосфера – газоподібна оболонка.

Вся гідросфера, верхні частини літосфери та нижні шари атмосфери заселені тваринами та рослинами. Сучасна біосфера утворилася у процесі виникнення та подальшого історичного розвитку живої матерії. З часу зародження життя Землі за оцінками минуло від 1,5—2,5 до 4,2 мільярда років. В. І. Вернадський дійшов висновку, що цей час всі зовнішні верстви земної кори перероблені життєдіяльністю організмів на 99 відсотків. Отже, Земля у вигляді, як ми її сприймаємо, де ми живемо, значною мірою є продукт діяльності організмів.

Життя, виникнувши на Землі внаслідок закономірного розвитку матерії, протягом багатьох мільйонів років свого існування у формі різних організмів змінило вигляд нашої планети.

Всі організми біосфери в сукупності утворюють біомасу, або «живу речовину», що має потужну енергію, яка змінює земну кору та атмосферу. Загальна вага рослинної маси близько 10 000 мільярдів, а тваринної — близько 10 мільярдів тонн, що становить приблизно 0,01 відсотка ваги всієї біосфери з її твердим, рідким та газоподібним середовищем проживання. Підраховано, що біомаса всіх живих істот, що населяли Землю, приблизно через мільярд років після появи життя мала б у багато разів перевищити масу нашої планети. Але цього не сталося.

Чому ж біомаса суттєво не накопичується? Чому вона утримується на певному рівні? Адже біомаса як жива матерія має тенденцію до безперервного розвитку, удосконалення та постійного накопичення у процесі цього розвитку, у процесі розмноження та зростання живих істот.

А не відбувається цього тому, що кожен елемент, з яких побудовано тіло організму, сприймається з навколишнього середовища, а потім через цілу низку інших організмів знову повертається до навколишнього, неорганічного середовища, з якого знову надходить до складу живої речовини, біомаси. Отже, кожен елемент, що входить до складу живої матерії, використовується нею багаторазово.

Не слід, однак, розуміти це в абсолютному сенсі. З одного боку, якась частина елементів виходить із кругообігу речовин, оскільки на Землі саме по собі відбувається накопичення органічних сполук у вигляді покладів кам'яного вугілля, нафти, торфу, горючих сланців і т. д. З іншого боку, людина своєю діяльністю може забезпечити більш інтенсивний процес накопичення біомаси, що проявляється у безперервному підвищенні врожайності сільськогосподарських культур та продуктивності свійських тварин.

Але це аж ніяк не відкидає загального правила. Істотно біомаса на Землі все ж таки не накопичується, а постійно утримується на якомусь певному рівні, хоча цей рівень і не є абсолютним і постійним. Відбувається це тому, що біомаса безперервно руйнується і знову створюється з одного і того ж будівельного матеріалу, в її межах протікає безперервний кругообіг речовин. В. І. Вернадський пише: «Життя захоплює значну частину атомів, що становлять матерію земної поверхні. Під її впливом ці атоми перебувають у безперервному інтенсивному русі. З них постійно створюються мільйони найрізноманітніших сполук. І цей процес триває без перерви десятки мільйонів років, від найдавніших археозойських епох до нашого часу. На земній поверхні немає хімічної сили, що постійно діє, а тому й більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому.

Цей кругообіг, що відбувається в результаті життєдіяльності організмів, називається біологічним кругообігом речовин. Він набув сучасного характеру з появою зелених рослин, які здійснюють процес фотосинтезу. З цього часу й умови для еволюції живої матерії Землі набули зовсім інший характер.

Хід круговороту речовин коротко можна розглянути з прикладу з вуглецем, атоми якого входять до складу складної білкової молекули. Саме з білковою молекулою і пов'язане життя, обмін речовин.

Над кожним гектаром Землі міститься у складі вуглекислого газу (С02) до 2,5 тонни вуглецю. Як показали розрахунки, посіви, наприклад, цукрової тростини кожним гектаром поглинають до 8 тонн вуглецю, що використовується на побудову тіла цих рослин. В результаті зелені рослини приблизно за кілька сотень років використовували

Був би весь запас вуглецю. Але цього не відбувається, тому що організми в процесі дихання виділяють значні кількості вуглекислоти. А ще більше вуглецю звільняють гнильні бактерії та гриби, руйнуючи вуглецеві сполуки, що містяться в мертвих тілах тварин і рослин. Якась частина вуглецю все ж таки виходить ні сфери «звернення», відкладаючись у вигляді покладів нафти, кам'яного вугілля, торфу і т. д., в які перетворюються відмерлі рослини та тварини. Але ця втрата вуглецю компенсується руйнуванням карбонатів гірських порід, а в сучасних умовах також спалюванням величезної кількості палива, що видобувається. В результаті вуглець як би постійно тече з атмосфери через зелені рослини, тварини, мікроорганізми знову в атмосферу. Таким чином, загальні запаси вуглецю у біосфері залишаються приблизно постійними. Можна припустити з високим ступенем достовірності, що кожен атом вуглецю в біосфері з часу виникнення життя Землі неодноразово перебував у складі живої матерії, переходив у вуглекислоту атмосфери і знову повертався до складу живої речовини, біомаси.

У сучасних умовах вуглець у процесі біологічного кругообігу речовин проходить такі етапи: 1) зелені рослини, творці органічної речовини, поглинають вуглець з атмосфери та вводять його до складу свого тіла; 2) тварини, або споживачі, живлячись рослинами, з їх вуглецевих сполук будують вуглецеві сполуки свого тіла; 3) бактерії, а також деякі інші організми або руйнівники, руйнують органічну речовину померлих рослин і тварин і звільняють вуглець, який знову йде в атмосферу у складі вуглекислого газу.

Іншою важливою складовою амінокислот і білків біомаси є азот. Джерелом азоту на Землі служать нітрати, які ковтаються рослинами з ґрунту та води. Тварини, поїдаючи рослини, з рослинних амінокислот білкою синтезують свою протоплазму. Гнильні бактерії переводять сполуки азоту мертвих тіл цих організмів в аміак. Потім нітрифікуючі бактерії перетворюю аміак на нітрити та нітрати. Частина азоту денітрифікуючими бактеріями повертається до атмосфери. Але на Землі в процесі еволюції живої речовини з'явилися організми, здатні пов'язувати вільний азот та перетворювати його на органічні сполуки. Це деякі синьо-зелені водорості, ґрунтові, а також бульбочкові бактерії разом із клітинами коренів бобових. При відмиранні цих організмів азот їх тіла нітрифікуючими бактеріями перетворюється на солі азотної кислоти.

Подібний кругообіг здійснюють і вода, і фосфор, і багато інших речовин, що входять до складу живої матерії і мінеральних оболонок біосфери. . "Припинення життя було б неминуче пов'язане з припиненням хімічних змін, якщо не всієї земної кори, то принаймні її поверхні - лику Землі, біосфери", - пише академік В. І. Вернадський.

Особливо яскраво ця думка Вернадського підтверджується тією роллю, яку відіграє у процесі свого коловороту кисень, продукт фотосинтезу рослин. Практично весь кисень у земній атмосфері виник і підтримується певному рівні діяльністю зелених рослин. У великій кількості він витрачається організмами у процесі дихання. Але, крім того, маючи величезну хімічну активність, кисень безперервно вступає в сполуки майже з усіма іншими елементами.

Якби зелені рослини не виділяли такої величезної кількості кисню, то вона повністю зникла б з атмосфери приблизно за 2000 років. Перетворився б весь образ Землі, зникли б майже всі організми, припинилися всі окислювальні процеси у фізичній частині біосфери... Земля стала б неживою планетою. Саме наявність вільного кисню в атмосфері планети свідчить про те, що на ній є життя, жива речовина, біосфера. А якщо є біосфера, багато елементів середовища залучаються нею в грандіозний, нескінченний кругообіг речовин.

Підраховано, що в сучасну епоху весь кисень, що міститься в атмосфері, обертається через організми (зв'язуючись при диханні і вивільняючись при фотосинтезі) за 2000 років, що вся вуглекислота атмосфери здійснює кругообіг у зворотному напрямку за кожні 300 відтворюються шляхом фотосинтезу та дихання за 2 000 000 років.

В основі вчення про біосферу лежать геохімічні дослідження, насамперед вивчені В. І. Вернадським круговороти кисню та вуглецю. Він першим висловив припущення, що кисень, що міститься в сучасній атмосфері, утворений внаслідок фотосинтетичної діяльності рослин.

Видатний дослідник природи В. І. Вернадський мав разючу здатність охоплювати своєю гострою і геніальною думкою майже всі області сучасного природознавства. У думках і концепціях він далеко випереджав сучасний йому рівень знань і передбачав на десятиліття вперед їх розвиток. Ще в 1922 р. Вернадський писав про своє оволодіння людиною грандіозними запасами ядерної енергії, а наприкінці 30-х років передбачав еру виходу людини в космос. Він стояв біля витоків багатьох наук про Землю - генетичної мінералогії, геохімії, біогеохімії, радіогеології і створив вчення про біосферу Землі, яке стало вершиною його творчості.

Наукові пошуки В. І. Вернадського завжди були пов'язані з величезною організаторською роботою. Він був ініціатором створення Комісії з вивчення природних продуктивних сил Росії, одним із організаторів Української Академії наук та її першим президентом. З ініціативи Вернадського в системі Академії наук СРСР були створені Інститут географії, Інститут мінералогії та геохімії імені М. В. Ломоносова, Радієвий, Керамічний та Оптичний інститути, Біогеохімічна лабораторія, що стала тепер Інститутом геохімії та аналітичної хімії імені В. І. Вернад. вічної мерзлоти, перетворена потім на Інститут мерзлотознавства імені В. А. Обручева, Комісія з історії знань, нині Інститут історії природознавства та техніки, Комітет з метеоритів, Комісії з ізотопів, урану та багато інших. Зрештою, йому належить ідея створення Міжнародної комісії з визначення геологічного віку Землі

ПОТІК ЕНЕРГІЇ У БІОСФЕРІ

Кругообіги всіх речовин замкнуті, у яких багаторазово використовуються одні й самі атоми. Тому нову речовину для здійснення круговороту не потрібно. Закон збереження матерії, яким матерія будь-коли виникає і зникає, тут очевидна. Але для перетворення речовин у межах біогенного круговороту необхідна енергія. За рахунок якої енергії здійснюється цей грандіозний процес?


Основним джерелом енергії, необхідної життю Землі, отже, й у здійснення біологічного круговороту речовин, служить сонячне світло, т. е. енергія, що виникає у надрах Сонця під час ядерних реакцій за нормальної температури приблизно 10 000 000 градусів. (Температура на поверхні Сонця значно нижча, всього 6000 градусів.) До 30 відсотків енергії розсіюється в атмосфері або відбивається хмарами та поверхнею Землі, до 20 відсотків поглинається у верхніх шарах хмарами, приблизно 50 відсотків досягає суші чи поверхні океану та поглинається у формі тепла. Лише мізерна кількість енергії, всього близько 0,1-0,2 відсотка, уловлюється зеленими рослинами; воно і забезпечує весь біологічний кругообіг речовин на Землі.

Зелені рослини акумулюють енергію сонячного променя, накопичують її у своєму тілі. Тварини, поїдаючи рослини, існують за рахунок тієї енергії, яка надійшла в їхній організм разом з їжею, зі з'їденими рослинами. Хижаки зрештою також існують за рахунок енергії, накопиченої зеленими рослинами, бо харчуються рослиноїдними тваринами.

Отже, енергія Сонця, спочатку використана зеленими рослинами у процесі фотосинтезу, перетворюється на потенційну енергію хімічних зв'язків тих органічних сполук, у тому числі будується саме тіло рослин. В організмі тварини, яка з'їла рослину, відбувається окислення цих органічних сполук з виділенням такої кількості енергії, яка була витрачена на синтез органічної речовини рослиною. Частина цієї енергії і використовується для життя тварини, а частина, згідно з другим законом термодинаміки, перетворюється на тепло і розсіюється у просторі.

Зрештою, енергія, отримана від Сонця зеленою рослиною, переходить від одного організму до іншого. При кожному такому переході енергія перетворюється з однієї форми (енергія життя рослини) на іншу (енергія життя тварини, мікроорганізму тощо). При кожному такому перетворенні відбувається зниження корисної енергії. Отже, на відміну кругообігу речовин, що протікає по замкнутому колу, енергія переміщається від організму до організму у певному напрямі. Відбувається односторонній потік енергії, а не кругообіг.

Неважко собі уявити, що, як тільки згасне Сонце, вся накопичена Землею енергія поступово через певний і порівняно невеликий проміжок часу перетвориться на тепло і розсіється в просторі. Припиниться кругообіг речовин у біосфері, всі тварини та рослини загинуть. Досить похмура картина... Кінець життя на Землі...

Однак нас не повинен бентежити такий висновок. Адже Сонце світитиме ще кілька мільярдів років, тобто як мінімум стільки, скільки на Землі вже існує життя, яке розвинулося від примітивних грудочок живої матерії до сучасної людини. Причому сама людина на Землі з'явилася лише близько мільйона років тому. За цей термін він пройшов шлях від кам'яної сокири до найскладніших електронно-обчислювальних машин, проникнув у глиб атома і Всесвіту,

Будь-який перехід енергії з однієї форми в іншу супроводжується зниженням кількості корисної енергії вийшов за межі Землі та успішно освоює космічний простір.

Поява людини і такої високоорганізованої матерії, як її головний мозок, мало і має виняткове значення для еволюції живої материн та всієї біосфери. З моменту виникнення людство, як частина біомаси, значний час перебував у повній залежності від довкілля. Але в міру розвитку мозку, мислення людина все більше і більше завойовує природу, піднімається над нею, підкоряє її своїм інтересам. Ще 1929 року А. П. Павлов, підкреслюючи зростаючу роль людини у розвитку органічного світу Землі, запропонував четвертинний період називати «антропогеном», та був У. І. Вернадський, вважаючи, що людство створює нову, розумну оболонку Землі, чи сферу розуму, запропонував назву "ноосфера".

Діяльність людини істотно змінює кругообіг речовин у біосфері. Видобуто та спалено близько 50 мільярдів тонн вугілля; мільярдами тонн видобуваються залізо та інші метали, нафту, торф. Людина опанувала різні форми енергії, зокрема і атомної. У результаті Землі з'явилися зовсім нові хімічні елементи і виникла можливість перетворювати одні елементи на інші, а біосферу включилася велика кількість радіоактивних випромінювань. Людина стала величиною космічного порядку і силою розуму свого незабаром зможе опанувати такі форми енергії, про які ми зараз і не підозрюємо.

Сукупність всіх живих організмів утворює біомасу (або, за словами В. І. Вернадського, жива речовина) планети.

По масі це близько 0,001% маси земної кори. Однак, незважаючи на незначну загальну біомасу, роль живих організмів у процесах, що відбуваються на планеті, величезна. Саме діяльністю живих організмів зумовлені хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення одних та руйнування інших гірських порід, формування ґрунту в літосфері тощо.

Біомаса суші. Найбільша щільність життя у тропічних лісах. Тут більше видів рослин (понад 5 тис.). На північ і на південь від екватора життя стає біднішим, зменшуються його щільність і кількість видів рослин і тварин: у субтропіках близько 3 тис. видів рослин, у степах близько 2 тис., далі йдуть широколистяні та хвойні ліси і, нарешті, тундра, якої росте близько 500 видів лишайників та мохів. Залежно від інтенсивності розвитку життя різних географічних широтах змінюється біологічна продуктивність. Підраховано, що загальна первинна продуктивність суші (біомаса, утворена автотрофними організмами за одиницю часу на одиницю площі) становить близько 150 млрд т, у тому числі частку лісів земної кулі припадає 8 млрд т органічної речовини на рік. Сумарна рослинна маса на 1 га у тундрі становить 28,25 т, у тропічному лісі – 524 т. У помірному поясі 1 га лісу за рік утворює близько 6 т деревини та 4 т листя, становить 193,2*109 Дж (~ 46* 109 кал). Вторинна продуктивність (біомаса, утворена гетеротрофними організмами за одиницю часу на одиницю площі) у біомасі комах, птахів та інших у цьому лісі становить від 0,8 до 3% біомаси рослин, тобто близько 2*109 Дж (5*108 кал).< /p>

Первинна річна продуктивність різних агроценозів істотно відрізняється. Середня світова продуктивність у тоннах сухої речовини на 1 га складає: пшениці – 3,44, картоплі – 3,85, рису – 4,97, цукрових буряків – 7,65. Урожай, який збирає людина, становить лише 0,5% від загальної біологічної продуктивності поля. Значна частина первинної продукції руйнується сапрофітами – жителями ґрунтів.

Одним із важливих компонентів біогеоценозів поверхні суші є ґрунти. Вихідним матеріалом для ґрунтоутворення є поверхневі шари гірських порід. З них під впливом мікроорганізмів, рослин та тварин формується ґрунтовий шар. Організми концентрують у собі біогенні елементи: після відмирання рослин і тварин та розкладання їх залишків ці елементи переходять до складу ґрунту, завдяки чому

у ньому акумулюються біогенні елементи, а також накопичуються не повністю розкладені органічні печовини. У ґрунті міститься величезна кількість мікроорганізмів. Так, в одному грамі чорнозему кількість їх досягає 25*108. Таким чином, ґрунт має біогенне походження, складається з неорганічних, органічних речовин та живих організмів (едафон – сукупність всіх живих істот ґрунту). Поза біосферою виникнення та існування ґрунту неможливо. Ґрунт – середовище для життя багатьох організмів (одноклітинних тварин, кільчастих та круглих черв'яків, членистоногих та багатьох інших). Ґрунт пронизаний корінням рослин, з нього рослини вбирають поживні речовини та воду. З життєдіяльністю живих організмів, які є у ґрунті, пов'язана врожайність сільськогосподарських культур. Внесення хімічних речовин у ґрунт часто згубно впливає на життя в ньому. Тому потрібно раціонально використовувати ґрунти та оберігати їх.

Кожна місцевість має свої ґрунти, які відрізняються від інших за складом та властивостями. Утворення окремих типів ґрунтів пов'язано з різними ґрунтоутворювальними породами, кліматом та особливостями рослин. В. В. Докучаєв виділив 10 основних типів ґрунтів, зараз їх налічується понад 100. На території України виділяють такі ґрунтові зони: Полісся, Лісостеп, Степ, Сухий степ, а також Карпатську та Кримську гірські області з притаманними для кожної з них типами структури ґрунтового. покриву. Для Полісся характерні дерновопідзолісти, сірі лісові. Темносирі лісові ґрунти, чорноземи опідзолені тощо. Зона Лісостепу має сірі та темносирі лісові ґрунти. Зона Степу переважно представлена ​​чорноземами. В Українських Карпатах переважають бурі лісові ґрунти. У Криму трапляються різні ґрунти (чорноземи, каштанові тощо), але вони, як правило, щебнистими та кам'янистими.

Біомаса Світового океану. Світовий океан займає понад 2/3 площі поверхні планети. Фізичні властивості та хімічний склад вод океану сприятливі для розвитку та існування життя. Як і на суші, в океані щільність життя найбільша в екваторіальній зоні та знижується у міру віддалення від неї. У верхньому шарі, на глибині до 100 м, живуть одноклітинні водорості, які складають планктон, «загальна первинна продуктивність фітопланктону Світового океану становить 50 млрд т на рік (близько 1/3 усієї первинної продукції біосфери). Майже всі ланцюги харчування в океані починаються з фітопланктону, яким живляться зоопланктони тварини (наприклад, рачки). Рачки є їжею для багатьох видів риб та вусатих китів. Риб поїдають птахи. Великі водорості ростуть переважно у прибережній частині океанів та морів. Найбільша концентрація життя – у коралових рифах. Океан бідніший життя, ніж сушу, біомаса його продукції в 1000 разів менше. Більшість освіченої біомаси - одноклітинні водорості та інші мешканці океану - відмирають, осідають на дно та їх органічна речовина руйнується редуцентами. Лише близько 0,01% первинної продуктивності Світового океану через довгий ланцюг трофічних рівнів доходить до людини у вигляді їжі та хімічної енергії.

На дні океану, в результаті життєдіяльності організмів, формуються осадові породи: крейда, вапняки, діатоміт та ін.

Біомаса тварин у Світовому океані приблизно у 20 разів більша, ніж біомаса рослин, особливо велика вона у прибережній зоні.

Океан - колиска життя Землі. Основою ж життя в самому океані, первинною ланкою у складному харчовому ланцюзі є фітопланктон, одноклітинні зелені морські рослини. Ці мікроскопічні рослини поїдаються рослиноїдним зоопланктоном і багатьма видами дрібної риби, які у свою чергу служать кормом цілого ряду нектонних, хижаків, що активно плавають. У харчовому ланцюзі океану беруть участь також і організми морського дна – бентос (фітобентос та зообентос). Сумарна маса живої речовини в океані становить 29,9 ∙ 109 т, при цьому на біомасу зоопланктону та зообентосу припадає 90% від загальної маси живої речовини океану, на біомасу фітопланктону – близько 3 % та на біомасу нектону (головним чином риба) – 4% (Суєтова, 1973; Добродєєв, Суєтова, 1976). У цілому нині біомаса океану за вагою в 200 разів, але в одиницю поверхні - в 1000 разів менше, ніж біомаса суші. Однак щорічна продукція живої речовини океану становить 4,3∙1011 т. У одиницях живої ваги вона близька до продукції наземної рослинної маси - 4,5∙1011 т. Оскільки морські організми містять набагато більше води, то в одиницях сухої ваги це співвідношення виглядає як 1:2,25. Ще нижче (як 1:3,4) співвідношення продукції чистої органічної речовини океану порівняно з такою на суші, оскільки фітопланктон містить більший відсоток зольних елементів, ніж деревина (Добродєєв, Суєтова, 1976). Досить висока продуктивність живої речовини в океані пояснюється тим, що найпростіші організми фітопланктону мають короткий термін життя, вони оновлюються щодня, а загальна маса живої речовини океану в середньому через кожні 25 днів. На суші оновлення біомаси відбувається у середньому за 15 років. Жива речовина в океані розподіляється дуже нерівномірно. Максимальні концентрації живої речовини у відкритому океані – 2 кг/м2 – розташовані в районах помірного поясу північної частини Атлантичного та північно-західної частини Тихого океанів. На суші таку ж біомасу мають зони лісостепів та степів. Середні величини біомаси в океані (від 1,1 до 1,8 кг/м2) мають області помірного та екваторіального поясів, на суші їм відповідають біомаси сухих степів помірного пояса, напівпустель субтропічного пояса, альпійських та субальпійських лісів (Добродєєв,9 . В океані розподіл живої речовини залежить від вертикального перемішування вод, що викликає підйом до поживних речовин з глибинних шарів, де відбувається процес фотосинтезу. Такі зони підйому глибинних вод отримали назву зон апвелінгу, вони найпродуктивніші в океані. Зони слабкого вертикального перемішування вод характеризуються низькими величинами продукції фітопланктону – першої ланки у біологічній продуктивності океану, бідністю життя. Інша характерна риса розподілу життя в океані - концентрація її в мілководній зоні. У районах океану, де глибина вбирається у 200 м, зосереджено 59% біомаси донної фауни; на глибини від 200 до 3000 м припадає 31,1% і райони з глибиною понад 3000 м - менше 10%. З кліматичних широтних поясів у Світовому океані найбільш багаті субантарктичний і північний помірний пояс: їхня біомаса в 10 разів більша, ніж в екваторіальному поясі. На суші, навпаки, найвищі значення живої речовини припадають на екваторіальний та субекваторіальний пояс.

Основу біологічного круговороту, що забезпечує існування життя, становить сонячна енергія і хлорофіл зелених рослин, що його вловлює. У кругообігу речовин та енергії бере участь кожен живий організм, поглинаючи із зовнішнього середовища одні речовини та виділяючи інші. Біогеоценози, що складаються з великої кількості видів і кісткових компонентів середовища, здійснюють цикли, якими пересуваються атоми різних хімічних елементів. Атоми постійно здійснюють міграцію через багато живих організмів і кісткове середовище. Без міграції атомів життя на Землі не могло б існувати: рослини без тварин і бактерій незабаром вичерпали б запаси вуглекислого газу та мінеральних речовин, а тварини баз рослин втратили б джерело енергії та кисню.

Біомаса поверхні суші відповідає біомасі наземно-повітряного середовища. Вона збільшується від полюсів до екватора. Водночас зростає кількість видів рослин.

Арктичні тундри – 150 видів рослин.

Тундри (чагарники та трав'янисті) – до 500 видів рослин.

Зона лісів (хвойні ліси + степи (зона)) – 2000 видів.

Субтропіки (цитрусові, пальми) – 3000 видів.

Широколистяні ліси (вологі тропічні ліси) – 8000 видів. Рослини ростуть у кілька ярусів.

Біомаса тварин. У тропічному лісі найбільша біомаса планети. Така насиченість життя викликає жорсткий природний відбір і боротьбу існування а =>Пристосованість різних видів до умл-ям спільного сущ-я.