Satu set produk yang terbentuk tanpa penyertaan makhluk hidup. Tidak dapat dipisahkan dari Bumi

Bumi.

Biosfera ialah cangkang Bumi yang dihuni oleh organisma hidup dan diubah olehnya. Biosfera mula terbentuk tidak lewat daripada 3.8 bilion tahun yang lalu, apabila organisma pertama mula muncul di planet kita. Ia menembusi seluruh hidrosfera, bahagian atas litosfera dan bahagian bawah atmosfera, iaitu, ia mendiami ekosfera. Biosfera ialah keseluruhan semua organisma hidup. Ia adalah rumah kepada lebih daripada 3,000,000 spesies tumbuhan, haiwan, kulat dan bakteria. Manusia juga merupakan sebahagian daripada biosfera, aktivitinya melepasi banyak proses semula jadi dan, seperti yang dikatakan oleh V.I Vernadsky: "Manusia menjadi kuasa geologi yang kuat."

Naturalis Perancis Jean Baptiste Lamarck pada awal abad ke-19. mula-mula mencadangkan konsep biosfera, tanpa memperkenalkan istilah itu sendiri. Istilah "biosfera" telah dicadangkan oleh ahli geologi dan paleontologi Austria Eduard Suess pada tahun 1875.

Doktrin holistik biosfera dicipta oleh ahli biogeokimia dan ahli falsafah Soviet V. I. Vernadsky. Buat pertama kalinya, dia menugaskan organisma hidup peranan kuasa transformatif utama di planet Bumi, dengan mengambil kira aktiviti mereka bukan sahaja pada masa sekarang, tetapi juga pada masa lalu.

Terdapat satu lagi definisi yang lebih luas: Biosfera - kawasan pengedaran kehidupan pada badan kosmik. Walaupun kewujudan hidupan pada objek angkasa selain Bumi masih tidak diketahui, adalah dipercayai bahawa biosfera boleh meluas ke kawasan yang lebih tersembunyi, contohnya, dalam rongga litosfera atau di lautan subglasial. Sebagai contoh, kemungkinan kewujudan kehidupan di lautan Europa, satelit Musytari, sedang dipertimbangkan.

Lokasi biosfera

Biosfera merangkumi lapisan atas litosfera di mana organisma hidup, hidrosfera dan lapisan bawah atmosfera.

Sempadan biosfera

Komposisi biosfera

Bahan hidup- keseluruhan set badan organisma hidup yang mendiami Bumi adalah bersatu secara fizikal dan kimia, tanpa mengira gabungan sistematik mereka. Jisim bahan hidup adalah agak kecil dan dianggarkan pada 2.4...3.6⋅10 12 (dalam berat kering) dan membentuk kurang daripada satu juta daripada keseluruhan biosfera (lebih kurang 3⋅10 18 t), yang seterusnya, mewakili kurang seperseribu jisim Bumi. Tetapi ini adalah "salah satu kuasa geokimia yang paling kuat di planet kita," kerana organisma hidup bukan sahaja mendiami kerak bumi, tetapi mengubah rupa Bumi. Organisma hidup mendiami permukaan bumi dengan sangat tidak rata. Taburan mereka bergantung pada latitud geografi.
Nutrien- bahan yang dicipta dan diproses oleh organisma hidup. Semasa evolusi organik, organisma hidup melalui organ, tisu, sel, dan darah mereka beribu kali ganda ke atas sebahagian besar atmosfera, keseluruhan isipadu lautan dunia, dan jisim mineral yang besar. Peranan geologi bahan hidup ini boleh dibayangkan daripada deposit arang batu, minyak, batu karbonat, dll.
Bahan lengai- produk yang terbentuk tanpa penyertaan organisma hidup.
Bahan bioinert- bahan yang dicipta secara serentak oleh organisma hidup dan proses lengai, yang mewakili sistem keseimbangan dinamik kedua-duanya. Ini adalah tanah, kelodak, kerak luluhawa, dll. Organisma memainkan peranan utama di dalamnya.
Bahan yang mengalami pereputan radioaktif.
Atom bertaburan, terus menerus dicipta daripada semua jenis bahan bumi di bawah pengaruh sinaran kosmik.
Bahan asal kosmik.

Lapisan biosfera

Seluruh lapisan pengaruh kehidupan pada alam semula jadi yang tidak bernyawa dipanggil megabiosfera, dan bersama-sama dengan artebiosfera - ruang pengembangan manusia di ruang berhampiran Bumi - panbiosfera.

aerosfera

Substrat untuk kehidupan di atmosfera mikroorganisma (aerobion) adalah titisan air - kelembapan atmosfera, sumber tenaga adalah tenaga suria dan aerosol. Dari kira-kira puncak pokok hingga ketinggian lokasi awan kumulus yang paling biasa, tropobosfera (dengan tropobion; ruang ini adalah lapisan yang lebih nipis daripada troposfera) memanjang. Di atas adalah lapisan mikrobiota yang sangat jarang ditemui - altobiosfera (dengan altobionts). Di atas terdapat ruang di mana organisma menembusi secara rawak dan tidak kerap membiak - parabiosfera. Di atas ialah apobiosfera.

Geosfera

Geobiosfera didiami oleh geobion, substrat, dan sebahagiannya persekitaran hidup yang merupakan permukaan bumi. Geobiosfera terdiri daripada kawasan kehidupan di permukaan tanah - terrabiosfera (dengan terrabionts), dibahagikan kepada fitosfera (dari permukaan bumi ke puncak pokok) dan pedosfera (tanah dan tanah bawah; kadang-kadang ini termasuk keseluruhannya. kerak luluhawa) dan kehidupan di kedalaman Bumi - lithobiosfera (dengan lithobion hidup di dalam liang batu, terutamanya dalam air bawah tanah). Di altitud tinggi di pergunungan, di mana kehidupan tumbuhan yang lebih tinggi tidak lagi mungkin, bahagian altitud tinggi terrabiosfera terletak - zon aeolian (dengan aeolobionts). Lithobiosfera terpecah menjadi lapisan di mana kehidupan aerobik mungkin - hipoterrabiosfera, dan lapisan di mana hanya anaerob boleh hidup - tellurobiosphere. Kehidupan dalam bentuk tidak aktif boleh menembusi lebih dalam ke dalam hipobiosfera. Metabiosfera - semua batuan biogenik dan bioinert. Abiosfera terletak lebih dalam.

Hidrosfera

Hidrobiosfera - keseluruhan lapisan global air (tanpa air bawah tanah), didiami oleh hidrobionts - terurai menjadi lapisan perairan benua - aquabiosfera (dengan aquabionts) dan kawasan laut dan lautan - marinobiosphere (dengan marinobionts). Terdapat 3 lapisan - fotosfera yang diterangi agak terang, disfotosfera yang sentiasa sangat senja (sehingga 1% insolasi suria) dan lapisan kegelapan mutlak - afotosfera.

Di antara sempadan atas hipobiosfera dan sempadan bawah parabiosfera terletak biosfera yang betul - eubiosfera.

Sejarah perkembangan biosfera

Perkembangan hanya diperhatikan dalam bahan hidup dan bioinert yang berkaitan dengannya. Proses evolusi tidak nyata dalam bahan lengai planet kita.

Asal usul kehidupan

Kehidupan di Bumi berasal dari Archean - kira-kira 3.5 bilion tahun yang lalu di hidrosfera. Tinggalan organik tertua yang ditemui oleh ahli paleontologi adalah pada zaman ini. Umur Bumi sebagai planet bebas dalam sistem suria dianggarkan 4.5 bilion tahun. Oleh itu, kita boleh menganggap bahawa kehidupan timbul semasa peringkat juvana kehidupan planet ini. Di Archaea, eukariota pertama muncul - alga uniselular dan protozoa. Proses telah bermula

Generalisasi terbesar dalam kompleks sains bumi (geologi, geografi, geokimia, biologi) adalah doktrin biosfera, yang dicipta oleh saintis Rusia V.I. Setelah memulakan aktiviti saintifiknya (sebagai ahli geologi) dengan kajian batuan sedimen kerak bumi, V.I. Vernadsky mendedahkan peranan besar organisma hidup dalam proses geokimia yang kompleks di planet kita. Pada tahun 1926, bukunya "Biosphere" diterbitkan. Kerja ini menganalisis secara mendalam hubungan kompleks antara organisma hidup dan sifat tidak bernyawa Bumi. Kerjanya agak mendahului zamannya. Hanya pada separuh kedua abad kedua puluh, dengan latar belakang masalah alam sekitar yang semakin teruk, doktrinnya tentang biosfera menjadi meluas.

Unsur penting dalam pengajaran V.I. Vernadsky tentang biosfera adalah idea tentang kebergantungan dekat biosfera pada aktiviti manusia dan pemeliharaannya sebagai hasil hubungan manusia yang munasabah dengan alam semula jadi. Ahli sains itu menulis:

Kemanusiaan, diambil secara keseluruhan, menjadi kuasa geologi yang kuat. Di hadapannya, sebelum pemikiran dan kerjanya, timbul persoalan penstrukturan semula biosfera demi kepentingan manusia yang berfikiran bebas secara keseluruhan. Keadaan baru biosfera ini, yang kita mendekatinya tanpa menyedarinya, adalah noosfera. 1

Pada masa ini, doktrin biosfera adalah bahagian penting dalam ekologi, secara langsung berkaitan dengan masalah mengawal selia interaksi antara manusia dan alam semula jadi.

Istilah "biosfera" pertama kali digunakan oleh J. B. Lamarck pada awal abad ke-19. Ia kemudiannya disebut dalam karya ahli geologi Austria E. Suess pada tahun 1875. Walau bagaimanapun, konsep ini tidak dibangunkan secara terperinci oleh saintis ini, tetapi digunakan secara sepintas lalu untuk menetapkan kawasan kehidupan di Bumi. Hanya dalam karya V.I. Vernadsky ia dianalisis secara terperinci dan teliti dan difahami sebagai "cangkang kehidupan" di planet kita.

Biosfera memanggil keseluruhan semua organisma hidup di planet kita dan kawasan-kawasan kulit geologi Bumi yang didiami oleh makhluk hidup dan telah terdedah kepada pengaruh mereka semasa sejarah geologi.

Sempadan biosfera. Organisma hidup diagihkan secara tidak sekata dalam cangkang geologi Bumi: litosfera, hidrosfera dan atmosfera(Gamb. 1). Oleh itu, biosfera kini merangkumi bahagian atas litosfera, seluruh hidrosfera dan bahagian bawah atmosfera.

nasi. 1.Kawasan taburan organisma dalam biosfera:1 - tahap lapisan ozon, yang mengekalkan keras sinaran ultraungu; 2 - sempadan salji; 3 - tanah; 4 - haiwan yang tinggal di dalam gua; 5 - bakteria dalam minyak perigi

Litosfera ialah cangkerang pepejal atas Bumi. Ketebalannya berbeza antara 50–200 km. Pengagihan kehidupan di dalamnya adalah terhad dan berkurangan secara mendadak dengan kedalaman. Bilangan spesies yang sangat banyak tertumpu di lapisan atas, iaitu beberapa puluh sentimeter tebal. Sesetengah spesies menembusi ke kedalaman beberapa meter atau berpuluh-puluh meter (haiwan yang menggali - tahi lalat, cacing; bakteria; akar tumbuhan). Kedalaman terbesar di mana beberapa jenis bakteria telah ditemui ialah 3–4 km (dalam air bawah tanah dan ufuk yang mengandungi minyak). Penyebaran hidupan jauh ke dalam litosfera dihalang oleh pelbagai faktor. Penembusan tumbuhan adalah mustahil kerana kekurangan cahaya. Untuk semua bentuk kehidupan, ketumpatan dan suhu persekitaran, yang meningkat dengan kedalaman, juga menjadi halangan yang ketara. Secara purata, peningkatan suhu adalah kira-kira 3 °C untuk setiap 100 m Itulah sebabnya had bawah taburan kehidupan di litosfera dianggap sebagai kedalaman tiga kilometer (di mana suhu mencapai kira-kira +100 °C). .

Hidrosfera- cangkerang air Bumi ialah himpunan lautan, laut, tasik dan sungai. Tidak seperti litosfera dan atmosfera, ia dibangunkan sepenuhnya oleh organisma hidup. Malah di dasar Lautan Dunia, pada kedalaman kira-kira 12 km, pelbagai spesies makhluk hidup (haiwan, bakteria) ditemui. Walau bagaimanapun, sebahagian besar spesies hidup di hidrosfera dalam jarak 150-200 m dari permukaan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa cahaya menembusi kedalaman sedemikian. Akibatnya, di ufuk bawah kewujudan tumbuhan dan banyak spesies yang bergantung kepada tumbuhan untuk pemakanan adalah mustahil. Pengagihan organisma pada kedalaman yang besar dipastikan oleh "hujan" najis yang berterusan, sisa-sisa organisma mati yang jatuh dari lapisan atas, serta pemangsa. Hidrobion hidup dalam air tawar dan air masin dan dibahagikan kepada 3 kumpulan mengikut habitatnya:

1) plankton - organisma yang hidup di permukaan badan air dan bergerak secara pasif kerana pergerakan air;

2) nekton - bergerak aktif dalam lajur air;

3) benthos - organisma yang hidup di dasar takungan atau menggali kelodak.

Suasana- cangkang gas Bumi, yang mempunyai komposisi kimia tertentu: kira-kira 78% nitrogen, 21% oksigen, 1% argon dan 0.03% karbon dioksida. Biosfera hanya merangkumi lapisan terendah atmosfera. Kehidupan di dalamnya tidak boleh wujud tanpa hubungan langsung dengan litosfera dan hidrosfera. Tumbuhan berkayu besar mencapai ketinggian beberapa puluh meter, meletakkan mahkotanya ke atas. Haiwan terbang - serangga, burung, kelawar - naik ratusan meter. Sesetengah spesies burung pemangsa naik 3–5 km di atas permukaan bumi, mencari mangsanya. Akhirnya, arus udara yang meningkat secara pasif membawa bakteria, spora tumbuhan, kulat, dan biji benih berpuluh-puluh kilometer ke atas. Walau bagaimanapun, semua organisma terbang yang disenaraikan atau bakteria yang diperkenalkan hanya berada di atmosfera buat sementara waktu. Tiada organisma yang hidup secara kekal di udara.

Sempadan atas biosfera dianggap sebagai lapisan ozon, terletak pada ketinggian 30 hingga 50 km di atas permukaan Bumi. Ia melindungi semua hidupan di planet kita daripada sinaran suria ultraungu yang kuat, sebahagian besarnya menyerap sinaran ini. Kehidupan tidak boleh wujud di atas lapisan ozon.

Oleh itu, bahagian utama spesies organisma hidup tertumpu pada sempadan atmosfera dan litosfera, atmosfera dan hidrosfera, membentuk "filem kehidupan nipis" yang agak di permukaan planet kita.

Struktur dan fungsi biosfera. Biosfera - ini sistem ekologi global, yang terdiri daripada banyak ekosistem peringkat rendah, biogeocenoses, yang interaksi antara satu sama lain menentukan integritinya. Sesungguhnya, biogeocenoses tidak wujud secara berasingan - terdapat hubungan langsung dan hubungan antara mereka. Contohnya, angin, hujan dan air cair membawa mineral dan bahan organik daripada ekosistem daratan ke dalam biogeosenosis akuatik. Pergerakan organisma dari satu biogeocenosis ke biogeocenosis yang lain mungkin berlaku (contohnya, migrasi bermusim haiwan). Dan akhirnya, semua orang disatukan oleh atmosfera Bumi, yang berfungsi sebagai takungan biasa untuk makhluk hidup. Ia menerima oksigen (dibebaskan oleh tumbuhan semasa fotosintesis) dan karbon dioksida (dibentuk semasa respirasi organisma aerobik). Dari atmosfera, tumbuhan dari semua ekosistem menarik karbon dioksida, yang mereka perlukan dalam proses fotosintesis, dan semua organisma bernafas menerima oksigen.

Kewujudan biosfera adalah berdasarkan kitaran bahan yang berterusan, asas tenaganya ialah cahaya matahari (Rajah 2).

nasi. 2.Skim kitaran biogeokimia dalam biosfera. Betulrajah menunjukkan bahagian tanah sod-podzolik di bawah konifer hutan

Peredaran bahan dalam alam semula jadi antara bahan hidup dan bukan hidup adalah salah satu ciri paling ciri biosfera. Kitaran biologi ialah penghijrahan biogenik atom dari persekitaran ke dalam organisma dan daripada organisma ke dalam persekitaran. Biojisim juga melaksanakan fungsi lain:

1) gas - pertukaran gas berterusan dengan persekitaran luaran akibat pernafasan organisma hidup dan fotosintesis tumbuhan;

2) kepekatan - penghijrahan biogenik berterusan atom ke dalam organisma hidup, dan selepas kematiannya - ke alam tidak bernyawa;

3) redoks - pertukaran bahan dan tenaga dengan persekitaran luaran. Semasa disimilasi, bahan organik teroksida semasa asimilasi, tenaga ATP digunakan;

4) biokimia - transformasi kimia bahan yang membentuk asas kehidupan badan.

Biosfera Bumi adalah kompleks global yang kompleks yang menyatukan semua organisma hidup dan bahagian alam tidak bernyawa yang menukar tenaga dengan bahan hidup, mempengaruhinya dan dipengaruhi olehnya sendiri. Istilah "biosfera" muncul dalam sains terima kasih kepada J. Lamarck dan E. Suess pada abad ke-19. Walau bagaimanapun, doktrin biosfera dicipta hanya pada awal abad ke-20, dan sumbangan besar kepada pembangunannya dimiliki oleh saintis Soviet yang cemerlang V.I. Dia adalah orang pertama yang menganggap fungsi semua makhluk hidup dan interaksi mereka dengan planet ini sebagai proses dinamik yang kompleks.

Vernadsky juga memberi perhatian kepada era apabila biosfera timbul, iaitu, peringkat terawal sejarah Bumi.

Had taburan kehidupan di Bumi

Sempadan biosfera ditentukan oleh kesesuaian keadaan fizikal dan kimia untuk kewujudan organisma hidup. Had bawah taburan hidupan dianggap sebagai isoterma 100 °C dalam litosfera, terletak pada kedalaman kira-kira 6 km, atau dasar lautan (kira-kira 11 km). Walau bagaimanapun, anggaran ini mungkin dipandang remeh, kerana terdapat organisma ekstremofil laut dalam yang boleh bertolak ansur dengan suhu melebihi 200 °C (air tidak mendidih di sana pada tekanan tinggi). Jadi litosfera secara teorinya boleh didiami lebih dalam, tetapi secara umum, kehidupan aktif hampir tidak mungkin di bawah 3-4 km.

Sempadan atas biosfera ditentukan oleh ketinggian lapisan ozon dan tidak naik melebihi 15-20 km. Malah, organisma hidup boleh aktif pada ketinggian sehingga 8-9 km. Secara umumnya, kehidupan sangat pelbagai dan boleh menyesuaikan diri dengan pelbagai keadaan. Tetapi bila dan bagaimana semua kekayaan ini timbul?

Makmal di planet muda

Sintesis organik utama mungkin berlaku dalam awan protoplanetri habuk gas pada peringkat awal pembentukan Sistem Suria. Jadi Bumi yang baru lahir mungkin sudah mengandungi jumlah bahan organik ringkas yang mencukupi.

Terdapat juga bukti geologi bahawa rejim suhu Bumi sejak awal lagi (umur planet kita ialah 4.5-4.6 bilion tahun) membenarkan kewujudan air dalam fasa cecair. Penyahgasan tanah bawah mesti berlaku dengan agak aktif, kerana planet ini belum mempunyai kerak tebal. Gunung berapi mencipta atmosfera utama dan hidrosfera dan membekalkan bahan aktif kimia. Meteorit dan komet jatuh ke permukaan. Kitaran geokimia melibatkan banyak bahan yang secara berterusan memasuki tindak balas, berubah menjadi sebatian baru, dan mereka, seterusnya, bertindak balas antara satu sama lain.

Autocatalysis - enjin kemajuan

Tetapi bagaimana sistem hidup yang paling primitif boleh muncul daripada campuran bahan-bahan tersebut? Untuk masa yang lama, ramai saintis menganggap pencarian jawapan kepada soalan ini adalah sia-sia. Masalahnya timbul hanya pada awal 1980-an, apabila teori sistem penyusunan diri telah ditambah kepada penyelesaiannya.

Biarkan beberapa tindak balas berlaku pada satu substrat. Kemudian yang lebih perlahan akan mula pudar dan berhenti, iaitu digantikan oleh yang deras. Oleh itu, sudah pada peringkat awal evolusi prabiologi, pemilihan semula jadi mula bertindak. Tindak balas rantai (autocatalytic) yang dipercepatkan oleh produk mereka sendiri mempunyai kelebihan. Pada peringkat organisasi seterusnya - kitaran autokatalitik dan kitaran hiper - proses juga dipilih untuk kecekapan dan kerumitan, kerana selepas mencapai tahap tertentu kerumitan sistem menjadi mampan sendiri dan boleh meningkat.

Perlu diingatkan bahawa termodinamik klasik tidak berkuasa untuk membantu dengan persoalan bagaimana dan bila biosfera timbul, dan semua kesimpulan ini dibuat oleh saintis dalam rangka nonequilibrium, termodinamik Prigogine. Dalam konteks ini, kehidupan ditakrifkan sebagai proses penyusunan diri kimia berdasarkan autokatalisis sebatian karbon berat molekul tinggi di bawah keadaan bukan keseimbangan, dan seseorang boleh mempertimbangkan persekitaran primitif yang hidup - lopak di mana tindak balas yang disebutkan berlaku. Ia benar-benar bahan hidup - tanpa makhluk. Biosfera primer sedemikian boleh dikatakan sama umur dengan Bumi. Walau apa pun, jika ia lebih muda daripada planet kita, maka tidak banyak.

Dunia RNA dan makhluk hidup pertama

Menurut teori yang sangat menjanjikan yang telah berjaya dibangunkan baru-baru ini, organisma pertama, yang diasingkan daripada persekitaran luaran, muncul berdasarkan kitaran RNA. Mereka masih tidak mempunyai DNA mahupun protein.

DNA dalam organisma moden menyimpan maklumat keturunan, protein melakukan kerja aktif dalam sel, RNA secara amnya berfungsi sebagai sejenis perantara - ia membaca maklumat dan memastikan sintesis protein. Kedua-dua DNA dan protein tidak berdaya tanpa satu sama lain dan tanpa RNA, tetapi dia boleh melakukan segala-galanya - diakui, lebih teruk daripada "pakar sempit," tetapi pada mulanya ini mungkin bukan kelemahan kritikal. Jika tidak, kita perlu mengakui bahawa pada beberapa peringkat evolusi kimia serta-merta mencipta DNA, RNA, protein, memasukkannya ke dalam sel pertama dan fungsi yang diedarkan dengan ketat - kebarangkalian ini benar-benar kecil.

RNA primitif pertama, dalam apa jua keadaan, telah disintesis dengan lebih cekap daripada bahan organik berat molekul rendah daripada "heliks berganda" yang kompleks. Secara selari, terdapat proses pembentukan coacervates - titisan lipid air, prekursor membran sel. Dan sebaik sahaja "penyelesaian hidup" RNA membungkus dirinya dalam cangkang coacervate, organisma autonomi pertama muncul. Filem membran mengekalkan kecerunan kimia antara rongga dalaman dan persekitaran, menghalang bahan hidup daripada melesap - ini menjadi kelebihan yang besar.

Dalam perkembangan selanjutnya biosfera, baton dalam penyimpanan maklumat keturunan telah diambil alih oleh DNA, yang memastikan ketepatan yang lebih besar telah diambil alih oleh protein yang dicap dengan RNA yang sama, tetapi yang terakhir tidak kekal terbiar. Lagipun, tanpanya sel itu mati.

Jejak kehidupan purba dalam batu dan gen

Para saintis terpaksa mencari jawapan kepada soalan tentang bagaimana dan bila biosfera timbul dan apakah sejarah awalnya dalam model teori dan eksperimen makmal, kerana permukaan utama Bumi telah lama dimusnahkan oleh proses geologi berikutnya.

Jejak kehidupan tertua setakat ini telah ditemui di Greenland, Kanada, dan Australia. Yang paling boleh dipercayai daripada mereka bermula sejak 3.7 bilion tahun yang lalu dan menunjukkan bahawa walaupun pada masa itu terdapat komuniti mikroorganisma yang kompleks, sebahagian daripadanya berfotosintesis (cyanobacteria atau pendahulunya).

Satu lagi arah penyelidikan terletak dalam bidang biologi molekul. Memandangkan semua spesies hidup adalah saudara, adalah mungkin, dengan membina pokok filogenetik spesies, untuk lebih kurang menentukan masa apabila "Leluhur Sejagat Terakhir" (LUCA) wujud. Ini bukan organisma pertama di Bumi, tetapi ia hidup sangat lama dahulu - menurut saintis, kira-kira 4 bilion tahun yang lalu. Untuk organisma ini, set gen yang tepat telah ditentukan, tetapi tidak diketahui sama ada "Luka" adalah spesies mikroorganisma yang berasingan atau komuniti spesies yang bertukar-tukar bahan keturunan.

Kehidupan sedang mengubah planet ini

Malah pada peringkat awal kewujudannya, biosfera secara aktif mengambil bahagian dalam evolusi Bumi. Merit yang paling penting bagi organisma uniselular Precambrian purba adalah, sudah tentu, penciptaan suasana pengoksidaan yang stabil. Tetapi kehidupan juga mempunyai kesan yang besar terhadap sifat pemendapan dan pembentukan bijih. Sebagai contoh, deposit bijih besi yang paling penting, seperti anomali magnet Kursk, terbentuk kerana aktiviti bakteria fotosintesis di lautan era Paleoproterozoik 2.5-2 bilion tahun yang lalu.

Setelah sampai ke darat, kehidupan mula bekerja pada landskap. Sebenarnya, ia adalah biosfera yang mencipta tanah seperti itu. Lagipun, sehingga tanah timbul dan tumbuh-tumbuhan yang lebih tinggi tersebar, tidak ada sempadan "takungan tanah" yang jelas, aliran air ke lautan adalah berasaskan kawasan, dan tidak ada dasar sungai yang stabil.

Semua orang tahu tentang minyak dan arang batu. Tetapi banjaran gunung Himalaya, Alps, dan Caucasus terdiri daripada batu kapur, dan kebanyakan batu ini berasal dari biogenik. Gunung-gunung ini pernah menjadi haiwan laut. Cengkerang mereka, dari yang terkecil hingga yang terbesar, membentuk beberapa batuan sedimen yang paling biasa.

Fungsi biosfera

Kami melihat beberapa contoh bagaimana kehidupan mengubah wajah planet ini. Mari kita ringkaskan apa yang diketahui tentang fungsi biosfera.

Pertama, ia terlibat dalam mengubah dan mengekalkan komposisi atmosfera dan perairan semula jadi. Kedua, ia mengangkut, serta terkumpul atau tersebar, iaitu, mengagihkan semula pelbagai bahan. Ketiga, ia melaksanakan fungsi membentuk persekitaran. Semua ini boleh diringkaskan sebagai proses menyusun dan menstabilkan kitaran geokimia Bumi. Ia dijalankan kerana penyerapan, transformasi, pengumpulan dan pembebasan tenaga suria oleh komponen struktur yang dikenal pasti oleh Vernadsky dalam doktrin biosferanya: satu set organisma hidup, biogenik, bioinert dan bahan lengai.

Tidak dapat dipisahkan dari Bumi

Dari saat biosfera timbul (walaupun kemungkinan besar tidak ada saat yang tepat), semua komponennya berinteraksi rapat antara satu sama lain dan dengan seluruh cangkang geologi planet - atmosfera, hidrosfera, litosfera. Sistem biosfera bumi diliputi oleh banyak maklum balas positif dan negatif pada pelbagai peringkat - daripada biogeosenosis individu kepada proses global pada skala masa geologi.

BIOSFERA, cangkang Bumi di mana kehidupan wujud. Biosfera merangkumi bahagian bawah atmosfera (15–20 km), bahagian atas litosfera dan seluruh hidrosfera. Sempadan bawah menurun purata 2–3 km di darat dan 1–2 km di bawah dasar laut. Istilah "biosfera" diperkenalkan oleh ahli geologi Austria E. Suess pada tahun 1875, manakala asas-asas doktrin biosfera, yang relevan dalam sains moden, telah dibangunkan oleh V.I Vernadsky.

Biosfera terdiri daripada komponen hidup, atau biotik, dan tidak hidup, atau abiotik. Komponen biotik ialah keseluruhan set organisma hidup (menurut Vernadsky - "bahan hidup"). Komponen abiotik ialah gabungan tenaga, air, unsur kimia tertentu dan keadaan tak organik lain di mana organisma hidup wujud.

Kehidupan di biosfera bergantung kepada aliran tenaga dan peredaran bahan antara komponen biotik dan abiotik. Kitaran bahan dipanggil kitaran biogeokimia. Kewujudan kitaran ini dipastikan oleh tenaga Matahari. Bumi menerima lebih kurang. 1.3ґ10 24 kalori setahun. Kira-kira 40% daripada tenaga ini dipancarkan semula ke angkasa; 15% diserap oleh atmosfera, tanah dan air; selebihnya tenaga adalah cahaya yang boleh dilihat, sumber tenaga utama untuk semua kehidupan di Bumi.

Kehidupan mustahil tanpa air. Air adalah sumber hidrogen, salah satu unsur terpenting yang terdapat dalam organisma hidup. Tindak balas metabolik dalam organisma berlaku dalam fasa cecair, dan air adalah medium dari mana organisma mengambil nutrien dan daripadanya produk akhir metabolisme (sisa) dikeluarkan. Air membentuk 50 hingga 95% daripada berat organisma hidup. Proses penyejatan dalam tumbuhan memainkan peranan penting dalam kitaran air. Tumbuhan menyerap air melalui akarnya dan memperoleh garam yang terlarut di dalamnya. Air menyejat melalui daun. Semasa musim tumbuh, tanaman bijirin di kawasan seluas 1 hektar menguap lebih kurang. 4,000,000 liter air, tetapi hanya 0.4% daripada jumlah ini digunakan secara langsung dalam proses fotosintesis. Untuk mendapatkan 1 kg bijirin diperlukan lebih kurang. 500 liter air. Jelas sekali, tumbuhan memerlukan sejumlah besar air, dan oleh kerana pengguna memakan tumbuhan, jumlah keperluan air mereka jauh lebih tinggi daripada jumlah yang mereka serap secara langsung. Sebagai contoh, seseorang memerlukan lebih kurang. 2.1 liter air sehari, tetapi untuk mendapatkan jumlah makanan yang dia makan sehari, 10,000 liter air lagi diperlukan.

Mengekalkan keseimbangan dinamik antara komponen biotik dan abiotik biosfera adalah syarat yang diperlukan untuk kewujudan semua bentuk kehidupan. Kesan manusia terhadap biosfera, disertai dengan kemerosotan kualiti air, penebangan hutan, atau pembebasan bahan pencemar ke atmosfera, boleh mengancam kehidupan di Bumi.

Jika anda lulus dari Fakulti Biologi, maka anda mungkin tahu apa itu biosfera. Bagi orang lain yang tidak tahu apa yang dipanggil biosfera, mari kita terangkan bahawa biosfera adalah cangkang Bumi yang didiami oleh tumbuh-tumbuhan, haiwan, mikroorganisma, manusia dan diubah oleh mereka. Ini adalah kawasan kewujudan organisma hidup di Bumi. Takrifan ini betul jika anda percaya aksiom bahawa hanya planet kita yang mempunyai monopoli ke atas kehidupan.

Menerima hipotesis bahawa bentuk hidup wujud di luar sempadannya, boleh dikatakan bahawa biosfera boleh terletak bukan sahaja di Bumi. Memandangkan, menurut penyelidik, kawasan kewujudan dan aktiviti organisma hidup terdapat walaupun dalam rongga tersembunyi seperti lautan subglasial, andaian seperti itu tidak kelihatan hebat. Sebagai contoh, terdapat kebarangkalian tinggi kehadiran makhluk hidup di Europa, satelit Musytari.

Navigasi pantas melalui artikel

Sejarah istilah

Untuk pertama kalinya dalam biologi, istilah "biosfera" diperkenalkan oleh saintis Austria Eduard Suess pada tahun 1875. Sekarang anda tahu pada tahun berapa istilah itu muncul. Tetapi lama sebelum istilah "biosfera" diperkenalkan oleh Suess, prinsipnya mula-mula digunakan dan dirumuskan secara terperinci oleh penyelidik Perancis Jean Baptiste Lamarck. Benar, Lamarck mempunyai nama yang berbeza untuk istilah itu.

Biosfera, yang diterjemahkan dari bahasa Yunani bermaksud "sfera kehidupan," dianggap sebagai sistem organisma hidup yang wujud dalam hubungan rapat dengan unsur mineral dan tertakluk kepada pengaruhnya. Dan hanya ahli akademik dan ahli falsafah Soviet Vernadsky yang mengambil kira faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan seluruh dunia sekeliling.

Terima kasih kepada ini, dipercayai bahawa saintis ini adalah pengarang dan pencipta doktrin fungsional intipati biosfera, yang diiktiraf hari ini di seluruh dunia. Beliau adalah orang pertama yang memperkenalkan kepada sains banyak definisi yang digunakan oleh saintis di seluruh dunia, termasuk idea tentang struktur hierarki biosfera. Vernadsky menulis bahawa bahan hidup mempunyai pengaruh yang ketara terhadap proses transformasi planet dan strukturnya. Beliau menerangkan secara terperinci komposisi dan fungsi biosfera.

Di manakah terletaknya biosfera?

Mari kita pertimbangkan apa yang termasuk dalam biosfera. Had biosfera jauh ke dalam permukaan bumi menjangkau beberapa kilometer. Seluruh ketebalan perairan laut dan lautan dipenuhi dengan organisma hidup, sehingga ke lekukan yang paling dalam. Had atas kewujudan organisma hidup adalah lebih kurang 45 kilometer di atas permukaan dan dihadkan oleh lapisan ozon. Ia memainkan peranan penting dalam kewujudan biosfera, melindungi permukaan bumi daripada sinaran kosmik yang merosakkan yang membunuh semua hidupan.

Sains percaya bahawa biosfera terdiri daripada tiga cangkang:

litosfera;
hidrosfera;
suasana.

Litosfera, sebagai komponen paling padat cangkerang biosfera, bermula di permukaan Bumi dan memanjang beberapa kilometer ke bawah. Ini adalah cangkang geologi dalam biosfera. Habitat organisma hidup di bawah tanah adalah terhad. Apabila jarak dari permukaan meningkat, suhu meningkat. Pada kedalaman tertentu, kehidupan adalah mustahil kerana suhu dan tekanan terlalu tinggi.

Hidrosfera sebagai medium yang menduduki sebahagian besar permukaan bumi terdiri daripada air. Keseluruhan jisim air yang termasuk dalam biosfera tidak sekata tepu dengan organisma hidup. Kebanyakannya terdapat di permukaan, berhampiran daratan dan di bahagian bawah.

Apabila orang bercakap tentang atmosfera, mereka biasanya bermaksud lapisan dari atas pokok hingga ke bawah lapisan ozon. Ini adalah cangkang dengan ketumpatan paling rendah. Biosfera tidak termasuk lapisan atmosfera yang terletak di atas lapisan ozon.

Biosfera dan komponennya

Biologi percaya bahawa biosfera merangkumi empat jenis jirim. Berikut adalah spesies yang menentukan komposisi dan struktur biosfera:

Bahan-bahan ini membentuk biosfera. Sebagai tambahan kepada mereka, biosfera termasuk:

bahan asal kosmik;
unsur radioaktif;
atom bertaburan yang terbentuk semasa pemisahan bahan di bawah pengaruh sinaran kosmik.

Biosfera difahami sebagai komuniti semua organisma hidup di planet ini. Bumi didiami oleh kira-kira 3 juta spesies pelbagai makhluk hidup. Cuba dan huraikan mereka! Anda boleh keliru dengan variasi sedemikian! Kita tidak dapat membayangkan kewujudan banyak daripada mereka. Mereka hidup dalam keadaan yang berbeza, yang menjadikan mereka berbeza antara satu sama lain. Organisma berinteraksi antara satu sama lain dalam sempadan biogeosenosis individu. Dan struktur biosfera adalah struktur yang disusun dalam bentuk banyak biogeocenosis. Dengan kata lain, biosfera termasuk biogeocenosis. Keadaan mereka adalah syarat yang diperlukan untuk kewujudan dan perkembangan biosfera. Oleh itu, biogeocenoses dipanggil blok bangunan yang membentuk biosfera planet. Biosfera ialah keseluruhan semua biogeocenosis planet ini. Semua komponen biosfera adalah penting. Jika salah satu daripadanya rosak, keseluruhan bangunan akan menjadi kurang stabil. Biosfera secara keseluruhannya dipengaruhi oleh keadaan setiap biogeocenosis.

Asal usul dan perkembangan kehidupan di Bumi

Terdapat banyak versi dari mana cangkerang hidup Bumi berasal. Oleh kerana tiada maklumat yang boleh dipercayai, banyak versi dipanggil. Ada yang benar-benar yakin akan asal usul ilahi. Yang lain percaya bahawa ini, secara umum, adalah kebetulan yang jarang berlaku yang mencipta organisma hidup daripada satu set unsur tidak bernyawa. Yang lain percaya bahawa nenek moyang semua kehidupan di planet kita datang dari angkasa lepas.

Malah terdapat versi separa fiksyen bahawa penjelajah dari galaksi lain tiba di Bumi, memilih tempat untuk membina koloni baharu. Mereka memutuskan bahawa planet ini tidak berguna, dan apabila mereka terbang jauh, mereka meninggalkan sampah. Tinggalan biologi yang terdapat di dalamnya berfungsi sebagai asas kepada asal usul kehidupan di Bumi.

Jika anda mempunyai versi anda sendiri tentang cara proses ini berjalan, huraikan dan terangkan. Ia mempunyai hak yang sama untuk wujud seperti yang sebelumnya. Ini adalah persoalan falsafah.

Mari kita terangkan secara ringkas bagaimana kehidupan muncul dan berkembang di Bumi.

Proses global yang menyebabkan kemunculan dan penyebaran organisma hidup bermula di hidrosfera. Kemudian hidupan dari cangkang biosfera ini merebak ke darat. Transformasi selanjutnya telah disempurnakan oleh proses yang berlaku dalam biosfera. Tumbuhan tanah yang baru muncul mula secara aktif mengubah komposisi atmosfera dan strukturnya, menjadikan planet ini lebih sesuai untuk kehidupan organisma kompleks. Komposisi kimia biosfera berubah. Melalui fotosintesis, oksigen yang diperlukan untuk pernafasan haiwan dihasilkan. Di lapisan atas atmosfera, sebahagian daripada oksigen telah ditukar menjadi ozon, yang berfungsi sebagai perlindungan terhadap sinaran kosmik.

Di atmosfera utama planet ini, dengan nyahcas elektrik yang kuat, serta di bawah pengaruh sinaran ungu pagi dan sinaran tinggi, sebatian organik boleh terbentuk yang terkumpul di lautan

Biosfera merangkumi kemanusiaan - mahkota alam semula jadi. Peranan biosfera untuk kewujudan manusia sebagai spesies biologi adalah penting. Orang ramai cukup bijak untuk mengubah suai alam sekitar secara sengaja, menjadikannya lebih sesuai untuk habitat mereka.

Sistem yang dicipta oleh alam semula jadi adalah sempurna, tetapi patut difikirkan sama ada ia kekal?

Faktor antropogenik mempunyai kesan aktif terhadap unsur-unsur biosfera, yang tidak selalu memberi kesan positif kepada alam sekitar. Kami memusnahkan wakil biosfera lain di Bumi, mencemarkan atmosfera dan Lautan Dunia, mencipta sinaran elektromagnet, dan mengubah iklim. Akibat bencana buatan manusia yang berlaku di planet ini sejak separuh kedua abad yang lalu perlu diatasi selama beberapa dekad. Alam sekitar telah rosak. Senjata pemusnah besar-besaran buatan manusia, jika digunakan, boleh memusnahkan kehidupan di Bumi.

Pada masa ini, aktiviti manusia menimbulkan ancaman kepada kewujudan bukan sahaja spesiesnya sendiri, tetapi juga semua makhluk hidup. Jika langkah tidak diambil, maka manusia tidak mempunyai masa depan. Apakah jalan keluar dari situasi ini?

Penyelesaian itu pertama kali dicadangkan oleh V.I. Beliau mencadangkan bahawa masa depan biosfera ditentukan oleh manusia. Dia akan mencipta sistem baru yang selesa untuk organisma hidup untuk hidup bersama, berkembang dan membiak. Untuk persekitaran baru ini dia menggunakan istilah "noosfera". Beberapa syarat diperlukan untuk pembentukan noosfera:

penempatan Homo sapiens di seluruh planet dan kedudukan dominannya ke atas spesies biologi lain;
revolusi dalam pembangunan komunikasi dan kemungkinan komunikasi pantas antara mana-mana sahaja di planet ini;
kemungkinan kemunculan dan penggunaan aktif tenaga nuklear;
sikap demokratik berlaku dalam masyarakat dunia, memberikan orang ramai yang lebih tuas kawalan sebenar;
Sebahagian besar penduduk dunia terlibat dalam aktiviti saintifik.

Mungkin beberapa perkara kedengaran naif, tetapi jangan lupa bahawa postulat ini telah dikemukakan beberapa dekad yang lalu oleh seorang lelaki yang mengkaji proses global pembangunan manusia dan persekitarannya.

Satu lagi arah di mana manusia bergerak adalah percubaan untuk mencipta biosfera secara bebas. Adalah diketahui bahawa biosfera adalah sistem terbuka dalam ekologi, yang memerlukan kemasukan berterusan tenaga suria, dan dengan sendirinya menghasilkan haba. Dan biosfera, yang akan dicipta secara buatan, mengandaikan kewujudan autonomi dalam persekitaran yang bermusuhan dengan manusia. Dan strukturnya sepatutnya membantu menyelesaikan masalah ini.

Kepentingan biosfera untuk manusia adalah sangat besar. Kita tidak dapat bertahan tanpanya. K. E. Tsiolkovsky memperkenalkan idea penciptaan mereka ke dalam kesusasteraan saintifik mengenai penerokaan angkasa lepas. Sistem sedemikian adalah biosfera buatan. Konsep ini pertama kali digunakan oleh Tsiolkovsky. Jika dicipta semula di planet lain, ketebalan biosfera akan menyediakan keadaan yang membolehkan manusia untuk terus hidup. Setakat ini tidak mungkin untuk mendapatkan biosfera bebas, tetapi penyelidikan ke arah ini diteruskan.

Biosfera buatan

Setiap orang menjaga rumah, kereta, dan menjaga anak-anaknya. Biosfera yang mengelilingi kita juga merupakan rumah kita. Kita hidup di dalamnya dan menikmati faedahnya. Tetapi jika ia dimusnahkan, kami tidak akan mempunyai tempat tinggal, dari mana kami membuat kesimpulan bahawa kami harus menjaga rumah ini supaya kami dapat mewariskannya kepada keturunan kami. Dan dia akan menjadi bersih dan cantik.