Co daje biosfera? Właściwości biosfery niezbędne do powstania i kontynuacji życia

Biosfera jest siedliskiem istot żywych. Pochodzenie życia jest ściśle związane z rozwojem skorup ziemskich. Rozpoczął swoje powstawanie około 4 miliardów lat temu, wtedy na naszej planecie pojawiły się pierwsze oznaki życia.

Powstawanie biosfery i jej stopniowe powstawanie wynika z wpływu wielu czynników: wpływu energii kosmicznej na Ziemię, rozwoju organizmów żywych i ludzkości.

Termin biosfera został wprowadzony przez austriackiego naukowca Suessa już w XIX wieku, zidentyfikował wszystkie skorupy Ziemi, ale szczegółowo je opisał w XX wieku. krajowy naukowiec V.I. Wiernadskiego (pierwszy prezes Ukraińskiej Akademii Nauk). Opisał granice biosfery i opracował jednolitą doktrynę biosfery.

Właściwości biosfery niezbędne do powstania i kontynuacji życia

  • Dostępność CO 2 i tlenu;
  • woda jest źródłem życia na ziemi, obecnością zarówno zbiorników słodkowodnych, jak i słonych;
  • regulacja temperatury: brak nagłych zmian, bardzo wysokie i niskie odczyty;
  • dostarczanie pożywienia wszystkim żywym istotom;

Nadal nie ma jednolitej definicji. Istnieją trzy wersje tego, czym jest biosfera:

  1. Całkowita masa wszystkich żywych istot żyjących w skorupach ziemi to biosfera.
  2. Organizmy i miejsca ich wspólnego życia tworzą biosferę.
  3. Jest to konsekwencja długiego życia stworzeń, które żyły na długo przed naszymi czasami.

Geolodzy uważają pierwszy punkt widzenia za słuszny, gdyż pozostałe nie mają oparcia teoretycznego.

Biosfera rozciąga się na całą powierzchnię Ziemi (góry, pola, rzeki, morza, oceany) i stwarza warunki do życia wszystkich organizmów. Człowiek jest także elementem.

Granice


Granice biosfery w km

Jak wyznaczane są granice biosfery?

Ponieważ Życie jest głównym składnikiem biosfery, jej granice wyznacza zdolność jednostek do przetrwania w warunkach środowiskowych. W górnych warstwach promieniowanie ultrafioletowe nie pozwala na rozwój organizmów żywych - wyznacza to górną granicę biosfery. Wysokie temperatury w głębi ziemi stanowią podstawę życia.

Atmosfera– warstwa powietrza kuli ziemskiej, składa się z azotu, tlenu, dwutlenku węgla itp. Chroni Ziemię przed przegrzaniem, działaniem promieniowania kosmicznego, ultrafioletowego i meteorytów. Atmosfera dzieli się na: troposferę, stratosferę i jonosferę.

Troposfera(warstwa ozonowa Ziemi) to górna granica biosfery, położona na wysokości 20 km.

Stratosfera– położone na wysokości 50 km n.p.m. powietrze rozrzedza się, nagrzewa, wzrasta stężenie ozonu, warunki stają się nieodpowiednie do życia.

Jonosfera– powierzchniowa warstwa atmosfery, podatna na działanie promieniowania kosmicznego, a przez to silnie zjonizowana.

Litosfera– skorupa ziemska, solidna warstwa sięgająca do głębokości 200 km. Biosfera odnosi się do górnej sfery zamieszkanej przez organizmy żywe. Dolna granica litosfery sięga 4 km, czyli głębokości, na której znaleziono bakterie. Spadając niżej, temperatura wzrasta, osiągając 100 stopni, co jest niezgodne z istnieniem organizmów żywych, następuje denaturacja białek i wszystkie żywe istoty umierają.

Hydrosfera– zespół wód powierzchniowych i podziemnych. To jedna z powłok naszej planety, która otacza kontynenty i wyspy, stanowiąc 70% powierzchni globu. Dolna granica biosfery znajduje się na głębokości około 11 km. (w regionie Pacyfiku).


Warstwy biosfery

Eubiosfera– główna warstwa biosfery. Warstwa ta trwale zamieszkuje 99,9% istot żywych. Szerokość ebiosfery wynosi 12-17 km.

Parabiosfera, metabiosfera– odpowiednio górna i dolna warstwa bisosfery, w której życie przypadkowo opada, jest sprowadzana z ebiosfery.

Abiosfera I abiosfera- warstwy najwyższe i najniższe, gdzie życie nie może przedostać się nawet przez przypadek.

W zależności od siedliska organizmów żywych wyróżnia się:

  • Aerobiosfera(życie odbywa się dzięki wilgoci atmosferycznej i energii słonecznej, od wierzchołków drzew po stratosferę);
  • geobiosfera(organizmy zamieszkują glebę, powierzchnię ziemi, drzewa);
  • hydrobiosfera(wszystkie struktury wodne zasiedlone przez hydrobionty, z wyłączeniem wód gruntowych).

Struktura biosfery i jej skład

Żywa materia Wernadski opisał ją jako całkowitą liczbę wszystkich żywych organizmów zamieszkujących planetę w danym okresie.

Podstawowe właściwości:

  • Zawiera ogromną ilość energii;
  • szybkość reakcji w żywym organizmie jest większa niż w sztucznie stworzonych warunkach;
  • składniki żywej materii są trwałe tylko w żywym organizmie;
  • zdolność do istnienia w różnych warunkach, wypełniając całą przestrzeń. Wernadski nazwał to zjawisko „wszechobecnością życia”;
  • jednostki są zawsze częścią ekosystemu;
  • materia żywa ewoluuje, nabiera nowych właściwości i przystosowuje się do zmienności środowiska zewnętrznego.

Odżywka- produkty życiowej aktywności istot żywych. Organizmy w ciągu swojego życia wielokrotnie przechodzą przez wszystkie składniki biosfery, w ten sposób powstają złoża ropy, gazu, węgla, torfu itp.

Substancja obojętna– powstaje bez udziału materii żywej (skały niebiogenne, minerały).

Substancja bioinertna– powstałe w wyniku interakcji materii ożywionej i nieożywionej (woda, atmosfera gruntowa, gleba).


Żywa materia nie jest równomiernie rozłożona na rozległych obszarach Ziemi, jej stężenie wzrasta w pobliżu płaszczyzny równikowej, na biegunach planety jest niewiele życia.

Nagromadzenia organizmów żywych zlokalizowane są na granicach warstw biosfery: na dnie oceanu przebiega granica między litosferą a hydrosferą, w wodach powierzchniowych Oceanu Światowego przebiega granica między hydrosferą a hydrosferą atmosfera, na granicy litosfery i atmosfery znajduje się gleba - siedlisko mikroorganizmów, owadów i innych zwierząt. Miejsca te stwarzają sprzyjające warunki do życia: wysokie stężenie tlenu, dostęp do światła słonecznego, wilgoci i składników odżywczych.

Stosunek gatunków organizmów żywych pokazuje przewagę roślinności, zajmuje 99% wszystkich żywych istot, zwierząt - 1%, ludzi - 0,0002%.

Funkcje biosfery

Energia– akumulacja promieniowania słonecznego w procesie fotosyntezy (przekształcenia energii słonecznej za pomocą barwników roślinnych w wiązania organiczne) i jej przemiana, a następnie dystrybucja pomiędzy wszystkimi organizmami żywymi.

Gazotwórcze– utrzymanie stabilnego składu gazowego atmosfery (emisja tlenu, absorpcja dwutlenku węgla).

Stężenie– koncentrują substancje chemiczne w organizmie, tworząc następnie minerały.

Cykl materii w biosferze

Rośliny w procesie wzrostu i rozwoju wykorzystują minerały z gleby, pobierają wodę za pomocą korzeni, przetwarzają energię słoneczną, tworzą substancje organiczne z substancji nieorganicznych, absorbują dwutlenek węgla z powietrza atmosferycznego przez liście i uwalniają tlen w procesie fotosyntezy.

Zwierzęta i ludzie oddychają tlenem i korzystają z substancji organicznych wytwarzanych przez rośliny. Po śmierci nagromadzone substancje organiczne roślin i zwierząt rozkładają się pod wpływem mikroorganizmów i zamieniają się w stan nieorganiczny.

Proces przemiany energii i materii zaczyna się od nowa – to cykl życia.

Biosfera to skorupa Ziemi zamieszkana przez organizmy żywe i przez nie przekształcona. Biosfera zaczęła się kształtować nie później niż 3,8 miliarda lat temu, kiedy na naszej planecie zaczęły pojawiać się pierwsze organizmy. Przenika całą hydrosferę, górną część litosfery i dolną część atmosfery, czyli zasiedla ekosferę. Biosfera to całość wszystkich żywych organizmów. Jest domem dla ponad 3 000 000 gatunków roślin, zwierząt, grzybów i bakterii. Człowiek jest także częścią biosfery, jego działalność przewyższa wiele naturalnych procesów i, jak powiedział V.I. Vernadsky: „Człowiek staje się potężną siłą geologiczną”.

Francuski przyrodnik Jean-Baptiste-Lamarck na początku XIX wieku. jako pierwszy zaproponował koncepcję biosfery, nawet nie wprowadzając samego terminu. Termin „biosfera” został zaproponowany przez austriackiego geologa i paleontologa Eduarda Suessa w 1875 roku.

Holistyczną doktrynę biosfery stworzył radziecki biogeochemik i filozof V.I. Wernadski. Po raz pierwszy przypisał organizmom żywym rolę głównej siły przemieniającej na planecie Ziemia, biorąc pod uwagę ich działalność nie tylko obecnie, ale także w przeszłości.

Istnieje inna, szersza definicja: Biosfera – obszar rozmieszczenia życia na ciele kosmicznym. Pomimo tego, że istnienie życia na innych obiektach kosmicznych poza Ziemią jest nadal nieznane, uważa się, że biosfera może rozciągać się na nie w bardziej ukrytych obszarach, na przykład we wnękach litosferycznych lub w oceanach subglacjalnych. Rozważana jest na przykład możliwość istnienia życia w oceanie Europy, satelity Jowisza.

Encyklopedyczny YouTube

    1 / 5

    ✪ Biosfera. Lekcja wideo biologii dla 11 klasy

    ✪ Wykład 6.6 | Biosfera, jej skład i związek ze wszystkimi sferami Ziemi | Nadieżda Tancerka | Lektorium

    ✪ Biosfera. Antropogeniczny wpływ na biosferę

    ✪ Biosfera

    ✪ Edukacja o biosferze Ziemi, część 1

    Napisy na filmie obcojęzycznym

Lokalizacja biosfery

Biosfera obejmuje górne warstwy litosfery, w której żyją organizmy, hydrosferę i dolne warstwy atmosfery.

Granice biosfery

  1. Żywa materia- cały zespół organizmów żywych zamieszkujących Ziemię jest fizycznie i chemicznie zjednoczony, niezależnie od ich systematycznej przynależności. Masa materii żywej jest stosunkowo niewielka i szacowana jest na 2,4...3,6⋅10 12 (w suchej masie) i stanowi mniej niż jedną milionową całej biosfery (ok. 3⋅10 18 t), co z kolei reprezentuje mniej niż jedną tysięczną masy Ziemi. Jest to jednak „jedna z najpotężniejszych sił geochemicznych na naszej planecie”, ponieważ żywe organizmy nie tylko zamieszkują skorupę ziemską, ale także zmieniają wygląd Ziemi. Organizmy żywe zamieszkują powierzchnię Ziemi bardzo nierównomiernie. Ich rozmieszczenie zależy od szerokości geograficznej.
  2. Odżywka- substancja wytworzona i przetworzona przez żywy organizm. Podczas ewolucji organicznej organizmy żywe przeszły przez swoje narządy, tkanki, komórki i krew tysiąc razy w większości atmosfery, całej objętości oceanów świata i ogromnej masie minerałów. Tę geologiczną rolę żywej materii można sobie wyobrazić na podstawie złóż węgla, ropy, skał węglanowych itp.
  3. Substancja obojętna- produkty powstałe bez udziału organizmów żywych.
  4. Substancja bioinertna- substancja powstająca jednocześnie przez organizmy żywe i procesy obojętne, reprezentująca układy dynamicznie równowagi obu. Są to gleba, muł, skorupa wietrzna itp. Organizmy odgrywają w nich wiodącą rolę.
  5. Substancja ulegająca rozpadowi radioaktywnemu.
  6. Rozproszone atomy, powstające w sposób ciągły z wszelkiego rodzaju materii ziemskiej pod wpływem promieniowania kosmicznego.
  7. Substancja pochodzenia kosmicznego.

Warstwy biosfery

Cała warstwa wpływu życia na przyrodę nieożywioną nazywana jest megabiosferą, a wraz z artebiosferą – przestrzenią ekspansji człowieka w przestrzeni bliskiej Ziemi – panbiosferą.

aerosfera

Substratem do życia w atmosferze mikroorganizmów (aerobiontów) są kropelki wody – wilgoć atmosferyczna, źródłem energii jest energia słoneczna i aerozole. Od mniej więcej wierzchołków drzew do wysokości najczęstszego miejsca występowania chmur cumulusowych rozciąga się troposfera (z tropobiontami; przestrzeń ta jest cieńszą warstwą niż troposfera). Powyżej znajduje się warstwa niezwykle rzadkiej mikroflory - altobiosfery (z altobiontami). Powyżej znajduje się przestrzeń, w której organizmy penetrują przypadkowo i nie rozmnażają się często – parabiosfera. Powyżej znajduje się apobiosfera.

Geosfera

Geobiosferę zamieszkują geobionty, będące podłożem i częściowo środowiskiem życia, dla którego stanowi firmament Ziemi. Geobiosfera składa się z obszaru życia na powierzchni lądu – terrabiosfery (z terabiontami), podzielonej na fitosferę (od powierzchni ziemi po wierzchołki drzew) i pedosferę (gleby i podglebie; czasami obejmuje to całą wietrzenie skorupy) i życie w głębinach Ziemi – litobiosfera (z litobiontami żyjącymi w porach skał, głównie w wodach gruntowych). Na dużych wysokościach w górach, gdzie życie roślin wyższych nie jest już możliwe, zlokalizowana jest wysokogórska część terbiosfery - strefa eoliczna (z eolobiontami). Litobiosfera dzieli się na warstwę, w której możliwe jest życie tlenowe - hipoterbiosferę i warstwę, w której mogą żyć tylko beztlenowce - tellurobiosferę. Życie w nieaktywnej formie może wniknąć głębiej w hipobiosferę. Metabiosfera - wszystkie skały biogenne i bioinertne. Abiosfera znajduje się głębiej.

Hydrosfera

Hydrobiosfera – cała globalna warstwa wód (bez wód gruntowych), zamieszkana przez hydrobionty – dzieli się na warstwę wód kontynentalnych – akwabiosferę (z akwabiontami) oraz obszar mórz i oceanów – marinobiosferę (z marinobiontami). Istnieją 3 warstwy - stosunkowo jasno oświetlona fotosfera, zawsze bardzo ciemna dysfotosfera (do 1% nasłonecznienia) i warstwa absolutnej ciemności - afotosfera.

Pomiędzy górną granicą hipobiosfery a dolną granicą parabiosfery leży właściwa biosfera - ebiosfera.

Historia rozwoju biosfery

Rozwój obserwuje się jedynie w materii żywej i związanej z nią bioinercie. Proces ewolucyjny nie objawia się w bezwładnej materii naszej planety.

Pochodzenie życia

Życie na Ziemi powstało w Archaiku – około 3,5 miliarda lat temu w hydrosferze. Z tego właśnie wieku pochodzą najstarsze szczątki organiczne znalezione przez paleontologów. Wiek Ziemi jako niezależnej planety w Układzie Słonecznym szacuje się na 4,5 miliarda lat. Możemy zatem założyć, że życie powstało na młodzieńczym etapie życia planety. W Archeonach pojawiają się pierwsze eukarionty - jednokomórkowe glony i pierwotniaki. Rozpoczął się proces tworzenia gleby na lądzie. Pod koniec Archaiku w organizmach zwierzęcych pojawił się proces seksualny i wielokomórkowość.

Przyszłość biosfery

Z biegiem czasu biosfera staje się coraz bardziej niestabilna. Istnieje kilka przedwczesnych zmian stanu biosfery, które są tragiczne dla ludzkości, niektóre z nich są związane z działalnością człowieka.

Zdaniem akademika H.H. Moisejewa „ludzkość zamienia się w główną siłę geologiczną”, a działalność człowieka „prowadzi do degradacji biosfery”. Ponieważ technosfera i biosfera pozostają w ciągłej interakcji, w sumie można je przedstawić jako jeden system - ekosferę.

Ludzkość przeżywa decydujący moment w swojej historii. Starożytny problem relacji człowieka z przyrodą nabrał teraz groźnego wydźwięku. Postęp technologiczny doprowadził do znaczących zmian w środowisku naturalnym, wyczerpują się zasoby paliw i surowców mineralnych, dochodzi do zanieczyszczeń i degradacji biosfery, a to wszystko stawia pod znakiem zapytania samą możliwość istnienia człowieka. Dlatego tak konieczne jest, aby wszyscy ludzie zrozumieli swoją odpowiedzialność za przyszłość, aby każdy mieszkaniec Ziemi uświadomił sobie swoje zaangażowanie w historię.

Jeśli jesteś absolwentem Wydziału Biologii, prawdopodobnie wiesz, czym jest biosfera. Tym, którzy nie wiedzą, co nazywa się biosferą, wyjaśnijmy, że biosfera to skorupa Ziemi zamieszkana przez rośliny, zwierzęta, mikroorganizmy, ludzi i przez nich przekształcona. To obszar istnienia organizmów żywych na Ziemi. Ta definicja jest poprawna, jeśli wierzyć aksjomatowi, że tylko nasza planeta ma monopol na życie.

Przyjmując hipotezę, że formy żywe istnieją poza jej granicami, można postawić tezę, że biosfera może być zlokalizowana nie tylko na Ziemi. Biorąc pod uwagę, że zdaniem badaczy obszar istnienia i działania organizmów żywych występuje nawet w ukrytych zagłębieniach, takich jak oceany subglacjalne, takie założenie nie wydaje się fantastyczne. Na przykład istnieje duże prawdopodobieństwo obecności żywych istot na Europie, satelicie Jowisza.

Szybka nawigacja po artykule

Historia terminu

Po raz pierwszy w biologii termin „biosfera” wprowadził austriacki naukowiec Eduard Suess w 1875 roku. Teraz wiesz, w którym roku pojawił się ten termin. Jednak na długo przed wprowadzeniem przez Suessa terminu „biosfera” jego zasady zostały po raz pierwszy zastosowane i szczegółowo sformułowane przez francuskiego badacza Jeana Baptiste’a Lamarcka. To prawda, że ​​​​Lamarck miał inną nazwę tego terminu.

Biosferę, która w tłumaczeniu z języka greckiego oznacza „sferę życia”, uznawano za system organizmów żywych, który istnieje w ścisłym kontakcie z pierwiastkami mineralnymi i podlega ich wpływowi. I tylko radziecki akademik i filozof Wernadski wziął pod uwagę czynniki wpływające na kształtowanie się całego otaczającego świata.

Dzięki temu uważa się, że ten naukowiec jest autorem i twórcą doktryny funkcjonalnej istoty biosfery, która jest dziś uznawana na całym świecie. Jako pierwszy wprowadził do nauki wiele definicji, którymi posługują się naukowcy na całym świecie, w tym ideę hierarchicznej struktury biosfery. Wernadski napisał, że materia żywa ma zauważalny wpływ na proces transformacji planety i jej strukturę. Szczegółowo opisał skład i funkcje biosfery.

Gdzie znajduje się biosfera?

Zastanówmy się, co obejmuje biosfera. Granice biosfery w głąb powierzchni Ziemi rozciągają się na wiele kilometrów. Cała grubość wód mórz i oceanów, aż do najgłębszych zagłębień, wypełniona jest organizmami żywymi. Górna granica istnienia organizmów żywych wynosi około 45 kilometrów nad powierzchnią i jest ograniczona warstwą ozonową. Odgrywa ważną rolę w istnieniu biosfery, chroniąc powierzchnię Ziemi przed niszczycielskim promieniowaniem kosmicznym, które zabija wszystkie żywe istoty.

Nauka uważa, że ​​biosfera składa się z trzech skorup:

  1. litosfera;
  2. hydrosfera;
  3. atmosfera.

Litosfera, jako najgęstszy składnik powłoki biosfery, zaczyna się na powierzchni Ziemi i rozciąga się kilka kilometrów w dół. Jest to powłoka geologiczna znajdująca się w biosferze. Siedlisko organizmów żywych pod ziemią jest ograniczone. Wraz ze wzrostem odległości od powierzchni wzrasta temperatura. Na pewnej głębokości życie jest niemożliwe, ponieważ temperatura i ciśnienie są zbyt wysokie.

Hydrosfera, jako ośrodek zajmujący większą część powierzchni Ziemi, składa się z wody. Cała masa wody wchodząca w skład biosfery jest nierównomiernie nasycona organizmami żywymi. Większość z nich występuje na powierzchni, w pobliżu lądu i na dnie.

Kiedy ludzie mówią o atmosferze, zwykle mają na myśli warstwy od wierzchołków drzew do dna warstwy ozonowej. Jest to skorupa o najniższej gęstości. Do biosfery nie zalicza się warstw atmosfery znajdujących się nad warstwą ozonu.

Biosfera i jej składniki

Biologia uważa, że ​​biosfera obejmuje cztery rodzaje materii. Oto gatunki determinujące skład i strukturę biosfery:


Substancje te tworzą biosferę. Oprócz nich biosfera obejmuje:

  • substancje pochodzenia kosmicznego;
  • pierwiastki radioaktywne;
  • rozproszone atomy powstające podczas rozszczepiania substancji pod wpływem promieniowania kosmicznego.

Biosfera rozumiana jest jako wspólnota wszystkich żywych organizmów na planecie. Ziemię zamieszkuje około 3 miliony gatunków różnych żywych stworzeń. Wypróbuj i opisz je! Można się pomylić przy takiej różnorodności! Istnienia wielu z nich nawet nie jesteśmy sobie w stanie wyobrazić. Żyją w odmiennych warunkach, co sprawia, że ​​różnią się od siebie. Organizmy oddziałują ze sobą w granicach poszczególnych biogeocenoz. A struktura biosfery jest strukturą zorganizowaną w postaci wielu biogeocenoz. Innymi słowy, biosfera obejmuje biogeocenozy. Ich stan jest warunkiem koniecznym istnienia i rozwoju biosfery. Dlatego biogeocenozy nazywane są elementami tworzącymi biosferę planety. Biosfera to całość wszystkich biogeocenoz planety. Wszystkie składniki biosfery są ważne. Jeśli jedno z nich ulegnie uszkodzeniu, cały budynek stanie się mniej stabilny. Stan każdej biogeocenozy wpływa na biosferę jako całość.

Pochodzenie i rozwój życia na Ziemi

Istnieje wiele wersji tego, skąd wzięła się żywa skorupa Ziemi. Ponieważ nie ma wiarygodnych informacji, nazywa się wiele wersji. Niektórzy są całkowicie pewni boskiego pochodzenia. Inni uważają, że był to na ogół rzadki zbieg okoliczności, który stworzył żywy organizm ze zbioru elementów nieożywionych. Jeszcze inni wierzą, że przodkowie wszelkiego życia na naszej planecie przybyli z kosmosu.

Istnieje nawet półfikcyjna wersja mówiąca, że ​​na Ziemię przybyli odkrywcy z innej galaktyki, wybierając miejsce założenia nowej kolonii. Uznali, że planeta jest mało użyteczna, a kiedy odlecieli, pozostawili po sobie śmieci. Obecne w nim pozostałości biologiczne posłużyły jako podstawa do powstania życia na Ziemi.

Jeśli masz własną wersję przebiegu tego procesu, opisz ją i wyjaśnij. Ma takie samo prawo do istnienia jak poprzednie. To jest pytanie z filozofii.

Opiszmy pokrótce, jak życie powstało i rozwinęło się na Ziemi.

Globalne procesy, które spowodowały pojawienie się i rozprzestrzenianie organizmów żywych, rozpoczęły się w hydrosferze. Następnie życie z tej skorupy biosfery rozprzestrzeniło się na ląd. Dalszą przemianę dopełniły procesy zachodzące w biosferze. Pojawiające się rośliny lądowe zaczęły aktywnie przekształcać skład atmosfery i jej strukturę, czyniąc planetę coraz bardziej odpowiednią do życia złożonych organizmów. Zmienił się skład chemiczny biosfery. W procesie fotosyntezy powstał tlen niezbędny do oddychania zwierząt. W górnych warstwach atmosfery część tlenu zamieniła się w ozon, który służył jako ochrona przed promieniowaniem kosmicznym.

W pierwotnej atmosferze planety, przy silnych wyładowaniach elektrycznych, a także pod wpływem porannego promieniowania fioletowego i wysokiego promieniowania mogą powstawać związki organiczne, które gromadziły się w oceanie

Biosfera obejmuje ludzkość - koronę natury. Rola biosfery dla istnienia człowieka jako gatunku biologicznego jest istotna. Ludzie są na tyle inteligentni, że celowo modyfikują środowisko, czyniąc je bardziej odpowiednim dla ich siedliska.

System stworzony przez naturę jest doskonały, jednak warto zastanowić się, czy jest wieczny?

Czynniki antropogeniczne wywierają aktywny wpływ na elementy biosfery, które nie zawsze mają pozytywny wpływ na środowisko. Niszczymy innych przedstawicieli biosfery na Ziemi, zanieczyszczamy atmosferę i Ocean Światowy, wytwarzamy promieniowanie elektromagnetyczne i zmieniamy klimat. Konsekwencje katastrof spowodowanych przez człowieka, które miały miejsce na planecie od drugiej połowy ubiegłego wieku, trzeba przezwyciężać przez dziesięciolecia. Środowisko zostało zniszczone. Wytworzona przez człowieka broń masowego rażenia, jeśli zostanie użyta, może zniszczyć życie na Ziemi.

W chwili obecnej działalność człowieka stwarza zagrożenie dla istnienia nie tylko jego gatunku, ale wszystkich istot żywych. Jeśli nie zostaną podjęte środki, ludzkość nie ma przyszłości. Jakie jest wyjście z tej sytuacji?

Rozwiązanie zostało po raz pierwszy zaproponowane przez tego samego V.I. Vernadsky'ego. Sugerował, że o przyszłości biosfery decyduje człowiek. Stworzy nowy system, w którym organizmom żywym będzie wygodnie współistnieć, rozwijać się i rozmnażać. Dla tego nowego środowiska użył terminu „noosfera”. Aby powstała Noosfera, konieczne jest spełnienie szeregu warunków:

  1. zasiedlenie Homo sapiens na całej planecie i jego dominująca pozycja nad innymi gatunkami biologicznymi;
  2. rewolucja w rozwoju komunikacji i możliwości szybkiej komunikacji pomiędzy dowolną częścią planety;
  3. możliwość powstania i aktywnego wykorzystania energii jądrowej;
  4. we wspólnocie światowej przeważają postawy demokratyczne, dające szerokim masom rzeczywiste dźwignie kontroli;
  5. Imponująca część światowej populacji zajmuje się działalnością naukową.

Być może niektóre uwagi brzmią naiwnie, ale nie zapominajmy, że postulaty te wysunął wiele dekad temu człowiek, który badał globalne procesy rozwoju człowieka i jego otoczenia.

Kolejnym kierunkiem, w jakim zmierza ludzkość, są próby samodzielnego tworzenia biosfery. Wiadomo, że biosfera jest w ekologii systemem otwartym, który wymaga stałego dopływu energii słonecznej, a sam wytwarza ciepło. A biosfera, która zostanie stworzona sztucznie, zakłada autonomiczną egzystencję w środowisku wrogim człowiekowi. A jego struktura powinna pomóc rozwiązać ten problem.

Znaczenie biosfery dla ludzkości jest ogromne. Bez tego nie jesteśmy w stanie przetrwać. K. E. Ciołkowski wprowadził ideę ich powstania do literatury naukowej dotyczącej eksploracji kosmosu. Taki system to sztuczna biosfera. Pojęcie to po raz pierwszy zastosował Ciołkowski. W przypadku odtworzenia na innej planecie grubość biosfery zapewniłaby warunki umożliwiające ludziom przetrwanie. Do tej pory nie udało się uzyskać niezależnej biosfery, ale badania w tym kierunku trwają.

Sztuczna biosfera



Każdy dba o swój dom, samochód i dba o swoje dzieci. Otaczająca nas biosfera jest także naszym domem. Żyjemy w nim i cieszymy się jego dobrodziejstwami. Ale jeśli zostanie zniszczony, nie będziemy mieli gdzie mieszkać, z czego wnioskujemy, że powinniśmy dbać o ten dom, abyśmy mogli go przekazać naszym potomkom. I będzie czysty i piękny.

BIOSFERA, skorupa Ziemi, w której istnieje życie. Biosfera obejmuje dolną część atmosfery (15–20 km), górną część litosfery i całą hydrosferę. Dolna granica opada średnio 2–3 km na lądzie i 1–2 km poniżej dna oceanu. Termin „biosfera” wprowadził austriacki geolog E. Suess w 1875 r., natomiast istotne we współczesnej nauce podstawy doktryny o biosferze opracował V.I. Wernadski.

Biosfera składa się z żywych, czyli biotycznych i nieożywionych, czyli abiotycznych składników. Składnik biotyczny to cały zestaw organizmów żywych (według Vernadsky'ego - „materia żywa”). Składnik abiotyczny to połączenie energii, wody, niektórych pierwiastków chemicznych i innych warunków nieorganicznych, w których żyją organizmy żywe.

Życie w biosferze zależy od przepływu energii i krążenia substancji pomiędzy składnikami biotycznymi i abiotycznymi. Cykle substancji nazywane są cyklami biogeochemicznymi. Istnienie tych cykli zapewnia energia Słońca. Ziemia otrzymuje ok. 1,3 10 24 kalorii rocznie. Około 40% tej energii jest wypromieniowywane z powrotem w przestrzeń kosmiczną; 15% jest pochłaniane przez atmosferę, glebę i wodę; pozostała część energii to światło widzialne, główne źródło energii dla całego życia na Ziemi.

Życie bez wody jest niemożliwe. Woda jest źródłem wodoru, jednego z najważniejszych pierwiastków występujących w organizmach żywych. Reakcje metaboliczne w organizmach zachodzą w fazie ciekłej, a woda jest środowiskiem, z którego organizmy pobierają składniki odżywcze i z którego usuwane są końcowe produkty przemiany materii (odpady). Woda stanowi od 50 do 95% masy organizmów żywych. Proces parowania w roślinach odgrywa ważną rolę w obiegu wody. Rośliny pobierają wodę przez korzenie i uzyskują w niej rozpuszczone sole. Woda paruje przez liście. W okresie wegetacyjnym uprawy zbóż na powierzchni 1 hektara wyparowują ok. litrów wody, ale tylko 0,4% tej ilości wykorzystywane jest bezpośrednio w procesie fotosyntezy. Na uzyskanie 1 kg zboża potrzeba ok. 500 litrów wody. Oczywiście rośliny potrzebują ogromnych ilości wody, a ponieważ konsumenci żywią się roślinami, ich całkowite zapotrzebowanie na wodę jest znacznie wyższe niż ilość, którą pobierają bezpośrednio. Przykładowo człowiek potrzebuje ok. Dziennie wypija 2,1 litra wody, ale aby uzyskać taką ilość pożywienia, jaką zjada dziennie, potrzeba kolejnych 10 000 litrów wody.

Utrzymanie dynamicznej równowagi pomiędzy biotycznymi i abiotycznymi składnikami biosfery jest warunkiem koniecznym istnienia wszelkich form życia. Oddziaływanie człowieka na biosferę, któremu towarzyszy pogorszenie jakości wody, wylesianie czy emisja zanieczyszczeń do atmosfery, może stanowić zagrożenie dla życia na Ziemi.

Największym uogólnieniem w kompleksie nauk o Ziemi (geologia, geografia, geochemia, biologia) była doktryna biosfery stworzona przez rosyjskiego naukowca V.I. Wernadskiego. Rozpoczynając swoją działalność naukową (jako geolog) od badań skał osadowych skorupy ziemskiej, V.I. Vernadsky ujawnił ogromną rolę organizmów żywych w złożonych procesach geochemicznych naszej planety. W 1926 roku ukazała się jego książka „Biosfera”. Praca ta dogłębnie analizuje złożone relacje między organizmami żywymi a nieożywioną naturą Ziemi. Jego twórczość nieco wyprzedzała swoją epokę. Dopiero w drugiej połowie XX wieku, w obliczu pogłębiających się problemów środowiskowych, jego doktryna biosfery upowszechniła się.

Ważnym elementem nauczania W.I. Wernadskiego o biosferze jest idea ścisłej zależności biosfery od działalności człowieka i jej zachowania w wyniku rozsądnego związku człowieka z przyrodą. Naukowiec napisał:

Ludzkość jako całość staje się potężną siłą geologiczną. Przed nim, przed jego myślą i pracą, pojawia się kwestia restrukturyzacji biosfery w interesie wolnomyślącej ludzkości jako jednej całości. Ten nowy stan biosfery, do którego zbliżamy się nie zauważając tego, to Noosfera. 1

Obecnie doktryna biosfery stanowi ważną część ekologii, bezpośrednio związaną z problemami regulacji interakcji człowieka z przyrodą.

Terminu „biosfera” po raz pierwszy użył J. B. Lamarck na początku XIX wieku. Wspomniano o niej później w pracy austriackiego geologa E. Suessa w 1875 roku. Pojęcie to nie zostało jednak szczegółowo opracowane przez tych naukowców, lecz mimochodem zostało użyte do wyznaczenia obszaru życia na Ziemi. Dopiero w pracach V.I. Wernadskiego jest on szczegółowo i dogłębnie analizowany i rozumiany jako „skorupa życia” na naszej planecie.

Biosfera nazywają całość wszystkich żywych organizmów na naszej planecie oraz te obszary skorup geologicznych Ziemi, które są zamieszkane przez istoty żywe i zostały wystawione na ich wpływ w historii geologicznej.

Granice biosfery. Organizmy żywe są nierównomiernie rozmieszczone w skorupach geologicznych Ziemi: litosfera, hydrosfera i atmosfera(ryc. 1). Dlatego biosfera obejmuje obecnie górną część litosfery, całą hydrosferę i dolną część atmosfery.

Ryż. 1.Obszar dystrybucji organizmów w biosferze:1 - poziom warstwy ozonowej, która zatrzymuje się twardo promieniowanie ultrafioletowe; 2 - granica śniegu; 3 - gleba; 4 - zwierzęta żyjące w jaskiniach; 5 - bakterie w oleju studnie

Litosfera to górna, stała skorupa Ziemi. Jego miąższość waha się w granicach 50–200 km. Rozkład życia w nim jest ograniczony i gwałtownie maleje wraz z głębokością. Przeważająca liczba gatunków koncentruje się w warstwie górnej, która ma grubość kilkudziesięciu centymetrów. Niektóre gatunki przenikają na głębokość kilku lub kilkudziesięciu metrów (zwierzęta ryjące - krety, robaki, bakterie, korzenie roślin). Największa głębokość, na której stwierdzono występowanie niektórych typów bakterii, wynosi 3–4 km (w wodach gruntowych i poziomach roponośnych). Rozprzestrzenianie się życia w głąb litosfery jest utrudniane przez różne czynniki. Penetracja roślin jest niemożliwa ze względu na brak światła. Dla wszystkich form życia istotną przeszkodą jest także gęstość środowiska i temperatura, które rosną wraz z głębokością. Wzrost temperatury wynosi średnio około 3°C na każde 100 m. Dlatego za dolną granicę rozmieszczenia życia w litosferze uważa się głębokość trzech kilometrów (gdzie temperatura sięga około +100°C) .

Hydrosfera- skorupa wodna Ziemi to zbiór oceanów, mórz, jezior i rzek. W odróżnieniu od litosfery i atmosfery jest ona w całości zagospodarowana przez organizmy żywe. Nawet na dnie Oceanu Światowego, na głębokości około 12 km, odkryto różne gatunki istot żywych (zwierzęta, bakterie). Jednak większość gatunków żyje w hydrosferze w odległości 150–200 m od powierzchni. Dzieje się tak dlatego, że światło wnika na taką głębokość. W rezultacie w niższych poziomach istnienie roślin i wielu gatunków zależnych od roślin do odżywiania jest niemożliwe. Rozmieszczenie organizmów na dużych głębokościach zapewnia ciągły „deszcz” odchodów, pozostałości martwych organizmów spadające z górnych warstw, a także drapieżnictwo. Hydrobionty żyją zarówno w wodzie słodkiej, jak i słonej i są podzielone na 3 grupy w zależności od ich siedliska:

1) plankton – organizmy żyjące na powierzchni zbiorników wodnych i biernie poruszające się w wyniku ruchu wody;

2) nekton - aktywnie poruszający się w słupie wody;

3) bentos – organizmy żyjące na dnie zbiorników lub zagrzebujące się w mule.

Atmosfera- powłoka gazowa Ziemi, która ma określony skład chemiczny: około 78% azotu, 21% tlenu, 1% argonu i 0,03% dwutlenku węgla. Biosfera obejmuje tylko najniższe warstwy atmosfery. Życie w nich nie może istnieć bez bezpośredniego połączenia z litosferą i hydrosferą. Duże rośliny drzewiaste osiągają kilkadziesiąt metrów wysokości, unosząc korony ku górze. Latające zwierzęta - owady, ptaki, nietoperze - wznoszą się na setki metrów. Niektóre gatunki ptaków drapieżnych wznoszą się 3–5 km nad powierzchnią Ziemi w poszukiwaniu ofiary. Wreszcie wznoszące się prądy powietrza biernie przenoszą bakterie, zarodniki roślin, grzyby i nasiona dziesiątki kilometrów w górę. Jednakże wszystkie wymienione organizmy latające lub wprowadzone bakterie znajdują się w atmosferze jedynie tymczasowo. Nie ma organizmów, które żyją stale w powietrzu.

Za górną granicę biosfery uważa się warstwę ozonową, położoną na wysokości od 30 do 50 km nad powierzchnią Ziemi. Chroni całe życie na naszej planecie przed silnym ultrafioletowym promieniowaniem słonecznym, w dużej mierze pochłaniając te promienie. Życie nie może istnieć nad warstwą ozonową.

Zatem główna część gatunków organizmów żywych koncentruje się na granicach atmosfery i litosfery, atmosfery i hydrosfery, tworząc stosunkowo „cienki film życia” na powierzchni naszej planety.

Struktura i funkcjonowanie biosfery. Biosfera - Ten globalny system ekologiczny, składający się z wielu ekosystemów niższego rzędu, biogeocenoz, których wzajemne oddziaływanie decyduje o jego integralności. Rzeczywiście biogeocenozy nie istnieją w izolacji - istnieją między nimi bezpośrednie powiązania i relacje. Na przykład wiatr, deszcz i roztopiona woda przenoszą minerały i substancje organiczne z ekosystemów lądowych do biogeocenoz wodnych. Może nastąpić przemieszczanie organizmów z jednej biogeocenozy do drugiej (na przykład sezonowe migracje zwierząt). I wreszcie wszystkich łączy atmosfera ziemska, która służy jako wspólny zbiornik dla żywych istot. Otrzymuje tlen (wydzielany przez rośliny podczas fotosyntezy) i dwutlenek węgla (powstający podczas oddychania organizmów tlenowych). Z atmosfery rośliny wszystkich ekosystemów czerpią dwutlenek węgla niezbędny im w procesie fotosyntezy, a wszystkie organizmy oddychające otrzymują tlen.

Istnienie biosfery opiera się na zachodzącym w sposób ciągły cyklu substancji, których podstawą energetyczną jest światło słoneczne (ryc. 2).

Ryż. 2.Schemat cykliczności biogeochemicznej w biosferze. Po prawejschemat przedstawia przekrój gleby darniowo-bielicowej pod drzewem iglastym las

Obieg substancji w przyrodzie pomiędzy materią ożywioną i nieożywioną jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech biosfery. Cykl biologiczny to biogenna migracja atomów ze środowiska do organizmów i z organizmów do środowiska. Biomasa spełnia także inne funkcje:

1) gaz - ciągła wymiana gazowa ze środowiskiem zewnętrznym w wyniku oddychania organizmów żywych i fotosyntezy roślin;

2) koncentracja – ciągła biogeniczna migracja atomów do organizmów żywych, a po ich śmierci – do przyrody nieożywionej;

3) redoks – wymiana materii i energii ze środowiskiem zewnętrznym. Podczas dysymilacji substancje organiczne ulegają utlenieniu, podczas asymilacji wykorzystywana jest energia ATP;

4) biochemiczne – przemiany chemiczne substancji stanowiących podstawę życia organizmu.