1 الخصائص العامة للمحيط الحيوي

المحيط الحيوي هو الغلاف الرابع للأرض، الذي يحتوي على جميع الكائنات الحية وهذا الجزء من مادة الكوكب الذي في حالة تبادل مستمر مع هذه الكائنات. المحيط الحيوي هو منطقة وجود الكائنات الحية على الأرض. تعود الأفكار الأولى حول المحيط الحيوي كمنطقة حياة إلى عالم الطبيعة الفرنسي ج.ب. لامارك. حرفيًا، المحيط الحيوي هو مجال الحياة، لأن "bios" هي الحياة، و"sphaira" هي كرة، كرة. تم تقديم هذا المصطلح لأول مرة من قبل الجيولوجي النمساوي إدوارد سوس في عام 1875.

الأفكار الحديثة حول المحيط الحيوي صاغها العالم الأوكراني ف. فيرنادسكي، أولاً في مقالات منفصلة، ​​ثم في محاضرات ألقيت في جامعة تشارلز (براغ) وفي جامعة السوربون (باريس). وقد تم تلخيص المبادئ التي وضعها فيرنادسكي في كتاب "المحيط الحيوي" الذي نشر عام 1926.

يكمن جوهر تعاليم فيرنادسكي في الاعتراف بالدور الاستثنائي للمادة الحية، وتحويل مظهر الكوكب. اعتبر فيرنادسكي سطح الأرض كنوع من القشرة، والتي يتم تحديد تطورها إلى حد كبير من خلال نشاط الكائنات الحية. أثبت فيرنادسكي أن الكائنات الحية لها تأثير حاسم على جميع العمليات الجيولوجية التي تشكل مظهر الأرض. يحدد النشاط الحيوي للكائنات الحية التركيب الكيميائي للغلاف الجوي، وتركيز الأملاح في الغلاف المائي، وتكوين التربة وغيرها من العمليات. لا تتكيف الكائنات الحية مع الظروف البيئية نفسها فحسب، بل تقوم أيضًا بتغييرها بنشاط. إنها الكائنات الحية التي تلتقط وتحول طاقة الشمس المشعة وتخلق التنوع اللامتناهي في عالمنا.

الميزة الأكثر أهمية للمحيط الحيوي هي الهجرة الحيوية لذرات العناصر الكيميائية، الناجمة عن الطاقة المشعة للشمس والتي تتجلى في عملية التمثيل الغذائي والنمو والتكاثر للكائنات الحية. (وبعبارة أخرى، يمكننا القول أن المادة الحية تحول طاقة الأشعة الشمسية إلى إمكانات، ثم إلى طاقة حركية للعمليات الكيميائية الحيوية.) تعتمد الهجرة الحيوية للذرات في المحيط الحيوي على مبدأين كيميائيين حيويين: الرغبة في الحد الأقصى مظهر ("الوجود في كل مكان") للحياة (قدرة المادة الحية على تطوير المساحة الحرة بسرعة) وضمان بقاء الكائنات الحية، مما يضمن الهجرة الحيوية نفسها.

جانب رئيسي آخر من تعاليم فيرنادسكي هو الفكرة التي طورها حول تنظيم المحيط الحيوي، والذي يتجلى في التفاعل المنسق بين المادة الحية وغير الحية، في القدرة على التكيف المتبادل بين الكائنات الحية والبيئة.

يشمل المحيط الحيوي الجزء السفلي من الغلاف الجوي (حتى طبقة الأوزون - على ارتفاع 20-25 كم)، والغلاف المائي بأكمله والجزء العلوي من الغلاف الصخري، أي المنطقة التي توجد فيها الحياة والكائنات الحية. حاليًا، من المقبول عمومًا أن الحد العلوي للمحيط الحيوي يقع على ارتفاع حوالي 85 كيلومترًا فوق سطح الأرض، لأنه على هذا الارتفاع (في الستراتوسفير) توجد جراثيم الكائنات الحية الدقيقة في الكائنات الحية الدقيقة الكامنة (المخفية، حالة النوم). وتقع الحدود الدنيا للمحيط الحيوي في أعماق الغلاف الصخري حيث تصل درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية وتقع على عمق 1.5-2 كم و7-8 كم (حسب نوع الصخر). تشير الأدلة الحديثة إلى أن بعض البكتيريا يمكن أن توجد في درجات حرارة تتراوح من الصفر المطلق إلى +180 درجة مئوية، في الفراغ، في المفاعلات النووية.

تبلغ الكتلة الإجمالية للمادة الحية في المحيط الحيوي 2.42 تريليون طن (2.42∙10 12 طنًا؛ كتلة المحيط الحيوي 10 19 طنًا)، وهو أقل بألفي مرة من كتلة أخف غلاف للأرض - الغلاف الجوي (5.15 * 10 ـ 15 طناً) أي أقل من كتلة القشرة الأرضية بـ 10 ملايين مرة، أي أقل بمليار مرة من كتلة الأرض (6 * 10 ـ 21 طناً). تبلغ الكتلة الحيوية النباتية (الكتلة النباتية) 2.4 * 10 12 طنًا ، والكتلة الحيوية للحيوانات والكائنات الحية الدقيقة (الكتلة الحيوانية والكتلة البكتيرية) 0.02 * 10 12 طنًا (من حيث المادة الجافة). في الوقت نفسه، فإن تمايز الأنواع الحيوانية أكبر بخمس مرات من تمايز الأنواع النباتية (1.5-1.7 مليون نوع حيواني و 300 ألف (وفقًا لبيليافسكي) -500 ألف (وفقًا لكوتشيريفوي) من النباتات).

من السمات المميزة للمادة الحية مقارنة بالمادة غير الحية نشاطها العالي جدًا ومعدل تفاعلها المرتفع (أكبر بمئات إلى آلاف المرات من المادة غير الحية) ، على سبيل المثال ، التمثيل الغذائي السريع جدًا. تتجدد جميع المواد الحية في المحيط الحيوي كل 8 سنوات في المتوسط. تتجدد الكتلة الحيوية للمحيط العالمي في 33 يومًا، وكتلتها النباتية يوميًا، والكتلة النباتية للأرض - في حوالي 14 عامًا بسبب طول عمر النباتات الأرضية. تقوم يرقات بعض الحشرات بمعالجة ما يتراوح بين 100 إلى 200 مرة من وزنها من الطعام يوميًا، وتمر ديدان الأرض عبر أجسامها بطبقة التربة التي يبلغ ارتفاعها مترًا واحدًا على الأرض خلال 200 عام.

تتميز الكائنات الحية ليس فقط بالحركة السلبية (تحت تأثير الجاذبية)، ولكن أيضا بالحركة النشطة (ضد تدفق المياه، حركة الكتل الهوائية).

بفضل الكائنات الحية، يؤدي المحيط الحيوي الوظائف التالية:

الطاقة (تراكم وتحويل الطاقة) ؛

الغاز (القدرة على تغيير والحفاظ على تكوين الغاز في الموائل)؛

الأكسدة (تكثيف هذه العمليات في الفضاء تحت تأثير المادة الحية)؛

التركيز (القدرة على جمع ذرات العناصر الكيميائية المنتشرة في الفضاء في الجسم)؛

المدمرة (تحلل كل من المخلفات العضوية والمواد الخاملة)؛

النقل (نقل المادة والطاقة نتيجة للحركة النشطة للكائنات الحية)؛

تشكيل البيئة (التغيير في المعلمات الفيزيائية والكيميائية للبيئة) ؛

معلوماتية (تراكم وتوحيد في الهياكل الوراثية ونقل المعلومات) وما إلى ذلك.

لأول مرة، قدم V. I. تقييما لمادة المحيط الحيوي. فيرنادسكي. واعتبر الأنواع التالية من المادة (7 في المجموع) هي المكونات الرئيسية للمحيط الحيوي:

أ) المادة الحية (النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة)؛

ب) المادة الحيوية - المنتجات العضوية والمعدنية التي أنشأتها الكائنات الحية خلال التاريخ الجيولوجي (الفحم والصخر الزيتي والجفت والزيت وغازات المحيط الحيوي - الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وغيرها)، والتي تعد مصدرًا للغاية الطاقة المحتملة القوية

ج) مادة خاملة (تنجذب نحو دائم وغير متحرك) - صخور ذات أصل غير عضوي (أي تتكون من عمليات لم تشارك فيها المادة الحية) والماء؛ وهذه المادة هي الركيزة أو البيئة التي تعيش فيها الكائنات الحية؛

د) مادة خاملة بيولوجيًا - نتيجة تفاعل المواد الحية وغير الحية (الصخور الرسوبية والتربة والطمي - التربة تحت الماء والمياه الطبيعية) وهي تمثل طاقة بيوجيوكيميائية كبيرة في المحيط الحيوي؛ تتقلب نسبة المواد الحية وغير الحية في المادة الخاملة حيوياً، على سبيل المثال، تتكون التربة في المتوسط ​​من 93% معدنية و7% مادة عضوية.

بالإضافة إلى أنواع المواد المدرجة، هناك أيضًا مواد في حالة الاضمحلال الإشعاعي (البولونيوم، والراديوم، والرادون، واليورانيوم، والنبتون، والبلوتونيوم، وما إلى ذلك)، ومواد الذرات المتناثرة (الروبيديوم، والسيزيوم، والنيوبيوم، والتنتالوم) تشكل مركبات على أعماق كبيرة في القشرة الأرضية يتفاعل اليود والبروم فقط على سطح الأرض) وهي مادة ذات أصل كوني.

2 تكوين وعمل المحيط الحيوي

المكون الرئيسي للمحيط الحيوي هو المادة الحية، والتي تشير إلى جميع الكائنات الحية. الكائن الحي هو كائن حي يتمتع بمستوى معين من التنظيم البيولوجي (جين-خلية-عضو-كائن-سكان-مجتمع). تختلف الكائنات الحية عن الطبيعة غير الحية بمجموعة معينة من الخصائص: التنظيم الخلوي (باستثناء الفيروسات والعاثيات والكائنات قبل الخلوية)؛ التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي)، الذي يتم من خلاله الحفاظ على توازن الجسم (التجديد الذاتي، وثبات البيئة الداخلية، وما إلى ذلك)؛ الحركة ، التهيج ، النمو ، التطور ، التكاثر ، التكيف ، إلخ.

تتكون المادة الحية في المحيط الحيوي من كائنات حية من ثلاثة أنواع رئيسية:

المنتجون أو الكائنات ذاتية التغذية هي كائنات حية تستخدم مصادر غير عضوية لوجودها، أي. إنتاج المواد العضوية عن طريق إعادة تدوير الطاقة الشمسية، والمياه، وثاني أكسيد الكربون، والأملاح المعدنية؛ يشمل هذا النوع النباتات الخضراء في البيئات البرية والمائية، والطحالب الخضراء المزرقة، وبعض البكتيريا المصنعة كيميائيًا؛

المحللون أو المدمرون (وهي أيضًا متغايرة التغذية ، لأنها لا تخلق مواد عضوية ، ولكنها تستهلك مواد جاهزة) - الكائنات الحية التي تحلل المنتجات العضوية للكائنات الميتة (المنتجة والمستهلكة على حد سواء) إلى مركبات بسيطة - الماء وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين ثاني أكسيد، أملاح معدنية (أي تحويل المواد العضوية إلى مواد غير عضوية)؛ هذه هي البكتيريا والفطريات السفلى. عدد الأنواع في هذه المجموعة هو الأصغر - فهناك 75 ألف نوع بوزن إجمالي 1.8 * 10 8 طن.

العامل الدافع الرئيسي في تطور العمليات في المحيط الحيوي هو الطاقة الكيميائية الحيوية للمادة الحية. دعونا ننظر في المخطط العام للدورة البيولوجية للمادة في المحيط الحيوي.

مخطط نقل المادة والطاقة في النظم البيئية الطبيعية

مادة الشمس

طاقة

المنتجون المستهلكون المستهلكون

الطلب الأول الطلب الثاني

يقلل

المواد الكيميائية

ينتج المنتجون (النباتات) المواد العضوية من خلال عملية التمثيل الضوئي، ويستهلكون ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة

6CO 2 + 6H 2 O  C 6 H 12 O 6 + 6O 2؛

يستخدم المنتجون الكيميائيون طاقة التفاعلات الكيميائية (على سبيل المثال، منتجو الكبريت - تحصل البكتيريا الأرجوانية على المواد الضرورية ليس من الماء، ولكن من كبريتيد الهيدروجين، وتنتج مادة عضوية؛ وهناك أيضًا بكتيريا النترات والنتريت)؛

المستهلكون من الدرجة الأولى (الحيوانات العاشبة) يستهلكون الكتلة العضوية للنباتات؛ المستهلكون من الدرجة الثانية (الحيوانات آكلة اللحوم) والثالثة (النباتات آكلة اللحوم والفطر) يأكلون مستهلكين آخرين ؛

تحصل المحللات على الطاقة عن طريق استهلاك المواد العضوية للمنتجين والمستهلكين، وتحلل جثث النباتات والحيوانات الميتة إلى مواد كيميائية بسيطة (ثاني أكسيد الكربون، H2O، المعادن)، مما يؤدي إلى إغلاق دورة المواد في المحيط الحيوي.

بشكل عام، يشبه المحيط الحيوي إلى حد كبير كائنًا حيًا عملاقًا، حيث يتم الحفاظ تلقائيًا على الثبات الديناميكي للخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للبيئة الداخلية والوظائف الأساسية. وبالتالي، فإن المحيط الحيوي هو نظام من الكائنات الحية المتفاعلة والمكونات غير الحية للطبيعة، وليس فقط مجملها.

ومن وجهة النظر الحديثة، يعتبر المحيط الحيوي نظامًا بيئيًا عالميًا، ونظامًا مفتوحًا له "مدخلاته" و"مخرجاته" الخاصة به. "الإدخال" هو تيار من الطاقة الشمسية القادمة من الفضاء. "الإخراج" عبارة عن مواد تم إنشاؤها أثناء حياة الكائنات الحية والتي "خرجت" من الدورة البيولوجية لأسباب مختلفة. هذا هو ما يسمى "الخروج إلى الجيولوجيا" - النفط والفحم والصخور الرسوبية، وما إلى ذلك.

عند دراسة تفاعل الكائنات الحية مع بعضها البعض ومع البيئة، يتم استخدام مفهوم "النظام البيئي". النظام البيئي عبارة عن مجموعة من أنواع مختلفة من الكائنات الحية التي تعيش معًا وظروف وجودها، والتي تكون على اتصال طبيعي مع بعضها البعض. تم اقتراح هذا المصطلح من قبل اللغة الإنجليزية. العالم أ. تانسلي (1935). هناك 4 مستويات من النظم البيئية:

النظم الإيكولوجية الدقيقة (جذع الشجرة المتعفنة؛ وسادة الأشنة: الطحالب والفطريات والمفصليات الصغيرة)؛

النظم البيئية المتوسطة (الغابات، البركة، السهوب، البحيرة، إلخ)؛

النظم الإيكولوجية الكلية (القارة والمحيطات) ؛

النظام البيئي العالمي (المحيط الحيوي للأرض).

مرادف لمفهوم "النظام البيئي" هو مصطلح "التكاثر الحيوي" الذي اقترحه عالم البيئة السوفيتي سوكاشيف (فلاد نيك.). وفقًا للتعريف، فإن التكاثر الحيوي هو منطقة من سطح الأرض تحتوي على نباتات وحيوانات وظروف مناخية وتربة متجانسة نسبيًا، والتي تمثل معًا مكونات كائن حي واحد، مترابطة عن طريق التمثيل الغذائي والطاقة. يتوافق مفهوم التكاثر الحيوي مع النظام البيئي المتوسط.

علاقات الكائنات الحية مع بعضها البعض ومع المواد غير الحية معقدة للغاية. يتم تحديد عدد الاتصالات المحتملة بين أعضاء النظام البيئي بواسطة الصيغة:

أ= ------------- ,

حيث A هو عدد الروابط، و N هو عدد الأنواع في النظام البيئي. على سبيل المثال، N = 1 ألف، A = 1000 * 999/2  500 ألف، ومن بين هذه الروابط العديدة هناك روابط مهمة للغاية ولا يمكن استبدالها. (إن تدخل الناس في اتصالات المحيط الحيوي، والذي لديهم فكرة تقريبية عن أهميته، غالبًا ما يؤدي إلى عواقب غير مرغوب فيها. على سبيل المثال، في الثلاثينيات في النرويج، قرروا تدمير الطيور الجارحة (البوم الثلجي، والصقور)، مما أدى إلى انخفاض عدد الطيور الجارحة. الحجل القطبي ؛ تم منح الصيادين مكافآت وفوائد لتدمير الطيور الجارحة ؛ اندلع وباء بين الحجل ، مما أدى إلى تدمير هذا النوع بالكامل تقريبًا ؛ في هذه الحالة ، لعبت البوم والصقور دور المنظمين.)

أهم الروابط هي الغذاء والطاقة.

بالإضافة إلى الطاقة والغذاء والاتصالات الكيميائية، فإنها تلعب دورا رئيسيا في المحيط الحيوي. معلوماتيةمجال الاتصالات. لقد أتقنت الكائنات الحية على الأرض أنواعًا مختلفة من المعلومات: البصرية والصوتية والكيميائية والكهرومغناطيسية.

لسوء الحظ، تم حتى الآن فك رموز نظام الاتصالات في المحيط الحيوي بعبارات عامة. من وجهة نظر علم التحكم الآلي، يعد المحيط الحيوي نظامًا عملاقًا، والذي، مثل الأجزاء المكونة له - التكاثر الحيوي، يوصف بأنه "الصندوق الأسود". العمليات التي تحدث داخله مشفرة بطبيعتها. من الآمن أن نقول أن النظام البيئي في سماته الرئيسية هو التنظيم الذاتي، ذاتية التنظيم(انظر أعلاه - يعد تنظيم المحيط الحيوي من أهم سماته، بحسب فيرنادسكي). يشرح علماء البيئة التنظيم الذاتي للنظام بمعلومات تؤدي إلى تدهور النظام البيئي. وهو موجود في الكائنات الحية، في الكود الوراثي والقدرة على التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة.

ميزات المحيط الحيوي المذكورة أعلاه (القدرة على إظهار أقصى قدر من الحياة، والنشاط العالي للمادة الحية، والقدرة على التنظيم الذاتي، وما إلى ذلك) تجعله مستمرنظام. يلخص فيرنادسكي نتائج الأبحاث في مجال الجيولوجيا وعلم الحفريات وعلم الأحياء والعلوم الطبيعية الأخرى، ويخلص إلى أن "المحيط الحيوي هو نظام ديناميكي مستقر، وقد تم إنشاء التوازن في سماته الرئيسية منذ العصر الأركيوزوي وكان نشطًا دائمًا". لمدة 1.5-2 مليار سنة." أثبت فيرنادسكي أن استقرار المحيط الحيوي خلال هذا الوقت تجلى في ثبات كتلته الإجمالية (1019 طن)، وكتلة المادة الحية، والطاقة المرتبطة بالمادة الحية (4.21*1018 كيلوجول)، وكذلك في ثبات التركيب الكيميائي المتوسط ​​للمواد الحية.

يربط فيرنادسكي استقرار المحيط الحيوي بتنوعه. جميع وظائف الكائنات الحية في المحيط الحيوي (تكوين الغازات، وعمليات الأكسدة والاختزال، وتركيز العناصر الكيميائية، وما إلى ذلك) لا يمكن أن تؤديها كائنات حية من أي نوع واحد، ولكن فقط من خلال مجمعاتها. وهذا يعني نقطة مهمة للغاية طورها فيرنادسكي: تم تشكيل المحيط الحيوي للأرض منذ البداية كنظام معقد يضم عددًا كبيرًا من أنواع الكائنات الحية، كل منها لعب دوره الخاص في النظام العام. بدون هذا، لا يمكن للمحيط الحيوي أن يوجد على الإطلاق، أي أن استقرار وجوده قد تم وضعه على الفور بسبب تعقيده.

وفقًا لقانون وينر-شانون-آشبي للتنوع الضروري، والذي يعتبر القانون السيبراني الأساسي، يتمتع النظام بمقاومة حجب التأثيرات الخارجية والداخلية فقط عندما يكون لديه تنوع داخلي كافٍ. هكذا، تنوع(تنوع أنواع الكائنات الحية، وتنوع المناطق الطبيعية، والظروف المناخية للوجود، وتنوع الموائل، وما إلى ذلك) هو سمة مهمة أخرى للمحيط الحيوي. واستنادا إلى مفاهيم النظام البيئي، فإن تنوع الأنواع ليس مجرد قيمة حسابية لا ينبغي للعالم الحي أن ينخفض ​​دونها. هذه هي الحاجة الحقيقية لكل الأنواع الموجودة على هذا الكوكب في السلاسل الغذائية للتكاثر الحيوي والمحيط الحيوي ككل. يجب الحفاظ على تنوع الأنواع من أجل الأداء الطبيعي للغلاف الحيوي.

3 نشأة وتطور المحيط الحيوي

كانت النظريات العلمية الأولى المتعلقة بأصل الكائنات الحية على الأرض هي نظريات أ.أوبارين وج.هالدين. (طرح أوبارين، عالم الكيمياء الحيوية الروسي، فرضية في عام 1923 حول إمكانية ظهور مركبات عضوية دون مشاركة المادة الحية.) وفقًا لهذه النظريات، في فجر التاريخ الجيولوجي، حدث التخليق اللاحيوي، أي في بدأت المحيطات الأرضية الأولى، المشبعة بمختلف المركبات الكيميائية البسيطة، تحت تأثير حرارة البراكين والصواعق والعوامل البيئية الأخرى، في تخليق مواد عضوية أكثر تعقيدًا وبوليمرات حيوية. تم دمج جزيئات الأحماض الأمينية المعقدة بشكل عشوائي لتكوين عديدات الببتيد، والتي بدورها أدت إلى ظهور أول كائنات حية ذات حجم مجهري.

هذه الفرضية لها عيب واحد كبير. لا توجد حقيقة واحدة من شأنها أن تؤكد إمكانية التوليف اللاحيوي على الأرض لبعض الكائنات الحية البسيطة على الأقل من مركبات غير حية. تم إجراء آلاف التجارب على مثل هذه التوليفات في العديد من المختبرات حول العالم. قام الأمريكي إس. ميلر (1953)، بناءً على التركيب المحتمل للغلاف الجوي الأولي للأرض (النيتروجين والأمونيا والهيدروجين والماء والميثان)، بتمرير تفريغ كهربائي عبر خليط من الغازات في جهاز خاص. تمكن من الحصول على جزيئات بعض الأحماض الأمينية (أساس البروتين). وتكررت هذه التجارب عدة مرات، وتمكن بعض العلماء من الحصول على سلاسل طويلة إلى حد ما من البروتينات البسيطة. هذا كل شئ! لم يكن أحد محظوظًا بما يكفي للحصول على واحدة من أبسط الكائنات الحية. حتى لو كنت تستخدم معدات معقدة وظروف معينة، وهو ما لم يحدث بالفعل على الأرض.

في الآونة الأخيرة، حسب علماء الرياضيات أن احتمال ظهور كائن حي من كتل غير حية هو صفر تقريبا. أثبت L. Blumenfeld أن احتمال التكوين العشوائي لجزيء DNA واحد على الأقل (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) طوال فترة وجود الأرض هو 10 -800.

تتناقض نظريات التوليف اللاحيوي والبيانات الجيولوجية. ومهما توغلنا في أعماق التاريخ الجيولوجي، فإنه لم يتم العثور على آثار على الأرض لفترة لم تكن الحياة عليها موجودة. اكتشف علماء الحفريات بقايا أحفورية لمخلوقات منظمة بشكل معقد إلى حد ما - البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة والفطريات البسيطة في الصخور التي يبلغ عمرها 3.8 مليار سنة (كان تكوين الأرض قبل 4-4.5 مليار سنة).

ومع ذلك، فإن نظريات التوليف اللاحيوي منتشرة على نطاق واسع وشائعة في الوقت الحاضر. وتستند هذه النظريات على بعض المبادئ العامة: 1) تراكم المواد العضوية المُصنَّعة بطريقة غير بيولوجية في المحيط؛ 2) في مناطق تركيز المواد العضوية، نشأت جزيئات قادرة على النسخ الذاتي (النسخ المتماثل)؛ 3) على أساس النسخ المتماثلة، تم تشكيل آليات تخليق المصفوفة (بما في ذلك التخليق الحيوي للبروتين) والرمز الجيني، مما يضمن ظهور خلايا المادة الحية.

ينظر الدين إلى ظهور الحياة على الأرض على أنه عمل خلقه الله.

ويعتقد بعض العلماء، ومن بينهم فيرنادسكي، أن الكائنات الحية تم جلبها إلى الأرض من الفضاء بواسطة النيازك أو الحضارات الفضائية.

كان فيرنادسكي على يقين من أن الحياة جيولوجية أبدية، أي أنه لم يكن هناك عصر في التاريخ الجيولوجي عندما كان كوكبنا غير حي. كما كان يعتقد أن الحياة هي نفس الأساس الأبدي للكون مثل المادة والطاقة. بناءً على فكرة المحيط الحيوي باعتباره آلية أرضية ولكن في نفس الوقت آلية كونية، ربط فيرنادسكي تكوينه وتطوره بتنظيم الكون. "يتبين لنا أن الحياة ظاهرة كونية وليست أرضية بحتة." «... لم تكن هناك بداية للحياة في الكون التي نلاحظها، إذ لم تكن هناك بداية لهذا الكون. الحياة أبدية، كما أن الكون أبدي». (وهذا ما تؤكده قدرة الكائنات الحية على إدراك المعلومات من الفضاء، وحساسية الكائنات الحية لعمل المجالات الكهرومغناطيسية، وما إلى ذلك)

تستند جميع النظريات التطورية، بدءًا من تشارلز داروين، على الموقف القائل بأن التطور يبدأ من البسيط إلى المعقد، وأن المعلومات الوراثية يتم التحكم فيها بواسطة البيئة من خلال الانتقاء الطبيعي للأفراد الأصلح. ومع ذلك، هذا لا يأخذ في الاعتبار على الإطلاق أن أبسط المخلوقات - بدائيات النوى - هي التي تتكيف بشكل أفضل مع الظروف الأرضية المختلفة. لقد كانت موجودة على الأرض دون تغييرات ملحوظة في بنيتها لمدة 3 مليارات سنة، وخلال وجودها بأكمله، غيرت البيئة والمحيط الحيوي ككل بشكل كبير لدرجة أنه مع ظهور كائنات جديدة منظمة بشكل معقد اضطرت إلى التلاشي في الخلفية. وهي تزدهر حاليًا في أماكن لا يمكن أن يوجد فيها أي شيء آخر: في المياه المالحة المركزة في بعض البحيرات، والفتحات الحرارية المائية ذات درجة الحرارة العالية، وحتى في المفاعلات النووية. وبالتالي، هناك طريق مسدود تطوري.

لم يتمكن داروين نفسه، مبتكر نظرية الانتقاء الطبيعي، من تفسير هذه الظاهرة عندما لا تتمتع الأشكال الأكثر تقدمية في كثير من الأحيان بمزايا في عملية التطور. وفقا لداروين، يتم إصلاح السمة في الأجيال اللاحقة إذا كان الكائن الحي، بفضلها، يتكيف بشكل أفضل مع الظروف المعيشية. تقوم البيئة الطبيعية بحد ذاتها بعملية الاختيار - ولهذا يطلق عليها اسم الطبيعية. يتمتع الفرد الأفضل تكيفًا بفرصة أكبر للبقاء على قيد الحياة وإنتاج ذرية. وتظهر الحياة استثناءات كثيرة لهذه القاعدة، حتى في تطور الإنسان نفسه. يجب على الشخص الأكثر تطورًا فكريًا وذو خبرة وتعليمًا أن يتكيف بشكل أفضل مع الحياة، لأنه يعرف بشكل أفضل كيفية التنقل في ظروف معينة، ومع ذلك، تظهر البيانات الإحصائية أن الأشخاص في المهن التي تتطلب ذكاءً أعلى هم الذين لديهم عدد أقل من أحفادهم.

في كتابه أصل الأنواع، كتب داروين أن أي عضو معقد ينشأ نتيجة لعدة تغييرات طفيفة متتالية. لكن تم الآن اكتشاف الآلاف من هذه الأعضاء التي لا تتوافق مع هذه القاعدة، أي أنه لا يوجد نظير للعضو في الأنواع الأخرى، على سبيل المثال، الغدة التي تفرز السم في الثعبان، أو "المكثف" في ثعبان البحر الذي يسبب صدمة كهربائية.

يعتقد داروين أن كل نوع يجب أن يسبقه نوع أصلي متطابق تقريبًا. ومع ذلك، تؤكد النتائج التي توصل إليها الجيولوجيون أن جميع الأنواع استبدلت بعضها البعض بشكل غير متوقع، ولم تتغير تقريبًا أثناء وجودها، كما اختفت بشكل غير متوقع.

إذا حدث التطور بالفعل من خلال تغيير تدريجي في سمات معينة من الأنواع مع توحيدها لاحقًا، فمن بين البقايا الأحفورية للكائنات الحية كان من المفترض أن يكون هناك عدد كبير من الأشكال الوسيطة، ولكن في طبقة معينة من الصخور نجد بقايا واحدة فقط الأنواع، وفي الطبقة المجاورة - من نوع مختلف. لا يمكن تفسير ذلك من خلال صورة حفريات غير مكتملة - لماذا اختفت الأشكال الوسيطة للكائنات الحية؟

دعونا ننظر في المراحل الرئيسية لتطور المحيط الحيوي.

كانت الكائنات الحية الأولى على الأرض بدائيات (منذ حوالي 3 مليارات سنة) - أبسط الكائنات الحية التي تفتقر خلاياها إلى نواة: البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة؛ لقد نشأت في الغلاف المائي). كانت بدائيات النوى كائنات لاهوائية، أي. كانت موجودة في بيئة خالية من الأكسجين (عاشت في أعماق البحار). لقد حصلوا على المواد والطاقة اللازمة للحياة، وذلك باستخدام المواد العضوية في "المرق البدائي". لكن في الوقت نفسه أو بعد ذلك بقليل، يمكن لبعض الكائنات الحية أن تحصل على الطاقة اللازمة من خلال التفاعلات الكيميائية (في عملية التركيب الكيميائي) أو (لاحقا) نتيجة امتصاص وتحويل الطاقة الشمسية (في عملية التمثيل الضوئي). قامت الكائنات الحية الكيميائية الأولى بأكسدة الكبريت في كبريتيد الهيدروجين إلى كبريت جزيئي أو حديد (+2) إلى حديد (+3). أول بكتيريا تقوم بعملية التمثيل الضوئي هي البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة). لقد صنعوا جزيئات من السكريات البسيطة من ثاني أكسيد الكربون والماء بمساعدة ضوء الشمس، مما أدى إلى إطلاق الأكسجين. الأكسجين المتراكم في الغلاف الجوي، يحل تدريجيا محل الميثان والأمونيا. ظهرت الكائنات الهوائية في المحيط والتي تستخدم الأكسجين لأكسدة الجلوكوز (لتفكيك الأكسجين للسكريات البسيطة). سكنت المادة الحية كل الكبريت المائي، بما في ذلك الطبقات السطحية للمحيطات ومياهها الضحلة. كان لبدائيات النوى تأثير كبير على تكوين الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري (زيادة محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي، وتسريع عمليات تدمير الصخور، وتكوين التربة، وما إلى ذلك).

بعد بدائيات النوى، ظهرت حقيقيات النوى على الأرض - كائنات تحتوي خلاياها على نواة (منذ حوالي 1.5 إلى 2 مليار سنة). في البداية كانت أحادية الخلية، ثم ظهرت كائنات متعددة الخلايا (حوالي 700 مليون سنة مضت). يُعتقد أنه منذ حوالي 600 مليون عام بدأت أهم عملية تطورية في المحيط الحيوي - استيطان الكائنات الحية في القارات. أول هذه النباتات كانت نباتات ذاتية التغذية. منذ حوالي 500 مليون سنة ظهرت النباتات الوعائية والحشرات. ظهرت عاريات البذور منذ حوالي 350 مليون سنة، وظهرت النباتات والثدييات المزهرة (كاسيات البذور) في نهاية العصر الجوراسي - منذ حوالي 100 مليون سنة (في عصر الدهر الوسيط). في عصر حقب الحياة الحديثة: منذ حوالي 50 مليون سنة ظهرت الحبوب، وقبل 20 مليون سنة زاد تنوع أنواع الثدييات، وأصبح محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي قريبًا من المستويات الحديثة.

وهكذا، تم تشكيل المحيط الحيوي في المراحل الأولى من تطور الحياة على الأرض، وبسرعة كبيرة وفي شكل معقد إلى حد ما. يعتقد K. Tsiolkovsky أن أنواعًا عديدة من الكائنات البسيطة نشأت على الأرض في نفس الوقت. وأكد فيرنادسكي أيضًا على نفس الفكرة.

ما الذي يسبب تقلب الكائنات الحية بشكل عام؟ ما هي القوة الدافعة للتطور؟ إن اكتشاف الشفرة الوراثية جعلنا أقرب إلى حل هذا اللغز. اتضح أن الحلزون المزدوج للحمض النووي يقوم بتشفير جميع المعلومات حول الكائن الحي، ووفقا لهذا البرنامج يحدث تطوره الفردي. (بنية الجينوم* (*الجينوم عبارة عن مجموعة من الجينات الموجودة في مجموعة واحدة من الكروموسومات لكائن معين) للكائنات عالية التنظيم معقدة للغاية - هناك 3 ملايين زوج من النيوكليوتيدات في الحمض النووي البشري** (**نيوكليوتيدات) هو مركب معقد، جزء لا يتجزأ من الأحماض النووية، والمركبات العضوية عالية الجزيئية، وغيرها من المركبات النشطة بيولوجيا).) وبالتالي، فإن تقلب الكائنات الحية، وظهور أنواع جديدة في عملية التطور، يرتبط بتغيير في إدخالات في الشفرة الوراثية. لقد ثبت أن المعلومات الوراثية تتعطل تحت تأثير العوامل المطفرة - الإشعاع والمواد الكيميائية النشطة مثل المبيدات الحشرية ودرجة الحرارة وما إلى ذلك. وتتلوث البيئة بشكل متزايد بهذه العوامل بسبب الأنشطة التكنولوجية البشرية. والسؤال الذي يطرح نفسه: هل نجهز أنفسنا لكارثة «جينية»؟

استنادا إلى إنجازات علم الوراثة، يمكن الافتراض أن تطور العالم العضوي يحدث نتيجة لظهور الطفرات، أي الانحرافات العشوائية في السجل الجيني تحت تأثير العوامل البيئية المطفرة. إذا كانت الخصائص الجديدة مفيدة للكائن الحي، يتم إصلاحها عن طريق الانتقاء الطبيعي.

لكن: نتائج الأبحاث الجينية تشير إلى أن معظم الطفرات ضارة بالجسم. الأفراد الذين يولدون بعد التأثير الطفري للإشعاع أو المواد الكيميائية يعانون من العقم وغير قادرين على الحياة. ومن المعروف أيضًا أن الأنواع الجديدة التي يتم تربيتها بشكل مصطنع من خلال التهجين تميل إلى "الانقسام" إلى أسلافها بمرور الوقت (ينقسم هجين الذئب والكلب إلى ذئب وكلب بعد عدة أجيال). ويشير ذلك إلى أن الجسم يقاوم تراكم الأخطاء (الطفرات) في الشفرة الوراثية - بما في ذلك آلية إصلاح الشفرة. الاستنتاج التالي: ظهور نوع جديد من الكائنات الحية بسبب الطفرات أمر غير مرجح.

إذا قارنت بنية الخلية في جسم الإنسان وخلية حيوان بسيط (على سبيل المثال، الهدب)، فلن تتمكن من العثور على أي اختلافات أساسية. ومع ذلك، فإن كل خلية من خلايا الكائنات عالية التنظيم، بالإضافة إلى وظائفها الطبيعية (التنفس، والتمثيل الغذائي)، تؤدي أيضًا وظائف خاصة معينة تتعلق بحياة الكائن الحي. في حالة العزلة، لا يمكن لخلية كائن حي منظم للغاية أن تعيش، فهي تعمل فقط بالتعاون والتعاون مع الخلايا الأخرى.

يتم كتابة برنامج عمل الخلية منذ البداية في بنية الكروموسومات الموجودة في الجينات.

تتيح لنا دراسة تطور المحيط الحيوي أن نستنتج أن كل كائن حي يولد ويتطور ويحقق برنامج حياته كجزء لا يتجزأ من كائن حي ضخم - المحيط الحيوي. وهي بدورها نتاج الكائن الكوني الفائق – المجرة. وجميع المجرات هي خلايا كائن حي فائق - الكون.

لخص K. Tsiolkovsky أفكاره عنا وعن مكاننا في الكون: "كل شيء يتولد من الكون. هي بداية كل شيء، كل شيء يعتمد عليها. الإنسان وإرادته ليسا سوى مظهر من مظاهر إرادة الكون... ولا تفلت ذرة واحدة من الكون من الإحساس بالحياة الذكية الأعلى. من الممكن أن يكون السؤال "ما الذي ولد الكون؟" لا يمكنك الرهان على الإطلاق." يعتقد تسيولكوفسكي أنه لا يسع المرء إلا أن يخمن سبب وجود الكون.

نحن نعرف فقط بشكل عام كيف يتم تنفيذ برنامج تطور المحيط الحيوي. على وجه الخصوص، تقرر أنه بشكل عام، يمكن اعتبار عملية التطور بمثابة زيادة في حجم المعلومات الوراثية. على سبيل المثال، كمية المعلومات في الثدييات أكبر 100 ألف مرة منها في البكتيريا. علاوة على ذلك، ليس فقط حجم السلسلة الجينية له أهمية كبيرة، ولكن أيضًا بنيتها. يُظهر تطور المحيط الحيوي أيضًا أنه مع أي تأثير على المحيط الحيوي (طبيعي أو بشري)، فإن توازنه يتم ضمانه من خلال الحفاظ على التنوع البيولوجي.

يمكننا أن نذكر سمة أخرى لتطور المحيط الحيوي - وهي سرعته المتزايدة. لذا، إذا أخذنا عمر الأرض (4.5 مليار سنة) بشكل مشروط على أنه يوم واحد (24 ساعة)، ففي مثل هذه الوحدات توجد الحياة على الأرض لمدة 20 ساعة تقريبًا، خرجت الكائنات الحية الأولى من البحر إلى الأرض بعد 6 ساعات منذ 35 دقيقة، كانت الثدييات موجودة لمدة 3 ساعات و46 دقيقة، يا رجل، خلال آخر 10 ثوانٍ. وحدثت أعظم التغييرات في تكوين وخصائص المحيط الحيوي على وجه التحديد في هذه الثواني العشر.

4 التطور البشري. مجال نو

إن ظهور العقل على الأرض ، والذي يحمله الإنسان ، غيّر بشكل جذري مسار تطور المحيط الحيوي. وفقا لبعض العلماء، بما في ذلك عالم الأحياء الشهير وكاتب الخيال العلمي I. Efremov، فقط شخص في الظروف الأرضية يمكن أن يصبح حاملا للذكاء. (كتاب الخيال العلمي: سيماك - زهور ذكية، ستروغاتسكي - كلاب، ليم - محيط مفكر من البروتوبلازم. يعتقد عالم الأحياء الأمريكي بيلينسكي أنه في ظل ظروف معينة يمكن أن تظهر الزواحف والأخطبوطات الذكية على الأرض.) لهذا، لدى الشخص كل ما هو ضروري: أعضاء حسية قوية، وقبل كل شيء، رؤية يمكنها تغطية مساحة كبيرة وتسجيل الأشياء بدقة؛ أطراف متطورة قادرة على أداء العمل؛ إن شكل الإنسان وخصائصه كحيوان مفكر ليست عرضية، فهي أقرب ما تكون إلى كائن حي لديه دماغ مفكر ضخم. ماذا يعني "الدماغ الضخم"؟ يعتقد معظم علماء الأنثروبولوجيا اليوم أن هناك حدًا أدنى معينًا لمستوى الدماغ لا يمكن لصاحبه أن يصبح ذكيًا دونه. هذا هو 700-750 سم3. ومع ذلك، من ناحية أخرى، فإن كتلة الدماغ ليست الشرط الوحيد لكي يصبح الحيوان ذكيًا. والأهم من ذلك هو بنيتها، ولا سيما البنية الداخلية للقشرة الدماغية.

في الأشخاص المعاصرين، يتراوح حجم الدماغ من 1200 إلى 2000 سم 3. لقد وجد العلماء أن القدرات المحتملة للدماغ البشري تتجاوز الاحتياجات الفسيولوجية بعدة مراتب من حيث الحجم. حدث تطور دماغ المتجانسات الأولى بشكل أسرع بكثير مما تتطلبه التغيرات البيئية. لقد وصل العقل البشري إلى مستواه الحديث من التعقيد قبل وقت طويل من ظهور الثقافة والحضارة. وفقا لبعض التقديرات، فإن الدماغ البشري الحديث يستخدم ما لا يزيد عن 2-3٪ من إمكاناته. يبدو أن التطور البشري تنبأ بالاحتياجات المستقبلية للإنسان مقدمًا ومنحه مثل هذا "الكمبيوتر" الذي تم حظر العقد الرئيسية فيه وسيتم استخدامه يومًا ما.

من وجهة نظر وراثية، فإن أقرب أقرباء البشر في مملكة الحيوان هم القرود. يختلف هيكل جزيئات الحمض النووي للإنسان والشمبانزي بنسبة 2٪ فقط. وفقا لعلماء الوراثة، انفصل البشر عن القردة العليا منذ حوالي 5 ملايين سنة. لكن أسلاف البشر - أسترالوبيثكس، ثم إنسان نياندرتال وسينانثروبوس - ليسوا أسلافنا. ويعتقد العلماء الآن أن تطور الإنسان الحديث بدأ في وقت أقرب بكثير إلى الوقت الحاضر مما كان يعتقد سابقا. منذ حوالي 200 ألف عام، ولأي سبب لا يزال غير معروف، ظهرت مجموعة صغيرة من الناس من النوع الحديث (Cro-Magnons) في جنوب أفريقيا، والذين استقر أحفادهم بعد 100 ألف عام في أفريقيا، ثم استقروا في جميع أنحاء العالم (من خلال برزخ السويس، وصولا إلى أوراسيا). لقد اختلفوا عن إنسان نياندرتال في مكانتهم الطويلة، وجسمهم النحيف، وجبهتهم العالية، ولكن قوتهم البدنية أقل. لبعض الوقت، عاش إنسان نياندرتال بجوار Homosapiens، لكنهم لم يتمكنوا من الصمود في وجه المنافسة مع المخلوقات الذكية. بمرور الوقت، لم يتطور إنسان نياندرتال، ولكنه تدهور، حيث أن إنسان نياندرتال اللاحق يقف بعيدًا عن الإنسان الحديث مقارنة بالإنسان السابق. هذا فرع مسدود (تمامًا مثل Synanthropes والأشكال الأخرى من المتجانسات القديمة).

تم إنشاء موطن أجداد الإنسان بناءً على دراسة الحمض النووي للمجموعات العرقية المختلفة. يتركز معظم الحمض النووي في نوى الخلايا. في كل جيل، يتغير الحمض النووي النووي مع خلط خطوط أسلاف الأب والأم. لكن الخلايا تحتوي على الحمض النووي من الميتاكوندريا (تكوينات خاصة تزود الخلية بالطاقة). يتم توريث الحمض النووي للميتاكوندريا فقط من خلال خط الأم، أي. هذا الحمض النووي لا يمكن أن يتغير إلا من خلال طفرات عشوائية. أثبت علماء الأحياء الأمريكيون، بناءً على تحليل الحمض النووي للميتاكوندريا، أن جميع الأشخاص المعاصرين من مناطق مختلفة لديهم نفس الجد، وبالإضافة إلى ذلك، سقطت الساعة "الجينية" أيضًا في أيدي المتخصصين - بسبب الطفرات، الحمض النووي يغير هيكله بنسبة 3٪ على مدى مليون سنة. وهكذا وجد أن أقدم حمض نووي موجود في النساء الأفريقيات (200 ألف سنة)، وأصغرهم في النساء الآسيويات (100 ألف سنة)، وأصغرهم في النساء الأوروبيات (50 ألف سنة). وبالتالي، اتجهت الهجرة البشرية من أفريقيا إلى آسيا ومن ثم إلى أوروبا؛ نشأت الاختلافات العنصرية بين الناس مؤخرًا نسبيًا.

التطور البشري غير عادي. على عكس جميع الكائنات الحية الأخرى، يستخدم البشر النار والأدوات والسكن والملابس وغيرها من الوسائل والتقنيات لخلق بيئتهم المستقرة. لا يحتاج الشخص إلى تغيير منظمته تحت تأثير التغيرات في البيئة. ولذلك، توقف تطورها الجسدي عمليا. مع الحفاظ على بيئته الداخلية، يستمر الإنسان في تغيير البيئة على نطاق أوسع من أي وقت مضى. وبالنظر إلى القدرات المحتملة للعقل البشري، يمكن للمرء أن يتخيل قدرات الشخص على تحسين الذات والتنمية الفكرية.

الإنسان هو عامل جديد في المحيط الحيوي للأرض. لا يؤثر الإنسان على البيئة فحسب، بل يغير أيضًا بسرعة عالية بنية أسس المحيط الحيوي. في هذا الصدد، ينشأ مفهوم مجال نو. ظهر مفهوم "المحيط الحيوي" فيما يتعلق بتقييم دور الإنسان في تطور المحيط الحيوي.

يرتبط مفهوم "الغلاف النووي" بظهور الإنسان في المحيط الحيوي وتطوره.

تم اقتراح مصطلح الغلاف النووي لأول مرة في الثلاثينيات من قبل الفلاسفة الفرنسيين وعلماء الطبيعة (Teilhard de Chardin، Le Roy). حرفيًا، المصطلح يعني "مجال العقل" (noos - العقل).

Noosphere هو أعلى مرحلة من تطور المحيط الحيوي، المرتبط بظهور وإنشاء مجتمع متحضر فيه، مع الفترة التي يصبح فيها النشاط البشري الذكي العامل المحدد الرئيسي للتنمية. لقد غيّر الفكر العلمي والنشاط البشري بنية المحيط الحيوي، مما تسبب في تغيرات فيزيائية وكيميائية في جميع أصدافه (الغلاف الجوي والغلاف الصخري والغلاف المائي).

كان مفهوم "الغلاف النووي" مليئًا بالمعنى وطوره فيرنادسكي، على وجه الخصوص، في عام 1944، في مقال "بضع كلمات عن الغلاف الحيوي"، المنشور قبل وفاته، يقدم العالم أفكاره حول التطوير الإضافي للمحيط الحيوي وانتقالها إلى نوعية جديدة - مجال نو. أكد فيرنادسكي على الدور الخاص للمادة الحية في العمليات الكوكبية، في إنشاء وتطوير المحيط الحيوي. ومن بين جميع الكائنات الحية، خص الإنسان باعتباره قوة جيولوجية جبارة قادرة على التأثير على مسار العمليات المختلفة في بيئة الأرض والفضاء القريب من الأرض الذي يغطيه تأثيرها. يستطيع الإنسان إعادة بناء هذه البيئة حسب أفكاره واحتياجاته (بفضل العمل البشري والذكاء).

في الواقع، على مدار الخمسمائة عام الماضية، أتقنت البشرية أشكالًا جديدة من الطاقة - البخار، والكهرباء، والنووية؛ تعلمت استخدام جميع العناصر الكيميائية تقريبًا. توغل الإنسان في أعماق الأرض وارتفع عشرات الكيلومترات فوق سطحها، وخرج إلى الفضاء الخارجي، وبنى محطات فضائية.

لقد أتقنت البشرية المحيط الحيوي بأكمله وحصلت على استقلالية أكبر بكثير من البيئة مقارنة بالكائنات الحية الأخرى. وفقا لفيرنادسكي، فإن مجال نو هو البيئة المحيطة بالبشر، حيث يتم التحكم في العمليات الطبيعية للأيض والطاقة من قبل المجتمع. الإنسان، بحسب فيرنادسكي، جزء من المحيط الحيوي، وظيفته المحددة. في الوقت نفسه، يختلف التأثير البشري على الطبيعة بشكل حاد في الطبيعة عن الأشكال الأخرى للمادة الحية. نظرًا لأن بعض التغييرات في المحيط الحيوي التي حدثت تحت تأثير النشاط البشري غير مرغوب فيها بالنسبة للأشخاص، يعتقد فيرنادسكي أنه ينبغي عليهم بذل جهود معينة، على سبيل المثال، لإنقاذ بعض أنواع النباتات والحيوانات. علاوة على ذلك، يجب الحفاظ على ما هو مفيد ومفيد للناس فقط في المحيط الحيوي. بشكل عام، البيئة غريبة عن الإنسان وثقافته وتضغط على الإنسان. يعتبر المحيط الحيوي بمثابة مادة بناء لإنشاء الغلاف النووي. سيكون العقل البشري في المستقبل هو القوة التوجيهية الرئيسية في تطوير مجال نو.

إن النهج الذي اتبعه فيرنادسكي في التعامل مع هذه المشكلة هو في الأساس نهج عقلاني. إن مجال نو من وجهة نظر فيرنادسكي هو في الواقع مرادف للغلاف التكنولوجي الذي يتم إنشاؤه على الأرض اليوم. يوجد الآن داخل الغلاف النووي: المجال التكنولوجي - مجموعة من الأشياء الاصطناعية التي أنشأها النشاط البشري، والأشياء الطبيعية التي تغيرها هذا النشاط؛ الأنثروبوسفير – مجمل الناس ككائنات حية؛ المجال الاجتماعي - مجال نشاط الإنتاج الاجتماعي والعلاقات الاجتماعية.

يعتقد فيرنادسكي أن الإنسان يستطيع بمساعدة العقل التحكم في العمليات في المحيط الحيوي. "في مرحلة معينة من تطوره، يضطر الشخص إلى تحمل مسؤولية مزيد من التطور للكوكب، وإلا فلن يكون له مستقبل". وبالفعل، فقد حقق الإنسان إنجازات عظيمة: فقد ذهب إلى الفضاء، وأتقن أسرار الطاقة النووية الحرارية، وتعلم استنساخ الحيوانات. ومع ذلك، بعد 50 عاما من نشر أعمال فيرنادسكي، اتضح أن تطوير المحيط التكنولوجي يساهم في تدمير المحيط الحيوي، ولا سيما مجالاته الرئيسية الحيوية للوجود الإنساني. والآن أصبح من الواضح أن تطور المجتمع البشري لا ينبغي أن يهدف إلى التغلب على البيئة الطبيعية، بل إلى تنسيقها. (جيروسوف: لا ينبغي أن يتعارض تعطيل تطور النشاط البشري، ولكن بالتناغم مع تنظيم المحيط الحيوي، لأن البشرية، التي تشكل الغلاف الحيوي، ترتبط بكل جذورها بالمحيط الحيوي.)

وفقا للأفكار الحديثة، فإن مجال نو هو مجال التفاعل المتناغم بين الطبيعة والمجتمع. هذا هو المستقبل المثالي. إن العامل الحاسم في عمل مجال نو ليس التطور الطبيعي العفوي، بل الذكاء البشري العالي والعقل والحكمة. يجب أن يكون أساس عملية الغلاف النووي هو انتقال البشرية إلى التغذية الذاتية الاجتماعية (توفير موارد الطاقة والمواد الخام على أساس سلامة الإنتاج الاجتماعي والتكنولوجيا الحيوية - إعادة الاستخدام المتكرر للمواد والمواد الطبيعية والمركبة). للانتقال إلى مجال نو، من الضروري التغلب على الصراع بين الطبيعة الدورية وغير المهدرة للعمليات الحيوية للتمثيل الغذائي والطاقة. من الضروري التغلب على النهج الاستهلاكي تجاه الطبيعة، والتفكير المحافظ، وإنشاء تقنيات إنتاج أكثر تقدما، والانتقال إلى إدارة معقولة وعقلانية.

يشير مجال نو أيضًا إلى حياة الناس في عالم خالٍ من الحروب والكوارث الاجتماعية، في عالم من الرخاء المادي، والمنتجات الصديقة للبيئة، وبيئة غير ملوثة.

اليوم، تبدو فكرة فيرنادسكي، التي بموجبها يستطيع العقل البشري التحكم في جميع العمليات في المحيط الحيوي، غير واقعية على الإطلاق. يعتقد يو أودوم (1986) أنه على الرغم من إمكانيات وقدرات العقل البشري في التحكم في العمليات الطبيعية، إلا أنه من السابق لأوانه الحديث عن مجال نو، لأن الشخص لا يستطيع التنبؤ بجميع عواقب أفعاله. ويتجلى ذلك في العديد من المشاكل البيئية التي نشأت على كوكبنا.

يعتقد عدد من العلماء (Kurazhkovsky، 1992) أنه من الصحيح الحديث في الوقت الحاضر عن وجود المراحل الأولية لتطور الغلاف النووي، والتي لها اختلافات جوهرية عن حالتها المستقبلية. يعتقد الفيلسوف الروسي الحديث V. Kutirev أن مجال نو كتناغم هو مثال نموذجي للمدينة الفاضلة.

تعريف علم البيئة.

قم بتسمية الأقسام الرئيسية للبيئة التقليدية.

من ومتى قدم مصطلح "علم البيئة"؟

متى ظهرت البيئة كعلم مستقل؟

ما هي الفترات التي يمكن تقسيم تاريخ التنمية البيئية إليها؟

ماذا تدرس البيئة الحديثة؟

ما هي "الأزمة البيئية العالمية"؟

ما هي الظواهر الرئيسية التي تميز الأزمة البيئية العالمية الحالية؟

ماذا يشمل مفهوم "البيئة الطبيعية"؟

ما هي المجالات التي يتكون منها الغلاف الجوي؟

اذكر السمات المميزة لطبقتي التروبوسفير والستراتوسفير.

في أي منطقة تقع طبقة الأوزون؟

ما هو التركيب الكيميائي للغلاف الجوي؟

ما هي الوظائف البيئية الرئيسية للغلاف الجوي؟

ما هو "الغلاف الصخري"؟

كيف تتكون التربة؟

ما هي المكونات التي تتكون منها التربة؟

ما هي الوظائف البيئية الرئيسية للغلاف الصخري بشكل عام والتربة بشكل خاص؟

ماذا يشمل "الغلاف المائي"؟

ما هي احتياطيات المياه العذبة على الأرض؟

اذكر الوظائف البيئية الرئيسية للغلاف المائي.

أعط مفهوم "المحيط الحيوي".

ما هي السمات الرئيسية للمحيط الحيوي (حسب فيرنادسكي)؟

اذكر الخصائص الكمية الرئيسية للمحيط الحيوي.

ما هو المكون الرئيسي للغلاف الحيوي؟

ما هي خصائص المادة الحية؟

قم بتسمية الأنواع الرئيسية للمادة في المحيط الحيوي، مع إعطاء أمثلة.

ما هي حدود المحيط الحيوي؟

تحديد مفاهيم "المنتجون"، "المستهلكون"، "المحللون".

ما هو المخطط العام لانتقال المادة والطاقة في المحيط الحيوي؟

إعطاء الخصائص الرئيسية للمنتجين والمستهلكين والمحللات.

ما هي الفرضيات الموجودة حول أصل الحياة على الأرض؟

أعط وصفا موجزا للمراحل الرئيسية لتطور المحيط الحيوي.

كيف يختلف تطور الإنسان عن تطور الكائنات الحية الأخرى؟

ما هو "النووسفير"؟

من ومتى قدم مفهوم "النووسفير"؟

مفهوم المحيط الحيوي. تكوين المحيط الحيوي.

يسمى هذا الجزء من الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي للأرض الذي توجد فيه الكائنات الحية والنباتية وتتطور بالمحيط الحيوي. وبخلاف ذلك، فإن المحيط الحيوي هو قشرة الحياة. وهي لا تشمل فقط الغطاء النباتي والسكان الحيواني للكوكب، وجميع الأنهار والبحيرات، والكتلة المائية للمحيطات، ولكن أيضًا طبقة التربة، وجزء كبير من طبقة التروبوسفير والطبقة العليا من القشرة الأرضية - منطقة التجوية . لا توجد عمليا مناطق على سطح الأرض لا توجد فيها حياة. وحتى في الصحاري الاستوائية الحارة والقاحلة أو على سطح الأنهار الجليدية المرتفعة والجليد القطبي، تم العثور على ميكروبات وكائنات دقيقة أخرى.

المحيط الحيوي (من السيرة اليونانية - الحياة، sphaira - الكرة) هو مجال التفاعل النظامي بين المادة الحية والعظمية للكوكب. إنه يمثل نظامًا بيئيًا عالميًا - مجمل جميع التكاثر الحيوي (الأنظمة البيئية) لكوكبنا.

تم التعبير عن الأفكار الأولى حول المحيط الحيوي باعتباره "منطقة حياة" والقشرة الخارجية للأرض في بداية القرن التاسع عشر بواسطة ج. لامارك. في عام 1875، أدخل الجيولوجي النمساوي إي. سوس لأول مرة المصطلح الحديث "المحيط الحيوي" في الأدبيات العلمية، ويعني به منطقة التفاعل بين الأصداف الرئيسية للأرض: الغلاف الجوي، والغلاف المائي، والغلاف الصخري، حيث تم العثور على الكائنات الحية.

يعود الفضل في إنشاء سلامة عقيدة المحيط الحيوي إلى V. I. فيرنادسكي. باستخدام هذا المصطلح، أنشأ علم "المحيط الحيوي"، وقدم مفهوم "المادة الحية" - مجمل جميع الكائنات الحية، كما عين الكائنات الحية دور القوة التحويلية الرئيسية لكوكب الأرض، مع مراعاة الأنشطة الكائنات الحية ليس فقط في الوقت الحاضر، ولكن أيضًا في الماضي. ولذلك فإن المحيط الحيوي هو كل الفضاء الذي توجد فيه الحياة أو وجدت فيه على الإطلاق، أي. حيث توجد الكائنات الحية أو منتجات نشاطها الحيوي. يُطلق على هذا الجزء من المحيط الحيوي الذي توجد فيه الكائنات الحية في الوقت الحاضر اسم المحيط الحيوي الحديث أو الغلاف الحيوي الجديد، ويشار إلى المحيط الحيوي القديم باسم المحيط الحيوي السابق، أو المحيط الحيوي القديم أو المحيط الحيوي الكبير. ومن الأمثلة على هذه الأخيرة تراكمات المواد العضوية التي لا حياة فيها (رواسب الفحم والنفط والغاز وما إلى ذلك) أو احتياطيات المركبات الأخرى التي تكونت بمشاركة مباشرة من الكائنات الحية (الحجر الجيري والصخور الصدفية وتكوينات الطباشير وعدد من الخامات وأكثر بكثير).

يشمل المحيط الحيوي:

· الغلاف الجوي - الجزء السفلي من الغلاف الجوي.

· الغلاف المائي - الغلاف المائي بأكمله؛

· الغلاف الصخري - الآفاق العليا للغلاف الصخري (القشرة الصلبة للأرض).

تختلف حدود المحيط الجديد والمحيط القديم.

يتم تحديد الحد الأعلى نظريًا بواسطة طبقة الأوزون. بالنسبة للغلاف الحيوي الجديد، هذا هو الحد الأدنى لطبقة الأوزون (حوالي 20 كم)، الذي يخفف الأشعة فوق البنفسجية الكونية الضارة إلى مستوى مقبول، وبالنسبة للغلاف القديم، هذا هو الحد الأعلى لنفس الطبقة (حوالي 60 كم)، لأن الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي للأرض هو نتيجة في المقام الأول للنشاط الحيوي للنباتات.

وفي معظم الحالات، يشار إلى طبقة الأوزون باعتبارها الحد النظري العلوي للمحيط الحيوي دون تحديد حدودها.

ومن الناحية العملية، فإن الحد الأقصى للارتفاع فوق مستوى سطح البحر الذي يمكن أن توجد فيه الحياة محدود بالمستوى الذي تبقى عنده درجات الحرارة الإيجابية ويمكن للنباتات أن تعيش. في الأعلى، حتى "خط الثلج"، تعيش العناكب وبعض القراد فقط. والأعلى من ذلك هو أن الكائنات الحية لا يمكن مواجهتها إلا عن طريق الصدفة.

على ارتفاعات 7500-8000 متر، هناك عامل غير حيوي آخر يصل إلى قيمة منخفضة للغاية بالنسبة للغالبية العظمى من الكائنات الحية - الضغط الجوي المطلق. الطيور والحشرات الطائرة التي تسكن المنطقة السفلية بشكل رئيسي هي الأكثر اعتماداً على الضغط.

وفقا للأفكار الحديثة، فإن سمك المحيط العالمي بأكمله مشغول بالكامل بالحياة.

يتم تحديد الحد الأدنى لوجود الحياة النشطة تقليديا من خلال قاع المحيط البالغ 11022 م (أقصى عمق لخندق ماريانا) وعمق الغلاف الصخري الذي يتميز بدرجة حرارة 100 درجة مئوية (حوالي 6000 م، وفقا لـ بيانات الحفر العميق للغاية في شبه جزيرة كولا). في الأساس، تتوزع الحياة في الغلاف الصخري على عمق بضعة أمتار فقط، وتقتصر على طبقة التربة.

تحدد الصخور الرسوبية، التي خضعت جميعها تقريبًا للمعالجة بواسطة الكائنات الحية، الحدود الدنيا للمحيطات الحيوية السابقة، والتي، مع ذلك، لا تقع في القارات الموجودة أسفل أعماق المحيطات الكبرى.

العوامل البيئية البيئية. تصنيفهم. وصف العوامل اللاأحيائية والحيوية.

الكائنات الحية لا يمكن فصلها عن بيئتها. كل كائن حي، كونه نظامًا بيولوجيًا مستقلاً، يكون دائمًا على علاقة مباشرة أو غير مباشرة مع مختلف مكونات وظواهر بيئته، أو بمعنى آخر، موطنه، مما يؤثر على حالة وخصائص الكائن الحي.

البيئة هي أحد المفاهيم البيئية الأساسية، وتعني مجموعة كاملة من العناصر والظروف المحيطة بالكائن الحي في الجزء من الفضاء الذي يعيش فيه الكائن الحي، وكل ما يعيش فيه ويتفاعل معه بشكل مباشر.

العامل البيئي - أي عنصر من عناصر البيئة يمكن أن يؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على كائن حي، على الأقل في إحدى مراحل تطوره الفردي، يسمى عاملاً بيئياً.

وتتنوع العوامل البيئية، وكل عامل عبارة عن مزيج من الظروف البيئية المقابلة ومواردها.

تنقسم العوامل البيئية البيئية عادة إلى مجموعتين:

· عوامل الطبيعة الخاملة (غير الحية) - لا حيويأو غير المنشأ.

· عوامل الحياة البرية - حيوية أو حيوية.

ومن ناحية أخرى، في الأصل، كلاهما طبيعي وبشري المنشأ، أي. ترتبط بشكل مباشر أو غير مباشر بالأنشطة البشرية، والتي لا تغير أنظمة العوامل البيئية الطبيعية فحسب، بل تخلق أيضًا عوامل جديدة عن طريق تصنيع المبيدات والأسمدة والأدوية وما إلى ذلك.

العوامل غير الحيوية.

في الجزء غير الحيوي من البيئة (في الطبيعة غير الحية)، يمكن تقسيم جميع العوامل في المقام الأول إلى فيزيائية وكيميائية. ومع ذلك، لفهم جوهر الظواهر والعمليات قيد النظر، من المناسب تمثيل العوامل غير الحيوية كمجموعة من العوامل المناخية والطبوغرافية والكونية، وكذلك خصائص تكوين البيئة (المائية أو الأرضية أو التربة).

إلى الرئيسي العوامل المناخيةتشمل الطاقة الشمسية ودرجة الحرارة وهطول الأمطار والرطوبة والتنقل البيئي والضغط والإشعاع المؤين.

طاقة الشمستنتشر في الفضاء على شكل موجات كهرومغناطيسية. بالنسبة للكائنات الحية، يعد الطول الموجي للإشعاع المدرك وكثافته ومدة التعرض أمرًا مهمًا. تختلف إضاءة سطح الأرض بشكل كبير حسب الوقت من السنة واليوم وخط العرض وحالة الغلاف الجوي.

بسبب دوران الأرض، تتناوب فترات الضوء والظلام بشكل دوري. يرتبط الإزهار وإنبات البذور في النباتات والهجرة والسبات وتكاثر الحيوانات وغير ذلك الكثير في الطبيعة بطول اليوم.

درجة حرارة.

عند درجات حرارة أقل من درجة التجمد، تتضرر الخلية الحية وتموت، وفي درجات حرارة عالية، يتم تغيير طبيعة الإنزيمات. لا تستطيع الغالبية العظمى من النباتات والحيوانات تحمل درجات حرارة الجسم السلبية. نادراً ما يُفهم الحد الأعلى لدرجة الحرارة فوق 40-45 درجة.

تعتمد درجة الحرارة، مثل شدة الضوء، على خط العرض والموسم والوقت من اليوم والتعرض للمنحدر.

هطول الأمطار والرطوبة.

الماء ضروري للحياة على الأرض، ومن الناحية البيئية فهو فريد من نوعه. في ظل ظروف جغرافية متطابقة تقريبًا على الأرض، توجد صحراء حارة وغابة استوائية. الفرق هو فقط في الكمية السنوية لهطول الأمطار: في الحالة الأولى 0.2 - 200 ملم، وفي الحالة الثانية 900 - 2000 ملم.

يرتبط هطول الأمطار ارتباطًا وثيقًا برطوبة الهواء. يتشكل الندى والضباب في الطبقة الأرضية من الهواء، وعند درجات الحرارة المنخفضة يتساقط الصقيع.

تحصل النباتات البرية على الماء بشكل رئيسي من التربة. يؤدي انخفاض هطول الأمطار أو الصرف السريع أو التبخر الشديد أو مزيج من هذه العوامل إلى الجفاف، وتؤدي الرطوبة الزائدة إلى تشبع التربة بالمياه وتشبعها بالمياه.

رطوبة الهواء كعامل بيئي، بقيمها القصوى، تعزز تأثير درجة الحرارة على الجسم.

نادراً ما يصل تشبع الهواء ببخار الماء إلى قيمته القصوى. نقص الرطوبة هو الفرق بين الحد الأقصى للتشبع الممكن والموجود فعليًا عند درجة حرارة معينة. وتعد هذه من أهم العوامل البيئية، حيث أنها تتميز بكميتين في وقت واحد: درجة الحرارة والرطوبة. كلما زاد نقص الرطوبة، أصبح الجو أكثر جفافًا ودفئًا، والعكس صحيح.

يعد نظام هطول الأمطار من أهم العوامل التي تحدد هجرة الملوثات في البيئة الطبيعية وتسربها من الغلاف الجوي.

حركية البيئة.

أسباب حركة الكتل الهوائية (الرياح) هي في المقام الأول التسخين غير المتكافئ لسطح الأرض، مما يسبب تغيرات في الضغط، وكذلك دوران الأرض. يتم توجيه الرياح نحو الهواء الدافئ. تعتبر الرياح أهم عامل في انتشار الرطوبة والبذور والأبواغ والشوائب الكيميائية وغيرها لمسافات طويلة.

ضغط.

توجد داخل الكرة الأرضية مناطق ثابتة ذات ضغط جوي مرتفع ومنخفض.

وبشكل دوري تتشكل مناطق الضغط المنخفض في الغلاف الجوي مع تيارات هوائية قوية تتحرك بشكل حلزوني نحو المركز، وهو ما يسمى بالأعاصير. وتتميز بغزارة الأمطار والطقس غير المستقر. تسمى الظواهر الطبيعية المعاكسة بالأعاصير المضادة. وتتميز بطقس مستقر، ورياح ضعيفة، وفي بعض الحالات، تقلبات في درجات الحرارة. أثناء الأعاصير المضادة، تنشأ أحيانًا ظروف جوية غير مواتية تساهم في تراكم الملوثات في الطبقة السطحية من الغلاف الجوي.

إشعاعات أيونية.

تحت تأثير الإشعاع الكوني، تتشكل نوى جديدة من الذرات المشعة باستمرار في الغلاف الجوي، وأهمها الكربون 14 والتريتيوم. تعد الخلفية الإشعاعية للمناظر الطبيعية أحد المكونات التي لا غنى عنها في مناخها. لقد تعرضت جميع الكائنات الحية على الأرض للإشعاع من الفضاء طوال تاريخ الوجود وتكيفت مع ذلك.

ويعتمد تأثير العوامل اللاأحيائية إلى حد كبير على الخصائص الطبوغرافية للمنطقة، والتي يمكن أن تغير المناخ وخصائص تطور التربة بشكل كبير. العامل الطبوغرافي الرئيسي هو الارتفاع. مع الارتفاع، ينخفض ​​متوسط ​​درجات الحرارة، ويزداد الفرق اليومي في درجات الحرارة، وتزداد كمية الأمطار وسرعة الرياح وشدة الإشعاع، وينخفض ​​الضغط.

هناك عامل طبوغرافي مهم آخر وهو تعرض (إضاءة) المنحدر. يكون الجو أكثر دفئًا في نصف الكرة الشمالي على المنحدرات الجنوبية، وفي نصف الكرة الجنوبي يكون أكثر دفئًا على المنحدرات الشمالية. عامل مهم آخر هو انحدار المنحدر، مما يؤثر على الصرف. يتدفق الماء إلى أسفل المنحدرات، ويغسل التربة، ويقلل من طبقتها. تعتبر التضاريس من العوامل الرئيسية المؤثرة على انتقال أو تشتت أو تراكم الشوائب في الهواء الجوي.

كوكبنا ليس معزولاً عن العمليات التي تحدث في الفضاء الخارجي. تصطدم الأرض بشكل دوري بالكويكبات، وتقترب من المذنبات، وتتعرض للغبار الكوني، والمواد النيزكية، وأنواع مختلفة من الإشعاعات الصادرة عن الشمس والنجوم.

لقد تراكمت العديد من العوامل التي تؤكد تأثير الفضاء على الحياة على الأرض.

وتشمل العوامل اللاأحيائية الطبيعية الهامة الحرائق، التي تؤدي، في ظل مجموعة معينة من الظروف المناخية، إلى حرق كامل أو جزئي للنباتات الأرضية.

العوامل الحيوية.

تشكل جميع الكائنات الحية المحيطة بالكائن الحي في بيئته البيئة الحيوية أو الكائنات الحية. العوامل الحيوية هي مجموعة من التأثيرات لنشاط حياة بعض الكائنات الحية على غيرها.

العلاقات بين الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة متنوعة للغاية. الشكل الرئيسي لمظاهر هذه الروابط هو العلاقات الغذائية للكائنات الحية من مختلف الفئات، والتي تشكل أساس سلاسل الغذاء والشبكات والبنية الغذائية للكائنات الحية.

بالإضافة إلى الروابط الغذائية، تنشأ أيضًا علاقات مكانية بين الكائنات النباتية والحيوانية.

تنقسم العوامل الحيوية التي تؤثر على النباتات كمنتجين رئيسيين للمواد العضوية إلى عوامل حيوانية ونباتية.

العوامل الحيوية الحيوانية. العوامل التي تؤثر على تأثير الحيوانات على الغطاء النباتي تشمل في المقام الأول أكل النبات بأكمله أو أعضائه الفردية. أكل الفروع والبراعم من قبل الحيوانات يغير شكل تاج الشجرة. تكتسب النباتات التي تضررت من الحيوانات أجهزة وقائية (أشواك وأشواك) وتشكل كتلة نباتية زائدة وتنمو الأوراق المتبقية بشكل مكثف. هناك أيضًا تأثير إيجابي للحيوانات على العمليات الحيوية للنباتات، على سبيل المثال، التلقيح بواسطة الحشرات والطيور.

العوامل الحيوية النباتية.

النباتات، التي تعاني من تأثيرات متنوعة من النباتات المجاورة، تؤثر عليها بنفسها في نفس الوقت. في كل مكان هناك تشابك واندماج الجذور، وتتشابك فروع تيجان الأشجار الأخرى المجاورة.

يؤثر أي مجتمع نباتي بدوره على مجمل الخصائص اللاأحيائية لموائله.

تلعب الكائنات الحية دورًا حيويًا في عمليات تكوين التربة وعملها. في المقام الأول، تشمل هذه النباتات الخضراء التي تستخرج العناصر الغذائية من التربة وتعيدها مرة أخرى مع الأنسجة الميتة. يخلق الغطاء النباتي تدفقًا مستمرًا لعناصر الرماد من الطبقات العميقة للتربة إلى سطحها، أي إلى سطحها. هجرتهم البيولوجية.

يسكن التربة باستمرار العديد من الكائنات الحية من مجموعات مختلفة. تساعد الحركات والثقوب على خلط التربة وتهويتها وتسهيل نمو الجذور. على سبيل المثال، من خلال المرور عبر الجهاز الهضمي للدودة، يتم سحق التربة، وخلط المكونات المعدنية والعضوية، وتحسين بنية التربة.

حيث يتجلى النشاط الإجمالي للكائنات الحية كقوة جيوكيميائية على نطاق كوكبي.

المحيط الحيوي هو غلاف الأرض، ويتم تحديد تكوينها وبنيتها وطاقتها من خلال النشاط الإجمالي للكائنات الحية. يعود مفهوم "المحيط الحيوي كمنطقة حياة" والغلاف الخارجي للأرض إلى عالم الأحياء لامارك (1744-1829). تم تقديم مصطلح المحيط الحيوي نفسه بواسطة E. Suess (1875)، الذي فهمه على أنه طبقة رقيقة من الحياة على سطح الأرض، والتي تحدد إلى حد كبير "وجه الأرض". يعود الفضل في إنشاء عقيدة شاملة للمحيط الحيوي إلى V. I. فيرنادسكي. تأثر تكوين تفكيره في المحيط الحيوي بشكل كبير بأعمال V. V. Dokuchaev حول التربة كجسم تاريخي طبيعي.

يغطي المحيط الحيوي جزءًا من الغلاف الجوي حتى ارتفاع شاشة الأوزون (20-25 كم)، وجزءًا من الغلاف الصخري، وخاصة القشرة الجوية، والغلاف المائي بأكمله. وتنحدر الحدود الدنيا بمعدل 2-3 كيلومتر تحت سطح الأرض و1-2 كيلومتر تحت قاع المحيط. اعتبر فيرنادسكي المحيط الحيوي بمثابة مجال للحياة، بما في ذلك، إلى جانب الكائنات الحية، موطنها. وحدد سبعة أنواع مختلفة، ولكن مترابطة جيولوجيًا من المواد: المادة الحية، المادة الحيوية (الوقود الأحفوري، الحجر الجيري، وما إلى ذلك، أي المادة التي تم إنشاؤها ومعالجتها بواسطة الكائنات الحية)، المادة الخاملة (التي تتشكل في العمليات التي لا تشارك فيها الكائنات الحية) ) ، مادة حيوية (يتم إنشاؤها في وقت واحد بواسطة الكائنات الحية وأثناء العمليات ذات الطبيعة غير العضوية، على سبيل المثال التربة)، المادة المشعة، الذرات المتناثرة والمواد ذات الأصل الكوني (النيازك، الغبار الكوني).

مصادر
المواد المستخدمة:

• من موقع Geographer.ru.

• Yakhontova L. K.، Zvereva V. P. عامل المحيط الحيوي في فرط التولد

مادة إي إن إي

تؤدي المادة الحية الوظائف البيوجيوكيميائية التالية: الغاز (هجرة الغازات وتحولاتها)؛ التركيز (تراكم الكائنات الحية للعناصر الكيميائية من البيئة الخارجية) ؛ الأكسدة والاختزال (التحولات الكيميائية للمواد التي تحتوي على ذرات ذات تكافؤ متغير - مركبات الحديد والمنغنيز والعناصر النزرة وما إلى ذلك)؛ الوظائف البيوكيميائية والبيوجيوكيميائية المرتبطة بالنشاط البشري (التكوين التكنولوجي، وهو شكل من أشكال خلق وتحويل المادة إلى حياة، يحفز انتقال الحياة إلى حالة جديدة - مجال نو). إن الجمع بين هذه الوظائف يحدد كل التحولات الكيميائية في الكيمياء الحيوية، ويرتبط تطور علم الأحياء جدلياً بتطور أشكال المادة الحية (الكائنات ومجتمعاتها) وتعقيد وظائفها الكيميائية الحيوية، التي تحدث على خلفية التغيرات الجيولوجية. تاريخ الأرض.

تتميز الجوانب الرئيسية التالية في عقيدة علم الأحياء: الطاقة، التي تسلط الضوء على ارتباط ظواهر المحيط الحيوي والكواكب بالإشعاع الكوني (الشمسي بشكل أساسي) والعمليات الإشعاعية في أحشاء الأرض؛ الكيمياء الجيولوجية الحيوية، والتي تعكس دور المادة الحية في توزيع وسلوك الذرات (بشكل أكثر دقة، نظائرها) في الكيمياء الجيولوجية الحيوية وبنيتها (انظر الكيمياء الجيولوجية الحيوية)؛ إعلامية، دراسة مبادئ التنظيم والإدارة التي تتم في الطبيعة الحية فيما يتعلق بدراسة تأثير المادة الحية على بنية وتكوين البكتيريا؛ الزماني المكاني، الذي يغطي تكوين وتطور الهياكل المختلفة للأرض في الزمن الجيولوجي فيما يتعلق بخصائص التنظيم الزماني المكاني للمادة الحية في الأرض (مشاكل التماثل، وما إلى ذلك)؛ الغلاف النووي، دراسة التأثيرات العالمية للإنسانية على بنية وكيمياء الكوكب: تطوير الموارد المعدنية، وإنتاج مواد جديدة كانت غائبة سابقًا في الكوكب (على سبيل المثال، الألومنيوم النقي والحديد والمعادن الأخرى)، والتحول الهياكل الحيوية للكوكب (إزالة الغابات، مستنقعات الصرف، حرث الأراضي البكر، إنشاء الخزانات، تلوث المياه والتربة والغلاف الجوي بمنتجات النشاط الاقتصادي، استخدام الأسمدة، تآكل التربة، التشجير، بناء المدن، السدود، صيد السمك، الخ). إن دخول الإنسان إلى الفضاء، خارج حدود الأرض، سيحفز تطوير جوانب جديدة لدراسة المحيط الحيوي. أحد الجوانب الأساسية لمذهب علم الأحياء هو فكرة العلاقات المتبادلة (المباشرة والتغذية الراجعة) والتطور المترافق لجميع هياكل علم الأحياء. وتشكل هذه الفكرة الأساس لتطوير مشكلة "المحيط الحيوي والإنسانية" من قبل العديد من الوطنيين والعالميين. المنظمات الدولية والمراكز العلمية والمختبرات. يتم حل هذه المشكلة من خلال الأحداث التي تشارك فيها العديد من البلدان، على سبيل المثال، العقد الهيدرولوجي الدولي، والبرنامج البيولوجي الدولي (انظر البرنامج البيولوجي الدولي)، وما إلى ذلك. يرجع الاهتمام المتزايد بدراسة علم الأحياء إلى حقيقة أن التأثير البشري المحلي على الزراعة، وهو سمة من سمات التاريخ السابق، قد تم استبداله في القرن العشرين. تأثيرها العالمي على تكوين وبنية وموارد B. لا توجد منطقة برية أو بحرية على الكوكب لم يتم العثور على آثار للنشاط البشري فيها. أحد الأمثلة الصارخة هو التداعيات العالمية للغبار المشع - منتجات التفجيرات النووية. في الغلاف الجوي والمحيطات وعلى الأرض، توجد في كل مكان (حتى بكميات صغيرة جدًا) منتجات احتراق النفط والفحم والغازات والنفايات الناتجة عن الصناعات الكيماوية وغيرها، والمبيدات الحشرية والأسمدة التي يتم نقلها من الحقول في عملية التعرية المائية والرياح. إن الاستخدام المكثف وغير العقلاني لموارد البلطيق - المياه والغاز والموارد البيولوجية وما إلى ذلك، والذي تفاقم بسبب سباق التسلح واختبار الأسلحة النووية وما إلى ذلك، قد بدد أسطورة لا نهاية لهذه الموارد وعدم استنفادها. تشهد العديد من الأمثلة على النشاط البشري المدمر، ولسوء الحظ، الأمثلة النادرة على نشاطه الإبداعي (بما في ذلك فيما يتعلق بالحفاظ على الطبيعة) على أهمية الإدارة المعقولة للشؤون الأرضية من قبل الإنسانية الذكية، وهو أمر ممكن فقط أثناء الانتقال من الإنتاج الرأسمالي العفوي إلى الإنتاج الرأسمالي العفوي. الاقتصاد المخطط لمجتمع اشتراكي وشيوعي. الأساس العلمي الطبيعي لنهج عقلاني لمشكلة "المحيط الحيوي والإنسانية" - واحدة من أكثر المشاكل طموحا في عصرنا - هو مذهب علم الأحياء و علم الجيولوجيا الحيوية -التخصصات التي تدرس المبادئ والآليات العامة لعمل وتطور مجتمعات الكائنات الحية في ظروف مكانية وزمانية معينة. إن البنية الحديثة لعلم الأحياء هي نتاج التطور الطويل للعديد من الأنظمة ذات التعقيد المتفاوت، والتي تسعى باستمرار إلى تحقيق حالة من التوازن الديناميكي. الأهمية العملية لعقيدة ب. هائلة. تهتم بشكل خاص بتطوير هذا التدريس الرعاية الصحية والزراعة وصيد الأسماك وغيرها من فروع الممارسة البشرية، والتي تواجه في كثير من الأحيان "ضربات انتقامية" من ب.

الأدب:

• فيرنادسكي في آي، إزبر. المجلد 5، م، 1960؛
• به، التركيب الكيميائي للمحيط الحيوي للأرض وبيئتها، م.، 1965؛
• كوفدا في إيه، العقيدة الحديثة للمحيط الحيوي، "مجلة الأحياء العامة"، 1969، المجلد 30، العدد 1؛
• Perelman A.I.، كيمياء المناظر الطبيعية، M.، 1961؛
• Timofeev-Resovsky N.V. and Tyuryukanov A.N.، حول التقسيمات البيولوجية الأولية للمحيط الحيوي، "نشرة جمعية موسكو لعلماء الطبيعة"، 1966، الإصدار 71(1)؛
• حلمي جي إف، أساسيات فيزياء المحيط الحيوي، لينينغراد، 1966؛
• دوفينيو ب. وتانغ م.، المحيط الحيوي ومكان الإنسان فيه، ترانس. من الفرنسية، م، 1968.

V. A. Kovda، A. N. Tyuryukanov.

تستخدم هذه المقالة أو القسم نصًا من الموسوعة السوفييتية الكبرى.

المحيط الحيوي- مجموع أجزاء القشرة الأرضية (الليثو والمائية والغلاف الجوي) التي تسكنها الكائنات الحية، تقع تحت تأثيرها وتشغلها منتجات نشاطها الحيوي. مصطلح "المحيط الحيوي" صاغه إدوارد سوس في عام 1875. لقد قدم مساهمة كبيرة في تطوير دراسة المحيط الحيوي

مقدمة

الوضع البيئي الحالي على كوكبنا يترك الكثير مما هو مرغوب فيه، لذلك أولا وقبل كل شيء، يستحق الاهتمام بالعلاقة بين البشرية والمحيط الحيوي. تلوث المحيط الحيوي هو السبب الجذري للأمراض والوفاة المبكرة. المهمة الرئيسية في عصرنا هي منع التغييرات التي لا رجعة فيها المرتبطة بالتلوث البيئي. يتطور المجتمع باستمرار، ولكن مع التقدم، تتزايد الطبيعة الكمية والنوعية لتلوث المحيط الحيوي. يجب على الإنسانية ككل، وليس الدول الفردية، أن تهتم بإنشاء نظام لحماية البيئة، وإلا فسيتعين عليك ببساطة أن تعيش في بدلة فضائية.

مفهوم "المحيط الحيوي"

تمت صياغة فكرة مختلفة تمامًا عن المحيط الحيوي في عام 1875 من قبل الجيولوجي النمساوي إي. سوس. في دراسة "أصل جبال الألب" يتحدث عن "المحيط الحيوي المستقل" كقشرة خاصة للأرض تتكون من الكائنات الحية. في الفصل الأخير من العمل الكبير المكون من ثلاثة مجلدات "وجه الأرض" (1909)، يكتب هذا المؤلف أن مفهوم "المحيط الحيوي" نشأ نتيجة لأفكار ج. لامارك وتشارلز داروين حول وحدة الأرض. العالم العضوي.

تعود بداية المفهوم البيولوجي للمحيط الحيوي، كمجموعة من الكائنات الحية التي تسكن الأرض، كقشرة حية للكوكب، إلى أعمال سوس. تمت مشاركة هذا الرأي من قبل العديد من الجغرافيين الروس، على سبيل المثال N. M. Sibirtsev (1899)، D. N. Anuchin (1902)، P. I. Brounov (1910)، A. A. Grigoriev (1948)، الباحث الإنجليزي والفيلسوف J. Bernal (1969). كما اتخذ العلماء الفرنسيون إي. ليروي (1927) وبي. تيلارد دي شاردان (1965، 1969) تعريف سوس كأساس، لكنهم فسروه بطريقة مثالية. وفقًا لتيلار، فإن المحيط الحيوي، وهو الطبقة الحية للكوكب، هو إحدى مراحل تجسد الله.

فكرة Suess عن المحيط الحيوي كقشرة خاصة للأرض تم استخدامها أيضًا من قبل V. I. Vernadsky (1926) ، بعد أن استثمر فيها محتوى بيوجيوكيميائيًا مختلفًا بشكل كبير. المحيط الحيوي، وفقا لفيرنادسكي، هو منطقة توزيع الحياة، والتي تشمل، إلى جانب الكائنات الحية، موطنها. وأعرب تيلار دو شاردان، في مجموعة مقالات "مستقبل الإنسان" (1969)، عن عدم موافقته على هذا التفسير، الذي يتناقض بوضوح مع مفهومه المثالي للتطور.

ارتبط تطوير المفهوم البيوجيوكيميائي للمحيط الحيوي ارتباطًا وثيقًا بالأنشطة العملية التي قام بها V. I. Vernadsky في لجنة أكاديمية العلوم لدراسة قوى الإنتاج الطبيعية في روسيا (أوائل عام 1915).

يمكن العثور على بدايات هذه الفكرة بالفعل في تصريحات العلماء في القرنين السابع عشر والثامن عشر. في كتاب "الكون" للكاتب أ. همبولت ودوكوشيف.

حاليًا، يوجد كلا الفهمين للمحيط الحيوي، وفقًا لسويس ووفقًا لفيرنادسكي. يقترح N. V. Timofeev-Resovsky الحديث عن المحيط الحيوي بالمعنى الضيق والواسع. يبدو من الأنسب استخدام هذا المفهوم، مع وضع المعنى الذي قدمه فيرنادسكي فيه - مجال توزيع الحياة، باستخدام التعبيرات "بالمعنى الضيق" للمحيط الحيوي: "مجموع الكائنات الحية"، "فيلم الحياة" "، "الغطاء الحي للأرض"، "الكائنات الحية"، "السير".

الحد العلوي للمحيط الحيوي، وفقا لفيرنادسكي (1965)، يمر على ارتفاع 15-20 كم، ويغطي طبقة التروبوسفير بأكملها والجزء السفلي من الستراتوسفير: يقع الأوزون في القطبين في طبقة من 8-30 كم في المناطق الاستوائية 15-35 كم. من الأسفل، يقتصر المحيط الحيوي على الرواسب الموجودة في قاع المحيطات (إلى عمق يزيد عن 10 كم) وعمق تغلغل الكائنات الحية والمياه السائلة في أحشاء الأرض. يعمل الغلاف الصخري الأساسي والستراتوسفير العلوي والأيونوسفير والفضاء الخارجي بمثابة بيئة للغلاف الحيوي. مصدر الطاقة الرئيسي الذي يضمن عمل المحيط الحيوي هو الطاقة المشعة للشمس.

وبالتالي، فإن المحيط الحيوي عبارة عن غلاف مفتوح ديناميكي حراري خاص للأرض، ويتم تحديد المادة والطاقة والتنظيم من خلال تفاعل مكوناته الحيوية وغير الحيوية. ولذلك فهو يشمل مجمل الكائنات الحية وبقاياها، وكذلك أجزاء من الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري التي تسكنها الكائنات الحية والتي تم تعديلها من خلال أنشطتها.

إن الوظيفة الأكثر أهمية للمحيط الحيوي هي إعادة تكوين المادة الحية بشكل منتظم ومتزايد بمرور الوقت من حيث العدد والوزن وكمية الطاقة المتراكمة والمحتفظ بها. ينظر الإنسان إلى هذه الوظيفة على أنها الإنتاجية البيولوجية للمحيط الحيوي، وأجزائه (المحيطات، والتربة، والمياه العذبة) أو أنظمته البيئية الفردية والتكاثر الحيوي (الدلتا، والمروج، والتايغا، وحقول الحبوب، وما إلى ذلك).

مفهوم المحيط الحيوي. إن دراسة تنوع أشكال العالم العضوي وأنماط تطوره لن تكتمل دون فهم مكان ودور الكائنات الحية بشكل عام على كوكب الأرض بأكمله.

تم اقتراح مصطلح "المحيط الحيوي" عام 1875 من قبل الجيولوجي النمساوي إدوارد سوس (1831-1914)، لكنه لم يذكر تعريفه الدقيق. وبعد نصف قرن، اكتشف عالم الكيمياء الجيولوجية الروسي ف. أنشأ فيرنادسكي (1863-1945) عقيدة المحيط الحيوي، والتي أوجز أحكامها الرئيسية في كتيب صغير نُشر عام 1926 بعنوان "المحيط الحيوي". في و. أطلق فيرنادسكي على المحيط الحيوي اسم غلاف الأرض، والذي ينتمي الدور الرئيسي في تكوينه إلى الكائنات الحية.

المادة الحية هي القوة البيوجيوكيميائية الرئيسية في المحيط الحيوي. المكون الرئيسي للمحيط الحيوي هو المادة الحية - مجموع جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب، معبرًا عنها رقميًا في التركيب الكيميائي الأولي والكتلة والطاقة. هذه المادة نشطة للغاية من الناحية الجيوكيميائية، لأنها أثناء عمليات التغذية والتنفس والإفراز والتكاثر، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبيئة، حيث تمر جميع العناصر الكيميائية تقريبًا عبر الرابط البيوجيوكيميائي في السلسلة العامة للتحولات. وبالتالي، فإن نشاط حياة الكائنات الحية هو عملية جيولوجية عميقة وقوية ذات طبيعة كوكبية. هجرة العناصر الكيميائية من الجسم إلى البيئة والعودة لا تتوقف للحظة واحدة. وكان من الممكن أن تكون هذه الهجرة مستحيلة لو لم يكن التركيب الكيميائي الأولي للكائنات الحية قريبًا من التركيب الكيميائي لقشرة الأرض. في و. كتب فيرنادسكي: "إن الكائن الحي يتعامل مع بيئة لا يتكيف معها فحسب، بل يتكيف معها أيضًا."

بفضل النباتات الخضراء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، يتم إنشاء جزيئات معقدة من المواد العضوية في المحيط الحيوي. يتم استخدام الطاقة الموجودة فيها في العمليات الحيوية بواسطة الكائنات غيرية التغذية. هذه هي الوظيفة الكونية للنباتات الخضراء في المحيط الحيوي. وبدون مادة حية، فإن عمل الشعاع الشمسي سيقتصر فقط على تحريك الأجسام الغازية والسائلة والصلبة عبر سطح الكوكب وتسخينها مؤقتا. تعمل المادة الحية كبطارية عملاقة ومحول فريد للطاقة الإشعاعية المرتبطة بالشمس. إن الطاقة الشمسية بدون مادة حية لن تقوم بأي نشاط إبداعي على الأرض، لأنها لا تستطيع البقاء عليها ولا التحول إلى الطاقة اللازمة لذلك.

يتم التقاط الطاقة الشمسية في المقام الأول عن طريق النباتات. لكن جميع المواد الحية تشارك في الحفاظ على طاقة الشمس الموجودة فيها وتحويلها، وتحريكها عبر السطح، وكذلك من الطبقات الخارجية إلى الطبقات العميقة للكوكب. تتم هذه العملية من خلال التكاثر والنمو اللاحق وحركة الكائنات الحية. معدل التكاثر وفقًا لـ V.I. فيرنادسكي، هو معدل انتقال الطاقة الجيوكيميائية في المحيط الحيوي.

الوحدة الهيكلية والوظيفية الأولية للمحيط الحيوي هي التكاثر الحيوي. في التكاثر الحيوي تتكيف الكائنات الحية وموائلها بشكل وثيق مع بعضها البعض وبفضل ذلك يتم تنفيذ الدورة البيولوجية للمواد - أساس الحياة اللانهائية

على الكوكب. في سياق الدورة البيولوجية، تصبح الاحتياطيات المحدودة من المواد الكيميائية لا حصر لها، لأنها في دوران دائري مستمر. ولذلك، فإن تداول المواد في شكل دورات البيوجيوكيميائية هو شرط ضروري لوجود المحيط الحيوي. تحدث الدورة الكاملة للمواد في المحيط الحيوي بفضل مصدر واحد للطاقة - الشمس. وقد تم إنشاء علاقة وثيقة بين كمية الطاقة الشمسية التي تدخل الكوكب وكمية المادة الحية المنتجة. وهكذا، نتيجة لسنوات عديدة من البحث الذي أجراه علماء من مختلف البلدان، كان من الممكن حساب أن ما يقرب من 150-200 مليار طن من المواد العضوية الجافة تتشكل في المحيط الحيوي كل عام.

وبالتالي، كان إنشاء عقيدة المحيط الحيوي إنجازا مهما للبشرية. لأول مرة، بدأ النظر إلى الطبيعة الحية على أنها نظام متكامل يتفاعل بشكل وثيق مع البيئة اللاأحيائية. في و. وضع فيرنادسكي أسس الأفكار العلمية الحديثة حول الأهمية الكوكبية والكونية للحياة، حول الترابط والتفاعل بين الطبيعة الحية وغير الحية.

مدى المحيط الحيوي. يوجد على كوكب الأرض العديد من المجالات الجغرافية التي توجد فيها الحياة (الشكل 7.2).

الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي للأرض. مع الارتفاع، تنخفض كثافة الهواء بسرعة: 75٪ من كتلة الغلاف الجوي تتركز في طبقة يصل ارتفاعها إلى 10 كم، 90٪ - حتى 15 كم، 99٪ - حتى 30 كم، 99.9٪ - حتى 50 كم . يتكون الهواء الخالي من الرطوبة والشوائب الصلبة من النيتروجين (78.1%) والأكسجين (21%) والأرجون (0.9%) وثاني أكسيد الكربون (حوالي 0.03%) وكميات صغيرة من بعض الغازات الأخرى.

تأثير كبير على حالة الغلاف الجوي، أي. تلعب الشوائب المختلفة - المكونات المتغيرة للغلاف الجوي دورًا في تكوين الطقس والمناخ. وأهمها الماء، الذي يوجد على شكل بخار ماء في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي التي يبلغ طولها 20 كيلومترا. ويشارك بخار الماء مع ثاني أكسيد الكربون والميثان وبعض الشوائب الأخرى في تسخين الطبقات الداخلية للغلاف الجوي (ما يسمى بظاهرة الاحتباس الحراري). ويرجع ذلك إلى قدرة الغلاف الجوي على نقل الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض وامتصاص الإشعاع الحراري المنعكس منه. وبسبب ظاهرة الاحتباس الحراري، ترتفع درجة حرارة الغلاف الجوي مع انخفاض الارتفاع، وتصبح طبقاته السفلية دافئة.

تمتد منطقة المحيط الحيوي فقط في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي - التروبوسفير (من التروبوس اليوناني - التغيير). يتراوح ارتفاع طبقة التروبوسفير من 8-10 كم عند خطوط العرض القطبية إلى 16-18 كم عند خط الاستواء. فوق طبقة التروبوسفير توجد طبقة الستراتوسفير (من الطبقة اللاتينية - الطبقة) بارتفاع 100 كم. فيه، على ارتفاع 15-25 كم، يتحول الأكسجين الحر تحت تأثير الإشعاع الشمسي إلى الأوزون (O 2 -> O 3)، والذي يشكل شاشة، ويمتص الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة الضارة بالجسم. كائنات حية.

الغلاف الصخري (من الكلمة اليونانية lithos - الحجر) هو الغلاف الخارجي الصلب للكوكب. ويوجد فيه طبقتان: الطبقة العليا عبارة عن طبقة من الصخور الرسوبية مع الجرانيت والطبقة السفلية من البازلت. يتم توزيع الطبقات بشكل غير متساو، لذلك في بعض الأماكن يأتي الجرانيت إلى السطح. الحد الأقصى لتوزيع المادة الحية في الغلاف الصخري لا يقل عن 3-4 كم. في هذا العمق، يمكن العثور على البكتيريا اللاهوائية فقط. لوحظت أعلى كثافة للمادة الحية في الغلاف الصخري في الطبقة السطحية لقشرة الأرض - التربة.

الغلاف المائي هو مجموع مياه المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية والصفائح الجليدية. يشكل الغلاف المائي القشرة المائية المتقطعة للكوكب. يتركز الجزء الأكبر من المياه في المحيط العالمي، حيث يبلغ متوسط ​​عمقها 3.8 كم، والحد الأقصى (خندق ماريانسكي في المحيط الهادئ) 11.034 كم. يتم تمثيل جزء صغير من الغلاف المائي بالمياه العذبة.

تعيش الكائنات الحية في كامل سمك الغلاف المائي وصولاً إلى أقصى أعماقه، لكن كثافتها الأكبر تحدث في الطبقات السطحية والمناطق الساحلية، التي تدفئها وتضيئها الشمس. مناطق الاتصال المباشر والتفاعل النشط للغلاف الصخري والغلاف الجوي والغلاف المائي هي الأكثر كثافة سكانية بالكائنات الحية، حيث يتم إنشاء الظروف الأكثر ملاءمة للحياة في هذه الأماكن - درجة الحرارة المثلى والرطوبة ووجود الأكسجين والعناصر الكيميائية اللازمة للحياة. حياة الكائنات الحية.

عدم التجانس المكاني للمحيط الحيوي. الظروف المعيشية للكائنات الحية في المحيط الحيوي متنوعة للغاية. وهي تختلف بشكل خاص في البيئات الأرضية والمائية. ولذلك، يتم تمييز الأجزاء القارية والمحيطية من المحيط الحيوي.

ويشغل الجزء القاري من المحيط الحيوي -اليابسة- 148 مليون كم2، أي 29% من المساحة الإجمالية للكوكب. خصوصيتها هي عدم التجانس الشديد، معبرًا عنه في وجود مناطق عرضية وارتفاعية.

يتم تحديد تقسيم المناطق العرضية من خلال كروية كوكبنا وإمالة محور دورانه، ونتيجة لذلك يتم توفير سطح الأرض بشكل غير متساو مع الحرارة والرطوبة. تتلقى المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية أكبر قدر من الحرارة، بينما تتلقى المناطق القطبية أقل كمية من الحرارة. هناك فرق كبير في تزويد المناطق المختلفة بالرطوبة. على سبيل المثال، تتميز التندرا بوجود فائض، والصحاري - نقص هطول الأمطار في الغلاف الجوي، وتتميز مناطق خطوط العرض المعتدلة بمتوسط ​​​​قيم إمدادات المياه.

تتشكل منطقة المناظر الطبيعية الارتفاعية للجزء القاري من المحيط الحيوي بسبب حقيقة أنه مع زيادة ارتفاع المنطقة، يصبح الهواء أكثر تخلخلًا، مع وجود كمية أقل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، وتنخفض درجة حرارته. بسبب نقص ثاني أكسيد الكربون والرطوبة، يتم انتهاك المسار الطبيعي لعملية التمثيل الضوئي، لذلك لا تنمو النباتات العليا على ارتفاعات فوق 6 آلاف متر.

ويشغل الجزء المحيطي من المحيط الحيوي 361 مليون كيلومتر مربع، أو 71% من مساحة الكوكب. العوامل المحددة لحياة الكائنات الحية فيها هي تكوين الماء المالح والغازي ومحتوى العناصر الغذائية وعمق المياه وحركتها. يتميز هذا الجزء من المحيط الحيوي أيضًا بتقسيم المناطق. من حيث الظروف المعيشية، فإن المناطق القطبية والاستوائية الاستوائية للغلاف المائي، وكذلك الجزء السطحي الذي تضيءه الشمس، والمنطقة العميقة التي لا يخترقها ضوء الشمس، تختلف بشكل خاص عن بعضها البعض. الأكثر ملاءمة لتطور الحياة في الغلاف المائي هي منطقة ساحلية صغيرة (8٪) - رف مضاء جيدًا ومدفأ بأشعة الشمس ومزود بكمية كافية من عناصر التغذية المعدنية القادمة من الرواسب السفلية وسطح الارض . تقع معظم مساحة قاع المحيط العالمي على أعماق تزيد عن 4000 م وحوالي ربع المساحة تقع على أعماق أكثر من 5000 م، ودرجة الحرارة هنا منخفضة (من 0.5 إلى 4 درجات مئوية) و ثابت إلى حد ما. الضوء لا يخترق هذه المنطقة. وفي قاع البحر، تتراكم المخلفات العضوية على شكل طمي ورواسب أخرى.

توزيع المادة الحية في المحيط الحيوي. ويرد في الجدول 7.1 الكتلة الحيوية للمادة الحية للمنتجين (النباتات الخضراء) والمستهلكين (الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة) في الأجزاء المحيطية والقارية من المحيط الحيوي.

تشير البيانات الواردة في الجدول إلى أن الجزء الأكبر من المادة الحية للمحيط الحيوي (أكثر من 99.8٪) يتركز في القارات. تبلغ مساهمة المحيطات في إجمالي الكتلة الحيوية 0.13٪ فقط.

الكتلة الحيوية للكائنات الأرضية (المادة الجافة)

الكتلة الحيوية للمادة الحية

كائنات الجزء القاري، الجزء المحيطي مليار طن % مليار طن %

النباتات الخضراء 2400.0 99.2 0.2 6.3

الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة 20.0 0.8 3.0 93.7

المجموع: 2420.0 100.0 3.2 100.0

في القارات، تسود المادة الحية للنباتات (99.2٪)، في المحيط - الحيوانات (93.7٪). ومع ذلك، بمقارنة قيمهما المطلقة (2400 مليار طن و3 مليارات طن، على التوالي)، يمكننا القول أن المادة الحية للكوكب تتمثل في الغالب في نباتات اليابسة الخضراء. الكتلة الحيوية للكائنات الحية غير القادرة على التمثيل الضوئي أقل من 1٪.

على الرغم من أن القيمة المطلقة للكتلة الحيوية للنباتات البرية أكبر بثلاث مرات من قيمة النباتات المحيطية، فإن معدل نمو الكتلة الحيوية لكل وحدة زمنية للنباتات المحيطية (الطحالب) أعلى بكثير (الجدول 7.2).

نسبة الإنتاج السنوي الإجمالي (P) إلى كمية الكتلة الحيوية (B) في بعض المجتمعات النباتية في اليابسة والمحيطات

المجتمعات النباتية P / B سنويًا

النباتات الخشبية للغابات 0.018

الغطاء النباتي للمروج والسهوب والأراضي الصالحة للزراعة 0.670

مجمع نباتات البحيرات والأنهار 14.0

العوالق النباتية البحرية 150.0

يساهم الانقسام المكثف لخلايا العوالق النباتية المجهرية ونموها السريع وقصر مدة وجودها في الدوران السريع للكتلة النباتية للمحيطات، والذي يحدث في المتوسط ​​خلال 1-3 أيام، في حين يستغرق التجديد الكامل للغطاء النباتي الأرضي 50 عامًا أو أكثر. لذلك، على الرغم من الكمية الصغيرة من الكتلة النباتية للمحيطات، فإن إجمالي إنتاجها السنوي يمكن مقارنته بإنتاج النباتات البرية.

في كل عام، يتم تشكيل حوالي 150 مليار طن من المواد العضوية الجافة في المحيط الحيوي من خلال عملية التمثيل الضوئي. في الجزء القاري من المحيط الحيوي، الأكثر إنتاجية هي الغابات الاستوائية وشبه الاستوائية، في الجزء المحيطي - مصبات الأنهار (أفواه الأنهار الممتدة نحو البحر) والشعاب المرجانية، وكذلك مناطق ارتفاع المياه العميقة - تقلبات المياه. يعد انخفاض إنتاجية النباتات أمرًا نموذجيًا بالنسبة للمحيطات المفتوحة والصحاري والتندرا.

المحيط الحيوي هو منطقة توزيع الكائنات الحية على كوكب الأرض. يصاحب النشاط الحيوي للكائنات إشراك العناصر الكيميائية المختلفة في تكوين أجسامها، والتي تحتاجها لبناء جزيئاتها العضوية. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل تدفق قوي للعناصر الكيميائية بين جميع المواد الحية على الكوكب وموائلها. وبعد موت الكائنات الحية وتحلل أجسامها إلى عناصر معدنية تعود المادة إلى البيئة الخارجية. هذه هي الطريقة التي يحدث بها التداول المستمر للمواد - وهو شرط ضروري للحفاظ على استمرارية الحياة. تتركز أكبر كتلة من الكائنات الحية عند حدود الاتصال بين الغلاف الصخري والغلاف الجوي والغلاف المائي. وفيما يتعلق بالكتلة الحيوية، يهيمن المستهلكون على المحيطات، بينما يهيمن المنتجون على الأرض. لا توجد على كوكبنا مادة أكثر نشاطًا وقوة جيوكيميائية من المادة الحية.