Загальне поняття про біосферу

Відео: Біосфера

Біосфера - оболонка земної кулі, в якій поширені живі істоти. Термін був введений в 1875 році австрійським геологом Едуардом Зюссом. Обговорюючи особливості Землі як планети, він писав: «Одне здається чужорідним на цьому великому, що складається зі сфер небесному тілі, а саме -органіческая життя ... На поверхні материків можна виділити самостійну біосферу». Таким чином, Зюсс розглядав біосферу як простір, заповнений життям. Термін почали вживати, не маючи чіткого визначення. Ще раніше Жан-Батіст Ламарк (1802), не використовуючи термін «біосфера», зазначив роль життя в формуванні земної кори як в даний час, так і в минулі етапи історії планети. На рубежі XIX-XX ст. ідея про глобальний вплив життя на природні явища була обгрунтована в працях вченого-грунтознавця В.В.Докучаєва. Розгорнуте вчення про біосферу створено і розроблено академіком В.І. Вернадським, який опублікував в 1926 р свою класичну працю «Біосфера».

Положення вчення В.І.Вернадського про біосферу поєднують підходи його попередників. З одного боку, він розглядає біосферу як оболонку Землі, в якій існує життя. В цьому плані Вернадський розрізняє газову (атмосфера), водну (гідросфера) і кам`яну (літосфера) оболонки земної кулі як складові біосфери. З іншого боку, він підкреслював, що біосфера - не просто простір, в якому мешкають живі організми- її складу визначається діяльністю живих організмів. Вона являє собою результат їх сукупної хімічної активності в цьому і минулому. Всю сукупність живих організмів Вернадський позначив терміном «жива речовина», протиставляючи його відсталу речовину, до якого відносив все геологічні утворення, що не входять до складу живих організмів і не створені ними. Третя категорія речовини в біосфері, за Вернадським, - це биокосное речовина. Сюди він зараховував комплекс взаємодіючих живого і відсталого речовин (океанічні води, нафта, грунт і т.п.). Нарешті, існує біогенна речовина - геологічні породи, створені діяльністю живої речовини (крейда, вапняки, кам`яне вугілля). Вернадський вважав, що земна кора являє собою залишки колишніх біосфер. Основною відмінністю живої речовини від відсталого є охоплення його еволюційним процесом, безперервно створює нові форми живих речовин. Різноманіття форм життя створюють основу кругообігу речовин і потоків енергії. У цьому специфіка і запорука стійкості біосфери як унікальної оболонки земної кулі.

Таким чином, біосфера, за Вернадським, є ще однією з геологічних оболонок земної кулі, глобальну систему Землі, в якій геохімічні і енергетичні перетворення визначаються сумарною активністю всіх живих організмів - живої речовини. Людство входить в цю систему як її складова частина. «Людство як жива речовина безперервно пов`язано з матеріально-енергетичними процесами певної оболонки Землі - з її біосферою. Воно не може фізично бути від неї незалежним ні на одну хвилину »(Вернадський, 1944).

Біосфера як арена життя. Активна діяльність живих організмів охоплює відносно невеликий шар оболонок планети. Його межі визначаються комплексом умов, що допускають стійке існування спільнот живих організмів. До складу біосфери входять нижня частина атмосфери, гідросфера і верхні шари літосфери, що зазнала за участю живих організмів вивітрювання її частина - грунт (едафосфера). Кожна з цих оболонок має свої специфічні властивості, які визначають набір певних видів і їх адаптивні особливості. Таким чином, повітряна, водна і грунтова оболонки являють собою основні середовища життя, що формують її складу і біологічні властивості.

Гідросфера. Вона включає всі типи водойм. У найбільш загальному вигляді застосовується розподіл гідросфери на Світовий океан, континентальні та підземні води. Океан займає близько 71% поверхні Землі, внутрішні водойми - 5%. В океані міститься близько 94% запасів води на Землі, в озерах і річках - менше 0,02%, в льодовиках - 1,65% і в підземних водах - 4,12%. Набір хімічних елементів і кількісне співвідношення іонів в тканинах живих організмів близькі до складу морської води у наземних тварин і рослин. Це обумовлено тим, що життя зародилося в океані. Але в більшості випадків кількісний вміст іонів в тілі навіть морських організмів може відхилятися від співвідношення їх в морській воді. Це пояснюється обміном речовин в організмах, здатність вибірково витягувати з-поміж і затримувати у своєму тілі певні солі (побудова раковин або скелета). Інші іони, навпаки, виводяться з організму. Хімізм води обумовлює також осмотичні відносини організму в водному середовищі. У організмів існують проникні для води ділянки поверхні, через які йде осмотический потік води. Більшість рослин і морських тварин ізотонічни середовищі. Наявність у воді розчинених і зважених речовин має значення як трофічний фактор, а виділення в воду продуктів метаболізму не тільки звільняє організм від непотрібних речовин, але і використовується водними тваринами як засіб хімічної комунікації. Таким чином, в поняття води як середовища життя включено обов`язкову наявність розчинених і зважених в ній речовин.

Відео: Лекція 6.6 | Біосфера, її склад і взаємозв`язок з усіма сферами Землі | Надія Танцура | Лекторіум

Велике екологічне значення мають висока щільність і в`язкість води. Щільність води в 800-1000 разів більша за густину повітря. В результаті цього гідробіонти мають специфічну форму тіла, яка дозволяє знизити лобове опір і підвищити ефективність енерговитрат.

У гідросфері склалися комплекси організмів, що ширяють у воді. Це визначило поширення життя в гідросфері по всій її товщині, навіть в найбільш глибоководних западинах (понад 11 км). Тут, в умовах повної темряви, колосального тиску (100 і більше атмосфер), виявлені спільноти, що включають бактерій, одноклітинних і багатоклітинних бактерій.

Кожна водойма має певний структурний поділ, свої екологічні зони. Відповідно до цього діленням водойм на бенталь (область дна) і пелагіаль (товща води) всі водні організми підрозділяються на бентос (донні) і пелагос (в товщі води). Ці спільноти містять пасивно ширяють у товщі води форми (планктон) і активно плаваючих тварин (нектон). Особливу групу складають організми, що мешкають на кордоні водного й повітряного середовищ (нейстон). Ще одна група (плейстон) характеризується тим, що частина їх тіла знаходиться в воді, а частина - в повітрі (напр., Ряска). Бентичні організми материкової мілини формують спільноти літоралі, яка поділяється на Супралітораль (зона бризок під час прибою), власне літораль (зона припливів і відливів) і сублітораль (материкова мілина до глибини близько 200 м). Літоральна зона добре виражена також в озерах. Нижче літоралі лежить профундаль - зона дна нижче глибини проникнення світла, достатнього для фотосинтезу. Крутий материковий схил океану заселений представниками батіальних (до 6000 м), абісальної і ультраабіссальной фауни. Там рослини відсутні. В океані і великих озерах зона діяльності фотосинтезуючих рослин визначається глибиною проникнення сонячного світла. Цю зону називають еуфотіческой, її глибина доходить приблизно до 200 м. Вся маса живих організмів, що мешкають в більш глибоких шарах, використовує органічні речовини, синтезовані в цій зоні. Це можуть бути живі організми і їх останки, екскременти, слиз і т.п. Таким чином, все населення товщі води від поверхні до дна являє собою єдину трофічну систему. З рифтової зоною (зона розломів земної кори) пов`язані особливі екосистеми, засновані на хемосинтезом. Ці спільноти концентруються в районах геотермальних джерел, що поставляють сірководень. Бактерії, утилізуючи сірководень, є початковим етапом кругообігу речовин. В цілому, хемосинтетики виробляють 1-2% первинної продукції.

Континентальні водойми відрізняються меншими глибинами і великим діапазоном солоності. За характером рухливості водних мас розрізняють стоячі і текучі водойми. Стоячі водойми (озера, ставки) підрозділяються на прісні і солоні (до 300 permil-). Текучі води поділяються за швидкістю течії. Екологічна роль цього фактора велика: він визначає можливість закріплення організмів на субстраті і трофічні можливості організмів-реофіл. Існують також тимчасові водойми (калюжі).

Відео: Освіта біосфери землі, частина 1

Вода відрізняється низьким вмістом розчиненого кисню, кількість якого в 20-23 рази нижче, ніж в повітрі, і становить 10-12 мл / л. Прозорість води визначає формування специфічного забарвлення: прозорість тіла, майже повне відображення світла і т.п. Температурний режим відносно стійкий, сезонні коливання температури не перевищують 30-35 С. Гідробіонти мають ряд особливостей розмноження: пасивне розсіювання гамет, відсутність запилювачів, використання течій для розселення личинок і т. П. У цьому середовищі утворилися життєві форми, пристосовані до ширяння в товщі води. Адаптації планктонних організмів: 1) загальне збільшення поверхні тіла за рахунок зменшення розмірів-2) зниження щільності за рахунок редукції скелета- 3) зміст бульбашок газу під раковинами.

Атмосфера. Сучасна атмосфера за хімічним складом відноситься до азотно-кисневого складу (78,1% азоту і 21% кисню) і цим якісно відрізняється від газових оболонок всіх небесних тіл. Вона має зовсім незначну зміст інертних газів (за винятком аргону). Склад атмосфери сильно відрізняється від вулканічних газів, за рахунок яких вона виникла. Це свідчить про те, що протягом геологічної життя Землі відбувалися процеси, що змінили склад її газової оболонки. Ці процеси пов`язують з активністю живої речовини. До виникнення життя атмосфера мало відрізнялася від близької до неї за розмірами Венери: 1,8% азоту, сліди кисню і 98% вуглекислого газу. З висотою атмосферний тиск падає: на висоті 6200 м його величина зменшується вдвічі в порівнянні з рівнем моря. Атмосферу умовно ділять на гомосферу і гетеросферу. Перша характеризується стійким газовим складом і простягається приблизно до висоти 100 км. вище цієї межі характерний наростаючий рівень іонізації газів за рахунок фотодиссоциации. Процес фотодиссоциации лежить в основі виникнення озону з молекулярного кисню. Озоновий шар розташовується на висоті 10-100 км (максимальна концентрація - 20 км). Він поглинає ультрафіолетове випромінювання в його короткохвильової частини. До поверхні Землі доходить м`яка частина потоку ультрафіолетових променів з довжиною хвилі 300-400 нм.

Повітря як середовище життя має певними особливостями. Достатній вміст кисню (21%) визначає високий рівень енергетичного метаболізму. У цьому середовищі з`явилися Гомойотермниє тварини, що відрізняються високим рівнем енергетики та біологічної активності. З іншого боку, в цьому середовищі відзначається низька і мінлива вологість. Це лімітувало можливості освоєння повітряного середовища, а у її мешканців визначило еволюцію властивостей водно-сольового обміну і органів дихання. Низька щільність атмосфери визначає зв`язок організмів з субстратом, тому життя зосереджена поблизу поверхні Землі, проникаючи в товщу атмосфери на висоту 50-70 м (крони дерев в тропіках). Високогір`ї лімітує процеси, пов`язані з тиском: в Гімалаях рослинність досягає 6200 м - вище рослини-фотосинтетики не ростуть. Тварини відзначені і вище. Тимчасове перебування живих організмів в атмосфері доходить до 10-11 км. Птахи звичайні на висотах до 1-3 км, однак є поодинокі відомості про значно більшій висоті: білоголовий сип зіткнувся з літаком на висоті 12,5 км. Літаючі комахи зустрічаються приблизно до тих же висот, а заносяться повітряними течіями бактерії, спори, найпростіші - до 10-15 км. У літературі описано перебування бактерій на висоті 77 км в життєздатному стані. В цілому, верхньою межею поширення життя в атмосфері слід вважати висоту 8-10 км.

Прозорість атмосфери сприяє тому, що до поверхні планети доходить 47% падаючого сонячного світла. Трохи менше 50% становить фотосинтетичний активна радіація (ФАР) з довжиною хвилі 380-710 нм. Ця частина світлового потоку складає енергію фотосинтезу - процесу, в якому створюється органічна речовина (головним чином, вуглеводи) з неорганічних складових. На ньому грунтується можливість біологічного кругообігу речовин. Надземні частини фотосинтезирующих рослин належать до цього середовища, а коренева система розташована в грунті, т. Е. Забезпечення водою і мінеральними речовинами відбувається в іншому середовищі проживання.

Літосфера. Це верхня частина земної кори, її «кам`яна оболонка». Зазвичай мають на увазі її верхню частину, подрібнену в процесі вивітрювання і містить крім мінерального також і органічна речовина. Ця частина літосфери являє собою складне биокосное тіло, що володіє особливими властивостями і функціями - грунт. Тому в екології вживається поняття «едафосфера» (ґрунтова оболонка Землі) замість «літосфера».

Грунт являє собою складну 3-фазну систему, що включає тверду (мінерали), рідку (ґрунтова волога) і газоподібну фази. Їх співвідношення визначає основні фізичні властивості ґрунту як середовища існування. Склад і розміри мінеральних часток (тверда фаза) визначають механічні властивості грунту. Окремі мінерали в складі грунту зазвичай склеюються, утворюючи агрегації, простір між якими заповнено повітрям і водою. Механічний склад і структура грунтів - провідний чинник формування їх властивостей: аерації, вологості, теплоємності, умов пересування та т.п. Деякі рослини і тварини вибірково заселяють певні типи ґрунтів (напр., Псаммофіли воліють піщані ґрунти, а петрофіли - кам`янисті). Мінерали займають 40-70% загального обсягу грунту. Простір, що залишився зайнято повітрям і водою.

Вода (ґрунтова волога) може знаходитися в грунті в 3 станах: гравітаційному, капілярному і гігроскопічна. Гравітаційна вода заповнює відносно великі пори і порожнини в грунті. Вона доступна для рослин і являє собою складний розчин з рН від 3-3,5 (сфагнумовие болота) до 10-11 (солонці). Вода, що заповнює пори малого діаметру, підсмоктується вгору на відстань, назад пропорційне діаметру капіляра. Відбувається зволоження грунту знизу (від горизонту підземних вод), а також втрата вологи грунтом в результаті випаровування. Цю частину грунтової вологи називають капілярної. Вона утворює вологий горизонт грунту. Молекули води диполярного, тому легко утворюють плівки навколо дрібних мінеральних і колоїдних частинок. Така плівка товщиною 2-3 молекули води утримується на поверхні частинок з великою силою, тому гігроскопічна волога недоступна рослинам. Повітря заповнює пори і порожнини, вільні від води. Він проникає в грунт з атмосфери шляхом дифузії газів і відрізняється більш широкими коливаннями їх співвідношення, оскільки кисень поглинається в землі в процесі дихання і розкладання органічних залишків, а продукується вуглекислий газ. Органічне речовина є обов`язковим компонентом грунту. Воно утворюється в результаті розкладання мертвих організмів, частково формується в самому грунті. У лісовій підстилці, степовому повсті (грунтовий горизонт А_про) Йде розкладання, що утворюються речовини і органічні частинки потрапляють в ґрунт (горизонт А), де розкладаються. горизонт А₁ (Перегнійно-акумулятивного) багатий органічними речовинами, які постійно вимиваються вертикальними потоками вологи. Грунтові органічні речовини містять лігнін, клітковину, ефірні масла, смоли, дубильні речовини та ін. Частина молекул органічних речовин полимеризуется, що підвищує їх стійкість до впливу деструкторов. Так утворюється гумус. Він накопичується в грунті і довго тут зберігається. Його розкладання йде дуже повільно. Багатство органічних речовин і високий вміст кисню в підстилці і верхньому (А₁) Горизонті ґрунту призводять до великої кількості життя в цих шарах (висока видове багатство тварин). Вертикальні потоки вологи визначають вимивання органічних речовин, тому нижня частина горизонту А (А₂ - горизонт вимивання, або елювіальний) збіднена органічною речовиною. Вимиваються речовини переносяться в іллювіальний горизонт (обрій В), під яким лежить материнська порода (горизонт С).

Грунт на деякому віддаленні від поверхні відрізняється досить стійкими умовами життя. На глибині 1,5-2 м відбувається згладжування сезонних температурних коливань (різниця між літніми та зимовими значеннями не перевищує 1-2 С), і температура залишається відносно постійною, близькою 8 С.

Межі поширення життя в грунті невеликі: мікроорганізми зустрічаються по всій її товщині (зазвичай кілька метрів), рослини пов`язані із зовнішніми горизонтами кореневою системою (до 8-10 м, в пустелі - до 50 м). Безхребетні тварини мешкають у верхніх горизонтах грунту. Нори і ходи гризунів, деяких комах і черв`яків проникають в грунт на 5-7 м. Цим практично обмежується поширення життя в літосфері. Знаходження риб в підземних водоймах на глибині 100 м і бактерій в водах, які супроводжують поклади нафти на глибині 3-4 км, лише формально відсуває кордон поширення життя в літосфері.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!