Біосфера як цілісна система
БІОСФЕРА
- особлива оболонка Землі, населена живими істотами (іл. 165). Перші
уявлення про біосферу як «зону життя» дав Ж. Б. Ламарк, термін
запропонував австрійський вчений Е. Зюсс (1875), а цілісне вчення про
біосферу створив наш видатний співвітчизник В. І. Вернадський
(«Біосфера», 1926). Дослідженнями біосфери займається біосферологія.
Які ж особливості біосфери як біологічної системи найвищого рівня організації живої матерії?
1.
Біосфера охоплює три геологічні оболонки - літосферу, атмосферу та
гідросферу. Межами біосфери є нижні шари атмосфери до висоти близько 11
км, вся гідросфера і верхній шар літосфери до глибини 3 - 11 км.
2.
У структурі біосфери виокремлюють абіотичний та біотичний компоненти,
що пов’язані переміщенням елементів. Живі організми концентрують,
перерозподіляють хімічні елементи, синтезують з них й розкладають
хімічні сполуки. У науці ця закономірність називається законом
Вернадського, або законом біогенної міграції хімічних елементів:
міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому
здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини, або ж в
середовищі, особливості якого зумовлені живою речовиною.
3.
Структурними елементами біосфери є 7 типів речовини: 1)
жива (сукупність усіх організмів на Землі); 2) біогенна (речовина,
утворена й перероблювана організмами: вугілля, нафта, кисень
атмосфери тощо); 3) косна (абіотична речовина, утворена без участі
живого -лава, попіл вулканів; 4) біокосна (біогенно-абіотична речовина,
продукти розкладу і переробки косної речовини організмами - ґрунт); 5)
радіоактивна; 6) космічна; 7) розсіяні атоми.
4.
Елементарними одиницями біосфери є екосистеми в усій
своїй різноманітності, об’єднані біологічним колообігом речовин й
перетворенням енергії. Через те біосферу розглядають як єдину
глобальну складну екосистему планети Земля.
5.
Біосфера існує з часу появи життя на Землі й на сучасному етапі свого
розвитку поступово переходить у ноосферу - стан біосфери, за якого
визначальними чинниками стає розумова діяльність й праця людини, а
характерною рисою - екологізація всіх сфер життя.
Отже, біосфера є найвищою та найскладнішою біологічною системою Землі.
Які функції живої речовини зумовлюють їх значення?
Жива
речовина (біота) - вся сукупність живих організмів на планеті. На її
частку припадає всього 0,01 % від маси всієї біосфери (97 % -рослини і 3
% - тварини та інші організми), проте саме з нею пов’язані найважливіші
процеси, що відбуваються в усіх оболонках Землі. «Можна без
перебільшення стверджувати, що стан планети, біосфери цілком перебуває
під впливом життя і визначається живими організмами», - писав В. І.
Вернадський. Якими ж є функції живої речовини?
•
Газова - вплив живих організмів на газовий склад атмосфери (наприклад,
утворення кисню під час фотосинтезу, виділення вуглекислого газу під час
дихання).
•
Концентраційна - поглинання живими організмами певних хімічних
елементів і їх накопичення (наприклад, накопичення молюсками у
черепашках Кальцію, діатомовими водоростями, хвощами, злаками - сполук
Силіцію, морськими водоростями - Йоду);
•
Окисно-відновна - живі організми окиснюють та відновлюють певні сполуки
(наприклад, залізо-, сіркобактерії перетворюють сполуки Феруму та
Сульфуру).
•
Біохімічна - синтез і розщеплення білків, ліпідів,
вуглеводів, нуклеїнових кислот, яких у природі до появи живого не
існувало. Основними властивостями живої речовини, від яких залежить
реалізація
цих функцій, є: обмін речовин, ріст, самовідтворення, здатність
нагромаджувати і передавати енергію по ланцюгах живлення, зміна
абіотичного середовища, адаптивність та ін.
Жива речовина на Землі розподілена нерівномірно. Найбільше скупчення організмів спостерігається на межі трьох оболонок: атмо-,
гідро-
і літосфери (у тропічних лісах і тропічній літоралі). На суходолі
різноманітність життя є вищою, ніж у воді через різноманітніші умови
середовища життя та більшу ефективність використання сонячної енергії на
суходолі, що становить 0,1 %. У Світовому океані життя має більшу
біомасу, але різноманітність його менша через стабільність умов водного
середовища та менший ККД використання сонячної енергії в океані (0,04
%).
Отже,
саме жива речовина охоплює й перебудовує процеси в біосфері та є
найпотужнішою геологічною силою, що зростає з плином часу.
Як відбувається біологічний колообіг й перетворення енергії в біосфері?
Біологічний
колообіг речовин - це переміщення, розподіл і концентрація хімічних
елементів і речовин у біосфері, що відбуваються за допомогою живих
організмів. Біологічний колообіг речовин у природі, на відміну від
геологічного, є швидким і розімкненим (частина елементів відкладається у
вигляді порід органічного походження). За участі мікроорганізмів,
рослин, тварин, грибів й людини колообіг речовин здійснюється через
повітря (~ 98 %) і через воду (~ 2 %).
У загальному біологічний колообіг речовин в біосфері, як і в екосистемах, має циклічний характер.
На
сьогодні спостерігаються порушення колообігу речовин у біосфері,
балансу між біологічним та геологічним колообігами, головними причинами
яких є штучне прискорення вивітрювання порід і прискорені темпи
загибелі біоти, а також створення людиною речовин, які надалі не можуть
бути використані організмами. Серед найважливіших циклів
виокремимо колообіг Н2О, СО2, Оксигену, Нітрогену і Фосфору (іл. 166).
Біологічне
перетворення енергії — це перетворення сонячної енергії у біосфері, що
відбуваються за допомогою живих організмів. Біосфера більшу частину
енергії одержує у вигляді променистої енергії Сонця, і незначна частка є
тепловою енергії процесів у земній корі. Лише 0,1 % сонячної енергії,
що потрапляє на Землю, вловлюється продуцентами, використовується в
процесі фотосинтезу й запасається у вигляді хімічної енергії вуглеводів.
Ця зв’язана енергія далі використовується консументами й редуцентами в
ланцюгах живлення, і за її рахунок жива речовина виконує внутрішню
роботу - концентрує, трансформує, акумулює й перерозподіляє хімічні
елементи в земній корі. У процесі цих перетворень частина енергії
втрачається у вигляді теплоти, тому перетворення енергії у біосфері має
лінійний характер.
Отже,
біосфера є біологічною системою, що поглинає енергію космосу та
спрямовує її на внутрішню роботу, яка забезпечує існування та розвиток
природи Землі.
ДІЯЛЬНІСТЬ
Завдання на застосування знань
Наведіть приклади організмів, які беруть участь у перетворенні оболонок Землі та доведіть планетарну роль живої речовини.
Значення живої речовини для Землі
|
Значення
|
Приклади
організмів
|
|
Утворення осадових порід
|
|
|
Утворення корисних копалин
|
|
|
Руйнування гірських порід
|
|
|
Утворення ґрунту
|
|
|
Утворення кисню й озону
|
|
|
Вплив на концентрацію азоту
|
|
|
Вплив на концентрацію CO2
|
|
|
Заболочування
|
Біологія + Хімія
Нітроген
входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, АТФ тощо і
разом з тим він є найбільш лімітуючим з усіх інших біогенних елементів.
Розгляньте
ілюстрацію,
визначте сутність процесів, що становлять основу колообігу Нітрогену в
біосфері. Підготуйте презентацію «Коло-обіг Нітрогену в біосфері та
його особливості». Які хімічні властивості нітрогену?
СТАВЛЕННЯ Біологія + Наука
В.
І. Вернадський дуже багато зробив для відродження України. Він був
першим президентом Академії наук, його ім’ям названо Національну
бібліотеку України. На думку вченого, неминучим єдино правильним є
підхід до біосфери як до цілісної глобальної екосистеми, єдиного живого
організму. Таке розуміння біосфери особливо важливе тепер, коли вплив
людини на природу досягнув небувалих й загрозливих масштабів. Зробіть
висновок про значення природних угруповань для збереження рівноваги у
біосфері й розвитку ноосфери.
Немає коментарів:
Дописати коментар