Сфера існування живих організмів включає частини атмосфери. Коли з'явилася біосфера? Значення та функції біосфери

Якщо ви закінчували біофак, то, напевно, знаєте, що таке біосфера. Для інших, хто не знає, що називають біосферою, пояснимо, що біосфера є оболонкою Землі, заселеною рослинами, тваринами, мікроорганізмами, людьми і перетвореною ними. Це сфера існування живих організмів Землі. Таке визначення правильне, якщо вірити аксіомі, що монополією на життя має тільки наша планета.

Приймаючи ж гіпотезу, що живі форми існують її межами, можна стверджувати, що біосфера може розташовуватися як Землі. Враховуючи, що, на думку дослідників, сфера існування та життєдіяльності живих організмів присутня навіть у прихованих порожнинах на кшталт підлідних океанів, таке припущення не видасться фантастичним. Наприклад, велика ймовірність присутності живих істот на Європі, супутнику Юпітера.

Швидка навігація за статтею

Історія виникнення терміна

Вперше в біології термін «біосфера» запровадив вчений із Австрії Едуард Зюсс у 1875 році. Тепер ви знаєте, якого року з'явився термін. Але задовго до того, як термін «біосфера» запровадив Зюсс, його принципи вперше застосував і докладно сформулював французький дослідник Жан Батист Ламарк. Щоправда, назва терміна у Ламарка була іншою.

Біосфера, що в перекладі з грецької мови означає «сфера життя», розглядалася як система живих організмів, що існує в тісному контакті з мінеральними елементами і схильна до їхнього впливу. І лише радянський академік і філософ Вернадський врахував чинники, які впливають формування всього навколишнього світу.

Завдяки цьому вважається, що цей учений є автором і творцем функціонального вчення про сутність біосфери, яке визнано сьогодні в усьому світі. Він уперше ввів у науку багато визначень, якими користуються вчені всього світу, у тому числі й уявлення про ієрархічну структуру біосфери. Вернадський писав, що жива речовина помітно впливає на процес перетворення планети та її будову. Він докладно описав склад та функції біосфери.

Де розташована біосфера

Розглянемо, що входить у біосферу. Межі біосфери в глибину поверхні Землі тягнуться на багато кілометрів. Вся товща вод морів та океанів наповнена живими організмами аж до найглибших западин. Верхня межа існування живих організмів знаходиться приблизно на висоті 45 кілометрів від поверхні та обмежена озоновим шаром. Він відіграє важливу роль у існуванні біосфери, захищаючи земну поверхню від згубного космічного випромінювання, що вбиває все живе.

Наука вважає, що біосфера складається із трьох оболонок:

літосфери;
гідросфери;
атмосфери.

Літосфера як найщільніша складова оболонки біосфери починається біля Землі і простягається на кілька кілометрів вниз. Це геологічна оболонка у складі біосфери. Зона проживання живих організмів під землею обмежена. Зі збільшенням відстані від поверхні температура збільшується. На певній глибині життя неможливе через надто високу температуру і тиск.

Гідросфера як середовище, що займає більшу частину земної поверхні, складається з води. Вся водна маса, що входить у біосферу, нерівномірно насичена живими організмами. Найбільше їх знаходиться біля поверхні, поблизу суші та на дні.

Коли говорять про атмосферу, переважно мають на увазі шари від верхівок дерев до нижнього краю озонового шару. Це оболонка, що має найменшу густину. До складу біосфери не входять шари атмосфери, розташовані вище за озоновий шар.

Біосфера та її складові

Біологія вважає, що біосфера включає чотири види речовини. Ось які види визначають склад та будову біосфери:

Ці речовини становлять біосферу. Крім них, біосфера включає до свого складу:

речовини космічного походження;
радіоактивні елементи;
розсіяні атоми, що утворюються при розщепленні речовин під впливом космічного випромінювання.

Під біосферою розуміють спільність всіх живих організмів планети. Землю населяє близько 3 мільйонів видів різноманітних живих істот. Спробуйте, охарактеризуйте їх! Можна розгубитись від такого розмаїття! Про існування багатьох із них ми навіть не уявляємо. Вони мешкають у різних умовах, що робить їх несхожими один на одного. Організми взаємодіють між собою у межах окремих біогеоценозів. А схема будови біосфери є структурою, організованою у вигляді безлічі біогеоценозів. Інакше кажучи, до складу біосфери входять біогеоценози. Їх стан є необхідною умовою існування та розвитку біосфери. Тому біогеоценози називають цеглинами, з яких складається біосфера планети. Біосфера – це сукупність усіх біогеоценозів планети. Усі складові біосфери є важливими. Якщо один із них буде пошкоджений, то і вся будівля стане менш стійкою. На біосферу загалом впливає стан кожного біогеоценозу.

Походження та розвиток життя на Землі

Існує безліч версій, звідки з'явилася жива оболонка Землі. Так як достовірної інформації немає, називається безліч версій. Одні цілком упевнені у божественному походження. Інші вважають, що це, загалом, було рідкісним збігом, який створив із набору неживих елементів живий організм. Треті вважають, що предки всього живого на планеті прибули з космосу.

Є навіть напівфантастична версія, що дослідники з іншої галактики прибули на Землю, обираючи місце для створення нової колонії. Вони вирішили, що планета малопридатна і, відлітаючи, залишили сміття. Біологічні залишки, присутні у ньому, послужили основою зародження життя Землі.

Якщо у вас є свій варіант того, як протікав цей процес, опишіть і поясніть його. Він має таке право на існування, як і попередні. Це питання філософії.

Опишемо коротко, як виникло та розвивалося життя на Землі.

Глобальні процеси, що викликали появу та розповсюдження живих організмів, почалися в гідросфері. Потім життя із цієї оболонки біосфери поширилося на сушу. Подальше перетворення довершили процеси, які у біосфері. Наземні рослини, що з'явилися, почали активно перетворювати склад атмосфери та її будову, роблячи планету все більш придатною для життя складних організмів. Змінювався хімічний склад біосфери. Шляхом фотосинтезу відбувалося вироблення кисню, який буде необхідний дихання тварин. У верхніх шарах атмосфери частина кисню перетворювалася на озон, який став захистом від космічної радіації.

У первинній атмосфері планети, при потужних електричних розрядах, а також під дією ранку фіолетового випромінювання та високої радіації могли утворюватися органічні сполуки, що накопичувалися в океані

Біосфера включає і людство – вінець природи. Роль біосфери існування людей як біологічного виду важлива. Люди є досить розумними, щоб цілеспрямовано видозмінювати навколишнє середовище, роблячи його більш придатним для свого проживання.

Створена природою система досконала, але варто задуматися, чи вона вічна?

Активне впливом геть елементи біосфери надають антропогенні чинники, які завжди позитивно впливають на довкілля. Ми знищуємо інших представників біосфери на Землі, забруднюємо атмосферу та Світовий океан, створюємо електромагнітні випромінювання, змінюємо клімат. Наслідки техногенних катастроф, що відбуваються на планеті з другої половини минулого століття, доводиться долати десятиліттями. Порушено екологію. Створена людьми зброя масової поразки, якщо буде пущено в хід, здатна знищити життя на Землі.

Наразі людська діяльність несе загрозу існуванню не лише свого вигляду, а й усього живого. Якщо не вживати заходів, то майбутнього людство не має. Який вихід є з цієї ситуації?

Вихід вперше запропонував той самий В. І. Вернадський. Він припустив, що майбутнє біосфери визначається людиною. Він створить нову систему, комфортну для спільного проживання, розвитку та розмноження живих організмів. Для цього нового середовища він використовував визначення "ноосфера". Для формування ноосфери потрібна низка умов:

розселення людини розумної по всій території планети та її панівне становище над іншими біологічними видами;
революція у розвитку засобів зв'язку та можливість швидкої комунікації між будь-якими точками планети;
можливість появи та активного використання атомної енергетики;
у світовому співтоваристві переважають демократичні настанови, що дають широким народним масам реальні важелі управління;
значну частину населення планети залучено у наукову діяльність.

Можливо, деякі пункти звучать наївно, але не забуватимемо, що ці постулати були висунуті багато десятиліть тому людиною, яка досліджувала глобальні процеси розвитку людства та середовища його проживання.

Інший напрямок, у якому рухається людство, це спроби самостійного створення біосфери. Відомо, що біосфера є відкритою системою в екології, яка потребує постійного надходження сонячної енергії, а сама виділяє тепло. І біосфера, що буде створена штучно, передбачає автономне існування у ворожому для людини середовищі. І її будова має сприяти вирішенню цього завдання.

Значення біосфери для людства величезне. Ми не можемо вижити без неї. Ціолковський ввів у наукову літературу, присвячену освоєнню космосу, ідею їх створення. Такою системою є штучна біосфера. Це поняття вперше вжив Ціолковський. Якщо відтворити її на іншій планеті, товщина біосфери забезпечить умови, що дозволяють людині вижити. Поки що отримати незалежну біосферу не вдалося, але дослідження в цьому напрямі тривають.

Штучна біосфера

Кожна людина дбайливо ставиться до свого будинку, автомобіля, піклується про дітей. Біосфера, що оточує нас, – це теж наш будинок. Ми живемо в ньому та користуємося його благами. Але якщо його зруйнувати, нам не буде де жити, з чого робимо висновок, що слід берегти цей будинок, щоб можна було передати його своїм нащадкам. І він буде чистим і прекрасним.

Показники сучасної екологічної обстановки на планеті залишають бажати кращого, і сьогодні особлива увага приділяється взаємини людства та біосфери. Засмічення біосфери давно стало першопричиною численних хвороб, передчасного старіння та смерті. Основним завданням сучасного суспільства є перешкоджання незворотним змінам, пов'язаним із забрудненням довкілля. Постійний розвиток суспільства та прогрес стимулює кількісне та якісне зростання забруднення біосфери.

Уявленням про біосферу людство завдячує австрійському вченому геологу Едуарду Зюссу, якою ввів це поняття 1875 року.

Положення про біосферу характеризується наявністю двох аспектів: з одного погляду біосфера є специфічну оболонку всього земного простору, з другого біосфера є глобальної екосистемою.

Сукупність компонентів характеризує біосферу як нижню частину атмосфери, гідросферу та верхню частину літосфери. Усі складові населені живими організмами, чи з висловлювання У. І. Вернадського є область поширення живої речовини.

Склад, будова, шари та межі біосфери

Сьогоднішня біосфера, що виникла майже чотири мільярди років тому, охоплює близько трьох мільйонів видів живих організмів; їх залишки; атмосферні зони; гідросферу та літосферу, які населені та видозмінені цими живими організмами. Вся сукупність живих організмів на планеті названа В. І. Вернадським живою речовиною і розглядається як його основні характеристики сумарної маси, хімічного складу та енергії.

Склад біосфери, крім живої речовини, включає

біогенна речовина, що складається із продуктів життєдіяльності всіх живих організмів;
біокісна речовина, що поєднує продукти розпаду, а також ґрунт, кору вивітрювання та природну воду;
косна речовина як сукупність речовин, утворених без участі живих організмів.

Виходячи з перерахованого вище, біосфера є областю Землі, охопленої впливом живої речовини. Місця, де спостерігається найбільша концентрація організмів у біосфері, було названо плівками життя.

Поширення сучасного життя охоплює верхню частину земної кори або літосферу; нижні шари повітряної оболонки, чи атмосферу; водну оболонку або гідросферу.

Артебіосфера є простором експансії людини у навколоземний простір.

Мегабіосфера представляє загальний прошарок за впливом життя на всю неживу природу.

Панбіосфера – сукупність мегабіосфери та артебіосфери.

Біосфера включає наступні шари:

аеробіосфера,
геобіосфера,
гідробіосфера.

Показники верхньої межі в атмосфері дорівнюють 15–20 км. В атмосфері межа життя визначається показником ультрафіолетового випромінювання. радіації.

Показники нижньої межі у літосфері дорівнюють 3,5–7,5 км. Життя у літосфері обмежується температурою підземних вод та гірських порід.

Розмежування між літосферою та атмосферою в гідросфері становить близько 10 км.

Кордон фіксується на дні Світового океану та включає донні відкладення.

Динаміка та ресурси біосфери

Закономірні зміни, що відбуваються в стані довкілля всіх живих організмів, а також стан цих організмів становлять динаміку сучасної біосфери.

Регулярна інверсія погодних умов є основним джерелом численних коливальних перетворень у біосфері. Сучасна динаміка біосфери давно перебуває під впливом людської діяльності. На думку Ю. Н. Куражковського, відмінністю від природних та екологічних факторів служить переважання не коливальних, а переважно поступальних змін, що відбуваються в природі.

Приклад: прогрес у галузі водного транспорту потребує розширення та модернізації каналів, які з'єднують різні системи річок. Такий процес стимулює обмінні процеси фауни та флори між різними водними басейнами. Коливальні явища в природі, засновані на людській діяльності, спостерігаються дуже рідко. Вони представлені або ритмічними, часто багаторічними процесами зміни рослинних культур у сівозміні, або аномальними явищами.

Екологічні проблеми біосфери

У наш час флора Землі, зокрема Північної Америки, потребує захисту. Інакше рослини так і вимиратимуть.

Майбутнє біосфери

Невідновлювані ресурси біосфери і нині здатні утворюватися у процесі геохімічних явищ, які у умовах надр, океанічних глибин і поверхні земної кори. Швидкість їхнього генерування в умовах земної кори або ландшафтної сфери є незрівнянно нижчою, ніж темп споживання людством. Значне видозміна біосфери спостерігається з активного використання людиною з метою задоволення індустріальних потреб зовнішньої для біосфери енергії - невідновлюваної енергії викопного палива.

Довиробнича епоха характеризувалась використанням людиною для своєї життєдіяльності виключно відновлюваних ресурсів біосфери у формі її продукції. Згодом біосфера ставала нестійкішою, і цей процес прогресує з кожним роком. Зафіксовано наявність кількох трагічних для людства несвоєчасних змін у стані біосфери, і значної частини пов'язані з різноманітної діяльністю людства.

Бажання задовольнити зростаючі потреби, незважаючи на збіднення значної частини ресурсів біосфери, спричиняє генетичні зміни флори та фауни, масове розведення та поширення монокультур та свійських тварин. Такі процеси призводять до секвестування біологічного різноманіття видів та спотворення екосистем.

Збереження біосфери

Упродовж останніх десятиліть результатом форсованого розвитку людства стали суттєві спотворення природних властивостей біосфери. У величезних масштабах відбувається забруднення природного середовища та виснаження ресурсів біосфери. Ці процеси мають стати предметом цілісного вивчення екологічної проблеми. Таке завдання є пріоритетним для нового напряму екології - соціальної екології, яка визначає безпечну стратегію щодо перетворення діяльності суспільства на відповідні нормативи людської життєдіяльності.

Вирішення проблеми має базуватися на перевороті в людських умах, перегляд духовних, моральних, а також інтелектуальних цінностей. Біосфера повинна виступати як основи життя, а не джерела ресурсів. Необхідно використовувати екологічне нормування, що ґрунтується на науково обґрунтованому обмеженні впливу будь-якої діяльності на біоресурси. Така стратегія враховує соціально-економічні інтереси людства та екологічні потреби, вона допоможе впоратися із .

Землі.

Біосфера - оболонка Землі, заселена живими організмами та перетворена ними. Біосфера почала формуватися не пізніше 3,8 млрд років тому, коли на нашій планеті почали зароджуватися перші організми. Вона проникає на всю гідросферу, верхню частину літосфери і нижню частину атмосфери, тобто населяє екосферу. Біосфера є сукупністю всіх живих організмів. У ній мешкає понад 3 000 000 видів рослин, тварин, грибів та бактерій. Людина теж є частиною біосфери, її діяльність перевершує багато природних процесів і, як сказав В. І. Вернадський: «Людина стає могутньою геологічною силою».

Французький вчений-природознавець Жан Батист Ламарк на початку XIX ст. вперше запропонував концепцію біосфери, ще запровадивши навіть самого терміна. Термін «біосфера» було запропоновано австрійським геологом та палеонтологом Едуардом Зюссом у 1875 році.

Цілісне вчення про біосферу створив радянський біогеохімік та філософ В. І. Вернадський. Він вперше відвів живим організмам роль найголовнішої перетворюючої сили планети Земля, враховуючи їхню діяльність не лише в даний час, а й у минулому.

Існує й інше, ширше визначення: Біосфера - сфера поширення життя на космічному тілі. При тому, що існування життя на інших космічних об'єктах, крім Землі поки невідоме, вважається, що біосфера може поширюватися на них у більш прихованих областях, наприклад, у літосферних порожнинах або підлідних океанах. Так, наприклад, розглядається можливість існування життя в океані Європи – супутника Юпітера.

Розташування біосфери

Біосфера включає верхні шари літосфери, в яких живуть організми, гідросферу і нижні шари атмосфери.

Межі біосфери

Склад біосфери

Жива речовина- вся сукупність тіл живих організмів, що населяють Землю, фізико-хімічно єдина, незалежно від їхньої систематичної приналежності. Маса живої речовини порівняно мала і оцінюється величиною 2,4…3,6⋅10 12 (у сухій вазі) і становить менше однієї мільйонної частини всієї біосфери (бл. 3⋅10 18 т), яка, у свою чергу, є меншою однієї тисячної маси Землі. Але це одна з наймогутніших геохімічних сил нашої планети, оскільки живі організми не просто населяють земну кору, а перетворюють образ Землі. Живі організми населяють земну поверхню дуже нерівномірно. Їхнє поширення залежить від географічної широти.
Біогенна речовина- речовина, що створюється та переробляється живим організмом. Протягом органічної еволюції живі організми тисячі разів пропустили через свої органи, тканини, клітини, кров більшу частину атмосфери, весь обсяг світового океану, величезну масу мінеральних речовин. Цю геологічну роль живої речовини можна уявити за родовищами вугілля, нафти, карбонатних порід тощо.
Закосова речовина– продукти, що утворюються без участі живих організмів.
Біокосна речовина- Речовина, що створюється одночасно живими організмами і відсталими процесами, представляючи динамічно рівноважні системи тих та інших. Такі грунт, мул, кора вивітрювання тощо. буд. Організми у яких грають провідну роль.
Речовина, що у радіоактивному розпаді.
Розсіяні атоми, що безперервно створюються з різного роду земної речовини під впливом космічних випромінювань.
Речовина космічного походження.

Шари біосфери

Весь шар впливу життя на неживу природу називається мегабіосферою, а разом із артебіосферою – простором людської експансії у навколоземному просторі – панбіосферою.

Аеросфера

Субстратом для життя в атмосфері мікроорганізмів (аеробіонтів) служать водні крапельки – атмосферна волога, джерелом енергії – сонячна енергія та аерозолі. Приблизно від верхівок дерев до висоти найчастішого розташування купових хмар тягнеться тропобіосфера (з тропобіонтами; цей простір - тонший шар, ніж тропосфера). Вище тягнеться шар вкрай розрідженої мікробіоти - альтобіосфера (з альтобіонтами). Вище тягнеться простір, куди організми проникають випадково і не часто і не розмножуються - парабіосфера. Вище розташована апобіосфера.

Геосфера

Геобіосферу населяють геобіонти, субстратом, а частково і середовищем життя яких служить земна твердь. Геобіосфера складається з галузі життя на поверхні суші - терабіосфери (з терабіонтами), що поділяється на фітосферу (від поверхні землі до верхівок дерев) і педосферу (ґрунти та підґрунтя; іноді сюди включають всю кору вивітрювання) і життя в глибинах Землі - літобіосферу , що живуть у порах гірських порід, головним чином у підземних водах). На висотах у горах, де вже неможливе життя вищих рослин, розташована висотна частина терабіосфери - еолова зона (з еолобіонтами). Літобіосфера розпадається на шар, де можливе життя аеробів - гіпотеррабіосферу, і шар, де можливе лише проживання анаеробів - теллуробіосферу. Життя у неактивній формі може проникати глибше – у гіпобіосферу. Метабіосфера - всі біогенні та біокісні породи. Найглибше розташована абіосфера.

Гідросфера

Гідробіосфера – весь глобальний шар води (без підземних вод), населений гідробіонтами – розпадається на шар континентальних вод – аквабіосферу (з аквабіонтами) та область морів та океанів – маринобіосферу (з маринобіонтами). Виділяють 3 шари – відносно яскраво освітлену фотосферу, завжди дуже сутінкову дисфотосферу (до 1% сонячної інсоляції) та шар абсолютної темряви – афотосферу.

Між верхньою межею гіпобіосфери та нижньою межею парабіосфери лежить власне біосфера – еубіосфера.

Історія розвитку біосфери

Розвиток спостерігається лише в живій речовині та пов'язаному з ним біокосном. У відсталій речовині нашої планети еволюційний процес не проявляється.

Зародження життя

Життя Землі зародилося ще археї - приблизно 3,5 млрд. років тому у гідросфері. Такий вік мають знайдені палеонтологами найдавніші органічні рештки. Вік Землі як самостійної планети Сонячної системи оцінюється 4,5 млрд. років. Таким чином, можна вважати, що життя зародилося ще в юнацьку стадію життя планети. В археї з'являються перші еукаріоти - одноклітинні водорості та найпростіші організми. Розпочався процес

Біосфера - оболонка Землі, заселена живими організмами, що знаходиться під їх впливом і зайнята продуктами їхньої життєдіяльності; "плівка життя"; Світова екосистема Землі.

Французький вчений-природознавець Жан Батист Ламарк на початку XIX ст. вперше запропонував по суті концепцію біосфери, ще не ввівши навіть самого терміна. Термін «біосфера» було запропоновано австрійським геологом та палеонтологом Едуардом Зюссом у 1875 році.

Цілісне вчення про біосферу створив біогеохімік та філософ В. І. Вернадський. Він вперше відвів живим організмам роль найголовнішої перетворюючої сили планети Земля, враховуючи їхню діяльність не лише в даний час, а й у минулому.

Розташування біосфери

Біосфера включає верхні шари літосфери, в яких ще живуть організми, гідросферу і нижні шари атмосфери.

Межі біосфери

Верхня межа в атмосфері: 15-20 км. Вона визначається озоновим шаром, який затримує короткохвильове ультрафіолетове випромінювання, згубне для живих організмів.
Нижній кордон у літосфері: 3,5-7,5 км. Вона визначається температурою переходу води в пару і температурою денатурації білків, проте переважно поширення живих організмів обмежується вглиб кількома метрами.
Кордон між атмосферою та літосферою в гідросфері: 10-11 км. Визначається дном Світового океану, включаючи донні відкладення.

Склад біосфери

Структура біосфери:

Жива речовина - вся сукупність тіл живих організмів, що населяють Землю, фізико-хімічно єдина, незалежно від їхньої систематичної приналежності. Маса живої речовини порівняно мала і оцінюється величиною 2,4 ... 3,6 · 1012 т (у сухій вазі) і становить менше однієї мільйонної частини всієї біосфери (бл. 3 · 1018 т), яка, у свою чергу, є меншою за одну тисячної маси Землі. Але це одна з наймогутніших геохімічних сил нашої планети, оскільки живі організми не просто населяють земну кору, а перетворюють образ Землі. Живі організми населяють земну поверхню дуже нерівномірно. Їхнє поширення залежить від географічної широти.
Біогенна речовина - речовина, що створюється та переробляється живим організмом. Протягом органічної еволюції живі організми тисячі разів пропустили через свої органи, тканини, клітини, кров більшу частину атмосфери, весь обсяг світового океану, величезну масу мінеральних речовин. Цю геологічну роль живої речовини можна уявити за родовищами вугілля, нафти, карбонатних порід тощо.
p align="justify"> Косна речовина - продукти, що утворюються без участі живих організмів.
Біокосна речовина - речовина, яка створюється одночасно живими організмами та відсталими процесами, представляючи динамічно рівноважні системи тих та інших. Такі грунт, мул, кора вивітрювання тощо. буд. Організми у яких грають провідну роль.
Речовина, що у радіоактивному розпаді.
Розсіяні атоми, що безперервно створюються з різного роду земної речовини під впливом космічних випромінювань.
Речовина космічного походження.

Шари біосфери

Весь шар впливу життя на неживу природу називається мегабіосферою, а разом із артебіосферою – простором людиноподібної експансії у навколоземному просторі – панбіосферою.

Аеробіосфера

Геобіосфера

Геобіосферу населяють геобіонти, субстратом, а частково і середовищем життя яких служить земна твердь. Геобіосфера складається з галузі життя на поверхні суші - терабіосфера (з терабіонтами), що поділяється на фітосферу (від поверхні землі до верхівок дерев) і педосферу (ґрунти та підґрунтя; іноді сюди включають всю кору вивітрювання) і життя в глибинах Землі - літобіосфера , що живуть у порах гірських порід, головним чином у підземних водах). На висотах у горах, де вже неможливе життя вищих рослин, розташована висотна частина терабіосфери - еолова зона (з еолобіонтами). Літобіосфера розпадається на шар, де можливе життя аеробів - гіпотеррабіосфера і шар, де можливе лише проживання анаеробів - теллуробіосфера. Життя у неактивній формі може проникати глибше – у гіпобіосферу. Метабіосфера - всі біогенні та біокісні породи. Найглибше розташована абіосфера.

У глибинах літосфери є 2 теоретичні рівні поширення життя - ізотерма 100 °C, нижче якої вода при нормальному атмосферному тиску кипить, і ізотерма 460 °C, де при будь-якому тиску вода перетворюється на пару, тобто в рідкому стані бути не може.

Гідробіосфера

Гідробіосфера – весь глобальний шар води (без підземних вод), населений гідробіонтами – розпадається на шар континентальних вод – аквабіосфера (з аквабіонтами) та область морів та океанів – маринобіосфера (з маринобіонтами). Виділяють 3 шари – відносно яскраво освітлену фотосферу, завжди дуже сутінкову дисфотосферу (до 1 % сонячної інсоляції) та шар абсолютної темряви – афотосфера.

Між верхньою межею гіпобіосфери та нижньої парабіосфери лежить власне біосфера – еубіосфера.

Історія розвитку біосфери

Зародження життя

Життя на Землі зародилося ще в археї - приблизно 3,5 млрд. років тому в гідросфері. Такий вік мають знайдені палеонтологами найдавніші органічні рештки. Вік Землі як самостійної планети Сонячної системи оцінюється в 4,5 мільярда років. Таким чином, можна вважати, що життя зародилося ще в юнацьку стадію життя планети. В археї з'являються перші еукаріоти - одноклітинні водорості та найпростіші організми. Почався процес ґрунтоутворення на суші. Наприкінці архея з'явився статевий процес та багатоклітинність у тварин організмів.

Майбутнє біосфери

З часом біосфера стає дедалі нестійкою. Існує кілька трагічних для людства передчасних змін стану біосфери, деякі пов'язані з діяльністю людства.

Деякі філософи, наприклад, Девід Пірс, виступають за модифікацію біосфери з метою позбавлення страждань всіх живих істот і створення в буквальному сенсі раю на землі (див. одне зі значень слова аболіціонізм).

Штучна біосфера

Людина не може існувати поза біосферою, проте прагне досліджувати космічний простір. Ще До. Еге. Ціолковський пов'язував освоєння космосу зі створенням штучної біосфери.

В даний час ідея її створення знову стає актуальною у зв'язку з планами освоєння Місяця та Марсу. Проте на даний момент спроба створення повністю автономної штучної біосфери не мала успіху.

Розглядається можливість створення (поки що в далекому майбутньому) позаземної біосфери на інших планетах за допомогою тераформування.

(Visited 80 times, 1 visits today)

Вступ

Сьогоднішня екологічна ситуація на нашій планеті залишає бажати кращого, тому перш за все варто звернути увагу на взаємини людства та біосфери. Забруднення біосфери - причина хвороб і передчасних смертей. Основне завдання нашого часу – не допустити незворотних змін, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища. Суспільство постійно розвивається, але разом із прогресом зростає кількісний та якісний характер забруднення біосфери. Людство в цілому, а не окремі країни повинні подбати про створення системи охорони навколишнього середовища, інакше просто доведеться жити в скафандрі.

Поняття «біосфера»

Істотно інше уявлення про біосферу сформулював 1875 р. австрійський геолог Еге. Зюсс. У монографії «Походження Альп» Він говорить про «самостійну біосферу» як про особливу оболонку Землі, утворену живими організмами. У заключній главі великої тритомної праці «Обличчя Землі» (1909) цей автор пише, що поняття «біосфера» виникло як наслідок ідей Ж. Ламарка та Ч. Дарвіна про єдність органічного світу.

З робіт Зюсса датується початок біологічного уявлення про біосферу, як про сукупність організмів, що населяють Землю, як про живу оболонку планети. Такого погляду дотримувалися багато російських географів, наприклад Н. М. Сибірцев (1899), Д. Н. Анучин (1902), П. І. Броунов (1910), А. А. Григор'єв (1948), англійський дослідник і філософ Дж. Бернал (1969). Французькі вчені Е. Леруа (1927) та П. Тейяр де Шарден (1965, 1969) також взяли за основу визначення Зюсса, проте трактують його в ідеалістичному плані. Згідно Тейяру, біосфера – живий пласт планети – одна із стадій втілення Бога.

Уявлення Зюсса про біосферу як про особливу оболонку землі використовував і В. І. Вернадський (1926), вклавши в нього, проте, істотно інший, біогеохімічний зміст. Біосфера, за Вернадським, - сфера поширення життя, що включає поряд з організмами і середовище їх проживання. Тейляр де Шарден у Збірнику статей «Майбутнє людини» (1969) висловив свою незгоду з подібним трактуванням, що явно суперечить його ідеалістичній концепції еволюції.

Розробка біогеохімічного уявлення про біосферу була пов'язана з практичною діяльністю В. І. Вернадського в Комісії Академії наук з вивчення природничих виробничих сил Росії (початок 1915 р.).

Зачатки цього уявлення можна знайти вже у висловлюваннях вчених XVII і XVIII ст. , у книзі «Космос» А. Гумбольдта та Докучаєва.

В даний час обидва розуміння біосфери, за Зюссом і Вернадським, існують. М. В. Тимофєєв-Ресовський пропонує говорити про біосферу у вузькому та широкому розумінні. Здається більш доцільним використовувати це поняття, вкладаючи у нього зміст, наданий Вернадським, - сфера поширення життя, використовуючи для біосфери у «вузькому сенсі» висловлювання: «сукупність організмів», «плівка життя», «живий покрив Землі», «біота», "Біос".

Верхня межа біосфери, за Вернадським (1965), проходить на висоті 15-20 км, охоплюючи всю тропосферу та нижню частину стратосфери: озон знаходиться біля полюсів у шарі 8-30 км., у тропіках 15-35 км. Знизу біосфера обмежена відкладеннями на дні океанів (до глибини понад 10 км) і глибиною проникнення в надра Землі організмів і води в рідкому стані. Підстилаюча літосфера, верхня стратосфера, іоносфера і космічний простір є біосферою середовищем. Основне енергетичне джерело, що забезпечує функціонування біосфери, – промениста енергія Сонця.

Таким чином, біосфера - це особлива термодинамічна відкрита оболонка Землі, речовина, енергетика та організація якої обумовлюються взаємодією її біотичного та абіотичного компонентів. Вона, отже, включає сукупність організмів та його залишки, і навіть частини атмосфери, гідросфери і літосфери, населені організмами і їх діяльністю.

Найважливішою функцією біосфери є регулярне, що зростає в часі відтворення живої речовини за чисельністю, вагою та кількістю акумульованої та утримуваної енергії. Людина сприймає цю функцію як біологічну продуктивність біосфери, її частин (океан, ґрунти, прісні води) або її окремих екосистем та біогеоценозів (дельти, луки, тайга, поля зернових тощо).

Концепція біосфери. Вивчення різноманіття форм органічного світу та закономірностей його розвитку не буде повним без розуміння місця та ролі живих організмів загалом на всій планеті Земля.

Термін «біосфера» запропонував у 1875 р. австрійський геолог Едуард Зюсс (1831-1914), проте його точного визначення він не дав. Через півстоліття російський геохімік В.І. Вернадський (1863-1945) створив вчення про біосферу, основні положення якого він виклав в опублікованій в 1926 невеликій брошурі під назвою «Біосфера». В.І. Вернадський назвав біосферою оболонку Землі, основна роль формуванні якої належить живим організмам.

Жива речовина - головна біогеохімічна сила в біосфері. Головним компонентом біосфери є живе речовина - сукупність всіх живих організмів планети, чисельно виражена елементарному хімічному складі, масі, енергії. Ця речовина геохімічно надзвичайно активна, тому що при здійсненні процесів харчування, дихання, виділення, розмноження вона тісно пов'язана з навколишнім середовищем, завдяки чому майже всі хімічні елементи проходять у загальному ланцюзі перетворень через біогеохімічну ланку. Таким чином, життєдіяльність організмів – це глибокий та потужний геологічний процес планетарного характеру. Міграція хімічних елементів з організму в середу та назад не припиняється ні на секунду. Ця міграція була б неможливою, якби елементарний хімічний склад організмів був близький до хімічного складу земної кори. В,І. Вернадський писав: «Організм має справу з середовищем, до якого як він пристосований, але яка пристосована і щодо нього».

Завдяки зеленим рослинам, які здійснюють процес фотосинтезу, у біосфері створюються складні за будовою молекули органічних речовин. В'язню в них енергію використовують для процесів життєдіяльності гетеротрофні організми. У цьому полягає космічна функція зелених рослин біосфери. Без живої речовини робота сонячного променя зводилася б лише до переміщення газоподібних, рідких і твердих тіл поверхнею планети та до тимчасового їх нагрівання. Жива речовина виступає як гігантський акумулятор і унікальний трансформатор зв'язаної променистої енергії Сонця. Сонячна енергія без живої речовини не робила б на Землі творчої діяльності, тому що не могла б ні втриматися на ній, ні перетворитися на необхідну для цього енергію.

Уловлювання сонячної енергії здійснюється переважно рослинами. Але в утриманні та перетворенні укладеної в них енергії Сонця, переміщенні її по поверхні, а також із зовнішнього в глибші шари планети бере участь усі живі речовини. Цей процес здійснюється завдяки розмноженню, подальшому зростанню та переміщенню організмів. Швидкість розмноження, за В.І. Вернадського, - це швидкість передачі у біосфері геохімічної енергії.

Елементарною структурною та функціональною одиницею біосфери є біогеоценоз. Саме в біогеоценозі організми і середовище їх проживання тісно взаємно пристосовані один до одного і завдяки цьому здійснюється біологічний кругообіг речовин - основа нескінченності життя

на планеті. В ході здійснення біологічного круговороту обмежені запаси хімічних речовин набувають властивість нескінченних, оскільки знаходяться в безперервному круговому обігу. Тому кругообіг речовин у вигляді біогеохімічних циклів є необхідною умовою існування біосфери. Весь кругообіг речовин у біосфері відбувається завдяки одному джерелу енергії - Сонцю. Між величиною сонячної енергії, що надходить на планету, і кількістю живої речовини, що утворюється, встановилася тісна залежність. Так, в результаті багаторічних досліджень вчених різних країн вдалося підрахувати, що щорічно в біосфері утворюється приблизно 150-200 млрд т сухої органічної речовини.

Таким чином, створення вчення про біосферу стало важливим досягненням людства. Вперше жива природа стала розглядатися як цілісна система, що тісно взаємодіє з абіотичною середовищем. В.І. Вернадський заклав основи сучасних наукових уявлень про планетарне та космічне значення життя, про взаємозв'язок та взаємодію живої та неживої природи.

Протяжність біосфери. На планеті Земля розрізняють кілька геосфер, у яких існує життя (рис. 7.2).

Атмосфера – повітряна оболонка Землі. З висотою щільність повітря швидко зменшується: 75% маси атмосфери зосереджено у шарі до 10 км, 90% - до 15 км, 99% - до 30 км, 99,9% - до 50 км. Повітря, позбавлене вологи та твердих домішок, складається з азоту (78,1%), кисню (21%), аргону (0,9%), вуглекислого газу (близько 0,03%) та незначної кількості деяких інших газів.

Чимало впливом геть стан атмосфери, тобто. На формування погоди та клімату, грають різні домішки - змінні складові атмосфери. До найважливіших з них відноситься вода, яка у вигляді водяної пари міститься в нижньому 20-кілометровому шарі атмосфери. Водяна пара разом із вуглекислим газом, метаном та деякими іншими домішками бере участь у нагріванні внутрішніх шарів атмосфери (так званий парниковий ефект). Це зумовлено здатністю атмосфери пропускати сонячну радіацію до Землі і поглинати відбите від неї теплове випромінювання. Завдяки парниковому ефекту температура в атмосфері зростає зі зниженням висоти і її нижні шари виявляються теплими.

Область біосфери тягнеться лише у нижньому шарі атмосфери - тропосфері (від грецьк. tropos - зміна). Висота тропосфери змінюється від 8-10 км у полярних широтах до 16-18 км на екваторі. Над тропосферою розташовується стратосфера (від латів. stratum - шар) висотою 100 км. У ній на висоті 15-25 км вільний кисень під впливом сонячної радіації перетворюється на озон (О 2-> О 3), який, утворюючи екран, поглинає згубне для живих організмів короткохвильове ультрафіолетове випромінювання.

Літосфера (від грец. Lithos - камінь) - зовнішня тверда оболонка планети. У ньому розрізняють два шари: верхній - шар осадових порід з гранітом і нижній - базальтовий. Шари розташовані нерівномірно, тому в деяких місцях граніт виходить на поверхню. Кордон поширення живої речовини в літосфері не опускається нижче 3-4 км. На такій глибині можна зустріти лише анаеробні бактерії. Найбільша густина живої речовини в літосфері відзначається в поверхневому шарі земної кори - грунті.

Гідрсфера являє собою сукупність вод океанів, морів, озер, річок, підземних вод і крижаних покривів. Гідросфера утворює уривчасту водну оболонку планети. Основна маса вод зосереджена у Світовому океані, середня глибина якого становить 3,8 км, максимальна (Маріїнська западина Тихого океану) – 11,034 км. Незначна частина гідросфери представлена прісними водами.

Живі організми населяють всю товщу гідросфери аж до максимальних її глибин, проте найбільша їх щільність припадає на поверхневі шари та прибережжя, що прогріваються та освітлюються сонцем. Зони безпосереднього контакту та активної взаємодії літосфери, атмосфери та гідросфери найгустіше заселені живими організмами, оскільки в цих місцях створюються найбільш сприятливі умови для життя - оптимальні температура, вологість, наявність кисню та необхідних для життєдіяльності організмів хімічних елементів.

Просторова неоднорідність біосфери. Умови життя організмів у біосфері надзвичайно різноманітні. Особливо вони різняться в наземному та водному середовищах. Тому виділяють континентальну та океанічну частини біосфери.

Континентальна частина біосфери - суша - займає 148 млн км 2 або 29% всієї площі планети. Особливістю її є крайня неоднорідність, що виявляється у наявності широтної та висотної зональності.

Широтна зональність обумовлена кулястістю нашої планети та нахилом її осі обертання, внаслідок чого земна поверхня неоднаково забезпечується теплом та вологою. Найбільше тепла отримують тропічні і субтропічні пояси, найменше - полярні. Спостерігається велика різниця й у забезпеченості різних областей вологою. Наприклад, для тундри характерний надлишок, а пустель - брак атмосферних опадів, області помірних широт характеризуються середніми величинами водозабезпечення.

Висотна ландшафтна зональність континентальної частини біосфери формується у зв'язку з тим, що зі збільшенням висоти місцевості повітря стає більш розрідженим, з меншим вмістом кисню, вуглекислого газу та водяної пари, а температура його знижується. Через нестачу вуглекислого газу та вологи порушується нормальний перебіг фотосинтезу, тому на висотах понад 6 тис. м вищі рослини не ростуть.

Океанічна частина біосфери займає 361 млн. км2, або 71% площі планети. Визначальними чинниками життя організмів у ній є сольовий та газовий склад води, вміст біогенних елементів, глибина, рухливість вод. Для цієї частини біосфери також характерна зональність. За умовами життя особливо різняться між собою полярні та екваторіально-тропічні зони гідросфери, а також поверхнева її частина, що освітлюється сонцем, та глибинна зона, куди сонячне світло не проникає. Найбільш сприятлива для розвитку життя в гідросфері невелика за площею (8%) прибережна зона - шельф, яка добре освітлена і обігріта сонячним промінням, забезпечена достатньою кількістю елементів мінерального живлення, що надходять з донних відкладень та поверхні суші. Більшість площі дна Світового океану розташована на глибинах понад 4000 м і близько чверті площі - на глибинах понад 5000 м. Температура тут низька (від 0,5 до 4 ° С) і досить постійна. Світло в цю зону не проникає. На морському дні відбувається накопичення органічних залишків у вигляді мулу та інших відкладень.

Розподіл живої речовини у біосфері. Біомаса живої речовини продуцентів (зелених рослин) та консументів (тварин та мікроорганізмів) в океанічній та континентальній частинах біосфери наведена в таблиці 7.1.

Подані в таблиці дані свідчать, що основна маса живої речовини біосфери (понад 99,8%) зосереджена на континентах. Вклад океаносфери у загальну біомасу становить лише 0,13%.

Біомаса організмів Землі (суха речовина)

Біомаса живої речовини

Організми континентальної частини, океанічної частини млрд т % млрд т %

Зелені рослини 2400,0 99,2 0,2 6,3

Тварини та мікроорганізми 20,0 0,8 3,0 93,7

Усього: 2420,0 100,0 3,2 100,0

На континентах переважає жива речовина рослин (992%), в океані - тварин (937%). Однак, зіставляючи їх абсолютні величини (відповідно 2400 млрд т і 3 млрд т), можна сказати, що жива речовина планети переважно представлена зеленими рослинами суші. Біомаса організмів, які не здатні до фотосинтезу, становить менше 1%.

Незважаючи на те, що біомаса рослин суші за абсолютною величиною на три порядки більша, ніж рослин океану, швидкість приросту біомаси за одиницю часу у океанічних рослин (водоростей) набагато вища (табл. 7.2).

Відношення сумарної річної продукції (П) до величини біомаси (Б) у деяких рослинних угрупованнях суші та океану

Рослинні угруповання П/Б за рік

Деревина лісів 0,018

Рослинність лук, степів, ріллі 0, 670

Комплекс рослин озер та річок 14,0

Морський фітопланктон 150,0

Інтенсивний поділ мікроскопічних клітин фітопланктону, швидке їх зростання і короткочасність існування сприяють швидкому обороту фітомаси океану, який у середньому відбувається за 1-3 доби, тоді як повне оновлення рослинності суші здійснюється за 50 років і більше. Тому незважаючи на невелику величину фітомаси океану, утворена нею річна сумарна продукція можна порівняти з продукцією рослин суші.

Щорічно у біосфері у процесі фотосинтезу утворюється близько 150 млрд т сухої органічної речовини. У континентальній частині біосфери найпродуктивнішими є тропічні та субтропічні ліси, в океанічній - естуарії (розширюються у бік моря гирла рік) і рифи, і навіть зони підйому глибинних вод - апвеллінга. Низька продуктивність рослин характерна для відкритого океану, пустель та тундри.

Біосфера - область поширення живих організмів планети Земля. Життєдіяльність організмів супроводжується залученням до складу їхнього тіла різноманітних хімічних елементів, необхідні їм для побудови власних органічних молекул. В результаті формується потужний потік хімічних елементів між усією живою речовиною планети та середовищем його проживання. Після загибелі організмів та розкладання їх тіл до мінеральних елементів речовина повертається у зовнішнє середовище. Так здійснюється безперервний кругообіг речовин - необхідна умова для підтримки безперервності життя. Найбільша маса живих організмів зосереджена межі зіткнення літосфери, атмосфери і гидросферы. По біомасі в океані переважають консументи, на суші – продуценти. На нашій планеті немає більш активної та потужної в геохімічному відношенні речовини, ніж жива речовина.