Toprak.
Biyosfer, Dünya'nın canlı organizmalar tarafından doldurulan ve onlar tarafından dönüştürülen kabuğudur. Biyosfer, gezegenimizde ilk organizmaların ortaya çıkmaya başladığı en geç 3,8 milyar yıl önce oluşmaya başladı. Hidrosferin tamamına, litosferin üst kısmına ve atmosferin alt kısmına nüfuz eder, yani ekosferde yaşar. Biyosfer tüm canlı organizmaların toplamıdır. 3.000.000'den fazla bitki, hayvan, mantar ve bakteri türüne ev sahipliği yapmaktadır. İnsan aynı zamanda biyosferin bir parçasıdır, faaliyetleri birçok doğal süreci aşmaktadır ve V.I. Vernadsky'nin dediği gibi: "İnsan güçlü bir jeolojik güç haline gelir."
Fransız doğa bilimci Jean Baptiste Lamarck, 19. yüzyılın başında. Biyosfer kavramını ilk kez terimin kendisini bile tanıtmadan önerdi. "Biyosfer" terimi, 1875 yılında Avusturyalı jeolog ve paleontolog Eduard Suess tarafından önerildi.
Biyosferin bütünsel bir doktrini, Sovyet biyojeokimyacı ve filozof V.I. Vernadsky tarafından yaratıldı. İlk kez, canlı organizmalara yalnızca şimdiki zamanda değil geçmişteki faaliyetlerini de dikkate alarak Dünya gezegenindeki ana dönüştürücü gücün rolünü atadı.
Daha geniş bir tanım daha var: Biyosfer - yaşamın kozmik bir beden üzerindeki dağılım alanı. Dünya dışındaki uzay nesnelerinde yaşamın varlığı hala bilinmemekle birlikte, biyosferin onlara daha gizli alanlara, örneğin litosferik boşluklara veya buzul altı okyanuslara kadar uzanabileceğine inanılmaktadır. Örneğin Jüpiter'in uydusu Europa'nın okyanusunda yaşamın var olma ihtimali üzerinde duruluyor.
Biyosfer konumu
Biyosfer, organizmaların yaşadığı litosferin üst katmanlarını, hidrosferi ve atmosferin alt katmanlarını içerir.
Biyosferin sınırları
Biyosferin bileşimi
- Yaşam meselesi- Dünya'da yaşayan canlı organizmaların tüm vücutları, sistematik bağlılıklarına bakılmaksızın fiziksel ve kimyasal olarak birleşmiştir. Canlı maddenin kütlesi nispeten küçüktür ve 2,4...3,6⋅10 12 (kuru ağırlık olarak) olduğu tahmin edilmektedir ve tüm biyosferin milyonda birinden azını oluşturmaktadır (yaklaşık 3⋅10 18 t). Dünya kütlesinin binde birinden daha azını temsil ediyor. Ancak bu, "gezegenimizdeki en güçlü jeokimyasal kuvvetlerden biridir", çünkü canlı organizmalar yalnızca yer kabuğunda yaşamakla kalmaz, aynı zamanda Dünyanın görünümünü de dönüştürür. Canlı organizmalar dünya yüzeyinde çok dengesiz bir şekilde yaşarlar. Dağılımları coğrafi enleme bağlıdır.
- Besin- canlı bir organizma tarafından oluşturulan ve işlenen bir madde. Organik evrim sırasında canlı organizmalar, atmosferin büyük bir kısmından, dünya okyanuslarının tüm hacminden ve çok büyük mineral kütlelerinden binlerce kez organlarından, dokularından, hücrelerinden ve kanından geçtiler. Canlı maddenin bu jeolojik rolü, kömür, petrol, karbonat kayaları vb. yataklarından hayal edilebilir.
- İnert madde- canlı organizmaların katılımı olmadan oluşturulan ürünler.
- Biyoinert madde- canlı organizmalar ve eylemsiz süreçler tarafından eş zamanlı olarak oluşturulan ve her ikisinin de dinamik denge sistemlerini temsil eden bir madde. Bunlar toprak, silt, hava kabuğu vb.'dir. Bunlarda organizmalar öncü rol oynar.
- Radyoaktif bozunmaya uğrayan bir madde.
- Kozmik radyasyonun etkisi altında sürekli olarak her türlü dünyevi maddeden oluşan dağınık atomlar.
- Kozmik kökenli madde.
Biyosferin katmanları
Yaşamın cansız doğa üzerindeki etkisinin tüm katmanına megabiyosfer denir ve artebiyosferle birlikte - Dünya'ya yakın alanda insanın yayılma alanı - panbiyosfer.
hava küresi
Mikroorganizmaların (aerobiyontlar) atmosferindeki yaşam için substrat su damlacıklarıdır - atmosferik nem, enerji kaynağı güneş enerjisi ve aerosollerdir. Troposfer (tropobiontlarla birlikte; bu alan troposferden daha ince bir katmandır) yaklaşık olarak ağaçların tepelerinden kümülüs bulutlarının en yaygın bulunduğu yerin yüksekliğine kadar uzanır. Yukarıda son derece nadirleştirilmiş bir mikrobiyota tabakası var - altobiyosfer (altobiontlarla birlikte). Yukarıda organizmaların rastgele nüfuz ettiği ve sıklıkla çoğalmadığı bir alan var - parabiyosfer. Yukarıda apobiyosfer var.
Jeosfer
Jeobiyosferde jeobiyontlar, substrat ve kısmen de dünyanın gökkubbesi olan yaşam ortamı bulunur. Jeobiyosfer, kara yüzeyindeki yaşam alanından oluşur - fitosfere (dünya yüzeyinden ağaç tepelerine kadar) ve pedosfere (toprak ve toprak altı; bazen bu, tümünü içerir) bölünmüş terbiyosfer (terabiyosferlerle birlikte). ayrışma kabuğu) ve Dünya'nın derinliklerindeki yaşam - litobiyosfer (litobiyosfer, kayaların gözeneklerinde, çoğunlukla yeraltı suyunda yaşar). Daha yüksek bitkilerin yaşamının artık mümkün olmadığı dağların yüksek rakımlarında, terbiyosferin yüksek rakımlı kısmı - rüzgar bölgesi (aeolobiyontlarla birlikte) bulunur. Litobiyosfer, aerobik yaşamın mümkün olduğu bir katmana - hipoterbiyosfere ve yalnızca anaerobların yaşayabileceği bir katmana - tellurobiyosfere ayrılır. Aktif olmayan bir formdaki yaşam, hipobiyosferin daha derinlerine nüfuz edebilir. Metabiyosfer - tüm biyojenik ve biyoinert kayalar. Abiyosfer daha derinde bulunur.
Hidrosfer
Hidrobiyosfer - hidrobiyontların yaşadığı tüm küresel su katmanı (yeraltı suyu olmadan) - bir kıtasal su katmanına - akuabiyosfere (aquabiyosferle) ve denizler ve okyanuslar bölgesine - marinobiyosfere (marinobiyontlarla) ayrılır. 3 katman vardır - nispeten parlak bir şekilde aydınlatılmış bir fotosfer, her zaman çok alacakaranlık bir disfotosfer (% 1'e kadar güneş yalıtımı) ve mutlak karanlık bir katman - afotosfer.
Hipobiyosferin üst sınırı ile parabiyosferin alt sınırı arasında asıl biyosfer - ebiyosfer bulunur.
Biyosferin gelişim tarihi
Gelişim yalnızca canlı maddede ve onunla ilişkili biyoinertte gözlenir. Evrimsel süreç gezegenimizin hareketsiz maddesinde kendini göstermez.
Yaşamın kökeni
Dünyadaki yaşam Archean'da (yaklaşık 3,5 milyar yıl önce hidrosferde) ortaya çıktı. Paleontologların bulduğu en eski organik kalıntılar bu çağa aittir. Güneş sistemindeki bağımsız bir gezegen olarak Dünya'nın yaşının 4,5 milyar yıl olduğu tahmin edilmektedir. Dolayısıyla yaşamın, gezegenin yaşamının gençlik aşamasında ortaya çıktığını varsayabiliriz. Archaea'da ilk ökaryotlar ortaya çıkar - tek hücreli algler ve protozoa. Süreç başladı
Yer bilimleri kompleksindeki (jeoloji, coğrafya, jeokimya, biyoloji) en büyük genelleme, Rus bilim adamı V.I. Vernadsky tarafından yaratılan biyosfer doktriniydi. Bilimsel faaliyetine (bir jeolog olarak) yer kabuğundaki tortul kayaların incelenmesiyle başlayan V.I. Vernadsky, gezegenimizin karmaşık jeokimyasal süreçlerinde canlı organizmaların muazzam rolünü ortaya çıkardı. 1926 yılında Biyosfer adlı kitabı yayımlandı. Bu çalışma, canlı organizmalar ile Dünyanın cansız doğası arasındaki karmaşık ilişkileri derinlemesine analiz ediyor. Çalışmaları zamanının biraz ilerisindeydi. Biyosfer doktrini ancak yirminci yüzyılın ikinci yarısında, kötüleşen çevre sorunları karşısında yaygınlaştı.
V.I.Vernadsky'nin biyosfer hakkındaki öğretisinin önemli bir unsuru, biyosferin insan faaliyetine yakın bağımlılığı ve insanın doğayla makul ilişkisinin bir sonucu olarak korunması fikridir. Bilim adamı şunu yazdı:
Bir bütün olarak ele alındığında insanlık güçlü bir jeolojik güç haline geliyor. Önünde, düşüncesi ve çalışmasından önce, biyosferin özgür düşünen insanlığın çıkarları doğrultusunda tek bir bütün olarak yeniden yapılandırılması sorunu ortaya çıkıyor. Farkında olmadan yaklaştığımız biyosferin bu yeni hali noosferdir. 1
Şu anda biyosfer doktrini, insan ve doğa arasındaki etkileşimi düzenleme sorunlarıyla doğrudan ilgili olan ekolojinin önemli bir parçasıdır.
Biyosfer terimi ilk kez 19. yüzyılın başında J. B. Lamarck tarafından kullanıldı. Daha sonra Avusturyalı jeolog E. Suess'in 1875'teki çalışmasında da bahsedilmiştir. Ancak bu kavram, bu bilim adamları tarafından ayrıntılı olarak geliştirilmemiş, ancak geçerken Dünya'daki yaşamın alanını belirlemek için kullanılmıştır. Sadece V.I.Vernadsky'nin eserlerinde ayrıntılı ve kapsamlı bir şekilde analiz edilmiş ve gezegenimizdeki "hayatın kabuğu" olarak anlaşılmıştır.
Biyosfer Gezegenimizdeki tüm canlı organizmaların bütününü ve Dünya'nın jeolojik kabuklarının canlıların yaşadığı ve jeolojik tarih boyunca onların etkisine maruz kalan alanlarını adlandırın.
Biyosferin sınırları. Canlı organizmalar Dünya'nın jeolojik kabuklarında eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır: litosfer, hidrosfer ve atmosfer(Şekil 1). Bu nedenle biyosfer artık litosferin üst kısmını, hidrosferin tamamını ve atmosferin alt kısmını kapsamaktadır.
Pirinç. 1.Biyosferdeki organizmaların dağılım alanı:1 - sert tutan ozon tabakasının seviyesi morötesi radyasyon; 2 - kar sınırı; 3 - toprak; 4 - mağaralarda yaşayan hayvanlar; 5 - yağdaki bakteriler kuyular
Litosfer, Dünya'nın üst katı kabuğudur. Kalınlığı 50-200 km arasında değişmektedir. İçindeki yaşamın dağılımı sınırlıdır ve derinlikle birlikte keskin bir şekilde azalır. Türlerin büyük çoğunluğu, onlarca santimetre kalınlığındaki üst katmanda yoğunlaşmıştır. Bazı türler birkaç metre veya onlarca metre derinliğe nüfuz eder (oyuk açan hayvanlar - köstebekler, solucanlar; bakteriler; bitki kökleri). Bazı bakteri türlerinin bulunduğu en büyük derinlik 3-4 km'dir (yer altı sularında ve petrol taşıyan ufuklarda). Yaşamın litosferin derinliklerine yayılması çeşitli faktörler tarafından engellenmektedir. Işık yetersizliğinden dolayı bitkiye nüfuz etmek imkansızdır. Derinlikle artan çevre yoğunluğu ve sıcaklık, tüm yaşam türleri için de önemli engeller oluşturmaktadır. Ortalama olarak sıcaklık artışı her 100 m'de yaklaşık 3 °C'dir. Bu nedenle litosferdeki yaşamın dağılımının alt sınırının üç kilometrelik derinlik (sıcaklığın yaklaşık +100 °C'ye ulaştığı yer) olduğu kabul edilir. .
Hidrosfer- Dünyanın su kabuğu okyanuslar, denizler, göller ve nehirlerden oluşan bir koleksiyondur. Litosfer ve atmosferden farklı olarak tamamen canlı organizmalar tarafından geliştirilmiştir. Dünya Okyanusu'nun dibinde, yaklaşık 12 km derinlikte bile çeşitli canlı türleri (hayvanlar, bakteriler) keşfedildi. Ancak türlerin büyük bir kısmı hidrosferde yüzeyden 150-200 m yükseklikte yaşar. Bunun nedeni ışığın bu kadar derinliğe nüfuz etmesidir. Sonuç olarak alt ufuklarda bitkilerin ve beslenmesi bitkilere bağımlı olan pek çok türün varlığı imkansızdır. Organizmaların büyük derinliklerdeki dağılımı, sürekli dışkı “yağmuru”, üst katmanlardan düşen ölü organizma kalıntıları ve yırtıcılık ile sağlanır. Hidrobiontlar hem tatlı hem de tuzlu suda yaşarlar ve habitatlarına göre 3 gruba ayrılırlar:
1) plankton - su kütlelerinin yüzeyinde yaşayan ve suyun hareketi nedeniyle pasif olarak hareket eden organizmalar;
2) nekton - su sütununda aktif olarak hareket ediyor;
3) bentos - rezervuarların dibinde yaşayan veya silt içine giren organizmalar.
Atmosfer- Belirli bir kimyasal bileşime sahip olan Dünya'nın gaz kabuğu: yaklaşık %78 nitrojen, %21 oksijen, %1 argon ve %0,03 karbondioksit. Biyosfer atmosferin yalnızca en alt katmanlarını içerir. Litosfer ve hidrosfer ile doğrudan bağlantı olmadan içlerindeki yaşam var olamaz. Büyük odunsu bitkilerin yüksekliği birkaç on metreye ulaşır ve taçları yukarı doğru yerleşir. Uçan hayvanlar - böcekler, kuşlar, yarasalar - yüzlerce metre yükselir. Bazı yırtıcı kuş türleri, avlarını gözetleyerek Dünya yüzeyinin 3-5 km yukarısına çıkarlar. Son olarak, yükselen hava akımları pasif olarak bakterileri, bitki sporlarını, mantarları ve tohumları onlarca kilometre yukarıya taşır. Bununla birlikte, listelenen uçan organizmaların veya ortama giren bakterilerin tümü yalnızca geçici olarak atmosferde bulunmaktadır. Havada kalıcı olarak yaşayan hiçbir organizma yoktur.
Biyosferin üst sınırı, Dünya yüzeyinden 30 ila 50 km yükseklikte bulunan ozon tabakası olarak kabul edilir. Gezegenimizdeki tüm yaşamı güçlü ultraviyole güneş radyasyonundan korur ve bu ışınları büyük ölçüde emer. Ozon tabakasının üzerinde hayat var olamaz.
Böylece, canlı organizma türlerinin ana kısmı atmosfer ve litosfer, atmosfer ve hidrosfer sınırlarında yoğunlaşarak gezegenimizin yüzeyinde nispeten "ince bir yaşam filmi" oluşturur.
Biyosferin yapısı ve işleyişi. Biyosfer - Bu küresel ekolojik sistem, birbirleriyle etkileşimi bütünlüğünü belirleyen, daha düşük dereceli birçok ekosistemden, biyojeozozlardan oluşur. Gerçekten de, biyojeosinozlar tek başına mevcut değildir; aralarında doğrudan bağlantılar ve ilişkiler vardır. Örneğin rüzgar, yağmur ve eriyen su, karasal ekosistemlerden mineralleri ve organik maddeleri sudaki biyojeosinozlara taşır. Organizmaların bir biyojeosinozdan diğerine hareketi meydana gelebilir (örneğin, hayvanların mevsimsel göçleri). Ve son olarak herkes, canlılar için ortak bir rezervuar görevi gören Dünya'nın atmosferiyle birleşiyor. Oksijen (fotosentez sırasında bitkiler tarafından salınır) ve karbondioksit (aerobik organizmaların solunumu sırasında oluşur) alır. Tüm ekosistemlerdeki bitkiler, fotosentez sürecinde ihtiyaç duydukları karbondioksiti atmosferden çeker ve nefes alan tüm organizmalar oksijen alır.
Biyosferin varlığı, enerji temeli güneş ışığı olan maddelerin sürekli olarak meydana gelen döngüsüne dayanmaktadır (Şekil 2).
Pirinç. 2.Biyosferdeki biyojeokimyasal döngüselliğin şeması. SağdaDiyagram iğne yapraklı bir ağaç altındaki sod-podzolik toprağın bir bölümünü göstermektedir orman
Doğadaki maddelerin canlı ve cansız maddeler arasındaki dolaşımı biyosferin en karakteristik özelliklerinden biridir. Biyolojik döngü, atomların çevreden organizmalara ve organizmalardan çevreye biyojenik göçüdür. Biyokütle ayrıca başka işlevleri de yerine getirir:
1) gaz - canlı organizmaların solunumu ve bitkilerin fotosentezi nedeniyle dış ortamla sürekli gaz değişimi;
2) konsantrasyon - atomların canlı organizmalara ve ölümlerinden sonra cansız doğaya sürekli biyojenik göçü;
3) redoks - dış çevre ile madde ve enerji değişimi. Disimilasyon sırasında organik maddeler oksitlenir, asimilasyon sırasında ATP enerjisi kullanılır;
4) biyokimyasal - vücudun yaşamının temelini oluşturan maddelerin kimyasal dönüşümleri.
Dünyanın biyosferi, tüm canlı organizmaları ve cansız doğanın canlı maddeyle enerji alışverişinde bulunan, onu etkileyen ve kendisi de ondan etkilenen kısmını birleştiren karmaşık bir küresel komplekstir. “Biyosfer” terimi bilimde 19. yüzyılda J. Lamarck ve E. Suess sayesinde ortaya çıktı. Bununla birlikte, biyosfer doktrini yalnızca 20. yüzyılın başında yaratıldı ve gelişimine büyük katkı, seçkin Sovyet bilim adamı V.I. Vernadsky'ye aitti. Tüm canlıların işleyişini ve onların gezegenle etkileşimini karmaşık bir dinamik süreç olarak ele alan ilk kişi oydu.
Vernadsky ayrıca biyosferin ortaya çıktığı döneme, yani Dünya tarihinin en erken aşamalarına da dikkat etti.
Dünyadaki yaşamın dağılımının sınırları
Biyosferin sınırları, fiziksel ve kimyasal koşulların canlı organizmaların varlığına uygunluğu ile belirlenir. Yaşam dağılımının alt sınırının, yaklaşık 6 km derinlikte veya okyanus tabanında (yaklaşık 11 km) yer alan litosferdeki 100 °C izotermi olduğu kabul edilmektedir. Bununla birlikte, 200 °C'nin üzerindeki sıcaklıkları tolere edebilen derin deniz ekstremofil organizmaları bulunduğundan (su orada yüksek basınçta kaynamaz) bu tahminler hafife alınabilir. Yani litosfer teorik olarak çok daha derinlerde yerleşilebilir, ancak genel olarak 3-4 km'nin altında aktif yaşam pek mümkün değildir.
Biyosferin üst sınırları ozon tabakasının yüksekliğiyle belirlenir ve 15-20 km'nin üzerine çıkmaz. Aslında canlı organizmalar 8-9 km yüksekliğe kadar aktif olabiliyor. Genel olarak hayat çok çeşitlidir ve çok çeşitli koşullara uyum sağlayabilir. Peki tüm bu zenginlik ne zaman ve nasıl ortaya çıktı?
Genç bir gezegendeki laboratuvar
Birincil organik sentez, Güneş Sistemi'nin oluşumunun ilk aşamalarında bir gaz tozu öngezegen bulutunda meydana gelmiş olabilir. Yani yeni doğmuş Dünya muhtemelen zaten yeterli miktarda basit organik madde içeriyordu.
Dünyanın en başından beri sıcaklık rejiminin (gezegenimizin yaşı 4,5-4,6 milyar yıldır), sıvı fazda suyun varlığına izin verdiğine dair jeolojik kanıtlar da vardır. Gezegenin henüz kalın bir kabuğu olmadığından, yeraltındaki gazın giderilmesi oldukça aktif bir şekilde gerçekleşmiş olmalı. Volkanlar birincil atmosferi ve hidrosferi yarattı ve kimyasal olarak aktif maddeler sağladı. Meteorlar ve kuyruklu yıldızlar yüzeye düştü. Jeokimyasal döngü, sürekli olarak reaksiyona giren, yeni bileşiklere dönüşen ve birbirleriyle reaksiyona giren birçok maddeyi içeriyordu.
Otokataliz – ilerlemenin motoru
Peki en ilkel yaşam sistemi bile bu kadar karışımın içinden nasıl ortaya çıkabildi? Uzun bir süre birçok bilim adamı bu sorunun cevabını aramanın boşuna olduğunu düşündü. Sorun ancak 1980'lerin başında, kendi kendini organize eden sistemler teorisinin sorunun çözümüne dahil edilmesiyle ortaya çıktı.
Bir substrat üzerinde birkaç reaksiyonun gerçekleşmesine izin verin. Daha sonra yavaş olanlar solmaya ve durmaya başlayacak, yani yerini hızlı akanlar alacak. Böylece, biyolojik öncesi evrimin çok erken aşamalarında doğal seçilim harekete geçmeye başlar. Kendi ürünleriyle hızlandırılan zincirleme (otokatalitik) reaksiyonların avantajı vardır. Organizasyonun sonraki seviyelerinde (otokatalitik döngüler ve hiperdöngüler) süreçler de verimlilik ve karmaşıklık açısından seçilir, çünkü belirli bir düzeye ulaştıktan sonra sistemin karmaşıklığı kendi kendini sürdürebilir hale gelir ve artabilir.
Klasik termodinamiğin, biyosferin nasıl ve ne zaman ortaya çıktığı sorusuna yardımcı olma konusunda güçsüz olduğu ve tüm bu sonuçların bilim adamları tarafından dengesizlik, Prigogine termodinamiği çerçevesinde yapıldığı belirtilmelidir. Bu bağlamda yaşam, yüksek molekül ağırlıklı karbon bileşiklerinin denge dışı koşullar altında otokatalizine dayalı bir kimyasal öz-organizasyon süreci olarak tanımlanır ve canlı bir ilkel ortam, adı geçen reaksiyonların gerçekleştiği bir su birikintisi olarak düşünülebilir. Kelimenin tam anlamıyla canlı bir maddedir; yaratıklar olmadan. Böyle bir birincil biyosfer neredeyse Dünya ile aynı yaştadır. Her durumda, eğer gezegenimizden daha gençse, o zaman çok da değil.
RNA dünyası ve ilk canlılar
Son zamanlarda başarıyla geliştirilen çok umut verici bir teoriye göre, dış ortamdan izole edilen ilk organizmalar, RNA döngüleri temelinde ortaya çıktı. Hala ne DNA'ları ne de proteinleri vardı.
Modern organizmalardaki DNA kalıtsal bilgiyi depolar, proteinler hücrede aktif çalışma yapar, RNA genellikle bir tür aracı görevi görür - bilgiyi okur ve protein sentezini sağlar. Hem DNA hem de protein, birbirleri ve RNA olmadan çaresizdir, ancak o her şeyi yapabilir - kuşkusuz, "dar uzmanlardan" daha kötü, ancak ilk başta bu kritik bir dezavantaj olmayabilir. Aksi takdirde, kimyasal evrimin bir aşamada DNA'yı, RNA'yı, proteinleri hemen yarattığını, bunları ilk hücrelere aldığını ve işlevleri kesin olarak dağıttığını kabul etmek zorunda kalacağız - bunun olasılığı gerçekten yok denecek kadar azdır.
Her halükarda ilk ilkel RNA'lar, düşük molekül ağırlıklı organik maddeden, karmaşık bir "çift sarmal"dan çok daha verimli bir şekilde sentezlendi. Buna paralel olarak, koaservatların (su-lipit damlacıkları, hücre zarının öncüleri) oluşma süreci vardı. Ve RNA'nın "canlı çözümü" kendisini koaservat bir kabuğa sarar sarmaz, ilk özerk organizma ortaya çıktı. Membran filmi, iç boşluk ile çevre arasında kimyasal bir eğimi koruyarak canlı maddenin dağılmasını önledi; bu, büyük bir avantaj haline geldi.
Biyosferin daha da gelişmesi sırasında, kalıtsal bilgilerin depolanmasındaki asa, daha fazla doğruluk sağlayan DNA tarafından devralındı; aynı RNA ile damgalanmış proteinler, katalitik aktiviteyi devraldı, ancak ikincisi boşta kalmadı. Sonuçta o olmadan hücre ölüdür.
Taş ve genlerdeki antik yaşamın izleri
Bilim adamları, biyosferin nasıl ve ne zaman ortaya çıktığına ve erken tarihinin ne olduğuna ilişkin soruların yanıtlarını teorik modellerde ve laboratuvar deneylerinde aramak zorunda kalıyor, çünkü Dünya'nın birincil yüzeyi sonraki jeolojik süreçler tarafından uzun süredir tahrip edilmiş durumda.
Bugüne kadarki en eski yaşam izleri Grönland, Kanada ve Avustralya'da bulundu. Bunların en güvenilirleri 3,7 milyar yıl öncesine dayanıyor ve o zaman bile bazıları fotosentetik (siyanobakteriler veya öncülleri) olan karmaşık mikroorganizma topluluklarının bulunduğunu gösteriyor.
Araştırmanın bir başka yönü moleküler biyoloji alanında yatmaktadır. Tüm canlı türleri akraba olduğundan, türlerin filogenetik ağacını oluşturarak “Son Evrensel Ortak Atanın” (LUCA) var olduğu zamanı yaklaşık olarak belirlemek mümkündür. Bu dünyadaki ilk organizma değil, ama çok uzun zaman önce yaşadı - bilim adamlarına göre yaklaşık 4 milyar yıl önce. Bu organizmanın sahip olduğu genlerin kesin seti belirlendi ancak “Luka”nın ayrı bir mikroorganizma türü mü yoksa kalıtsal materyal alışverişi yapan bir türler topluluğu mu olduğu bilinmiyor.
Hayat gezegeni dönüştürüyor
Biyosfer, varlığının ilk aşamalarında bile Dünya'nın evrimine aktif olarak katılmıştır. Antik Prekambriyen tek hücreli organizmalarının en önemli özelliği elbette istikrarlı bir oksitleyici atmosferin yaratılmasıdır. Ancak yaşamın çökelme ve cevher oluşumunun doğası üzerinde de büyük etkisi oldu. Örneğin Kursk Manyetik Anomalisi gibi en önemli demir cevheri yatakları, 2,5-2 milyar yıl önce Paleoproterozoik dönemin okyanuslarındaki fotosentetik bakterilerin faaliyeti nedeniyle oluşmuştur.
Karaya ulaştıktan sonra hayat manzaralar üzerinde çalışmaya başladı. Aslında toprağı bu şekilde yaratan biyosferdi. Sonuçta, topraklar oluşana ve daha yüksek bitkiler yayılıncaya kadar net bir "kara-rezervuar" sınırı yoktu, okyanuslara su akışı alan bazlıydı ve istikrarlı nehir yatakları yoktu.
Petrol ve kömürü herkes biliyor. Ancak Himalayalar, Alpler ve Kafkasya'daki dağ sıraları kireçtaşından oluşuyor ve bu kayaların çoğu biyojenik kökenli. Bu dağlar bir zamanlar deniz hayvanlarıydı. En küçüğünden en büyüğüne kadar kabukları en yaygın tortul kayaçlardan bazılarını oluşturuyordu.
Biyosferin işlevleri
Yaşamın gezegenin çehresini nasıl değiştirdiğine dair birkaç örneğe baktık. Biyosferin işlevleri hakkında bilinenleri özetleyelim.
Birincisi, atmosferin ve doğal suların bileşiminin değiştirilmesi ve sürdürülmesiyle ilgilidir. İkincisi, aktarır, biriktirir veya dağıtır, yani çeşitli maddeleri yeniden dağıtır. Üçüncüsü, çevre oluşturma işlevini yerine getirir. Bütün bunlar, Dünya'nın jeokimyasal döngülerinin düzenlenmesi ve dengelenmesi süreci olarak özetlenebilir. Vernadsky'nin biyosfer doktrininde tanımladığı yapısal bileşenler tarafından güneş enerjisinin emilmesi, dönüştürülmesi, birikmesi ve serbest bırakılması nedeniyle gerçekleştirilir: bir dizi canlı organizma, biyojenik, biyoinert ve atıl madde.
Topraktan Ayrılmaz
Biyosferin ortaya çıktığı andan itibaren (büyük olasılıkla kesin bir an olmamasına rağmen), tüm bileşenleri birbirleriyle ve gezegenin geri kalan jeolojik kabukları - atmosfer, hidrosfer, litosfer - ile yakın etkileşime girer. Dünya-biyosfer sistemi, bireysel biyojeosinozlardan jeolojik zaman ölçeklerindeki küresel süreçlere kadar çeşitli seviyelerde birçok olumlu ve olumsuz geri bildirimle kaplıdır.
BİYOSFER, Dünya'nın içinde yaşamın var olduğu kabuğu. Biyosfer, atmosferin alt kısmını (15-20 km), litosferin üst kısmını ve hidrosferin tamamını içerir. Alt sınır karada ortalama 2-3 km, okyanus tabanının ise 1-2 km altına iner. "Biyosfer" terimi, 1875 yılında Avusturyalı jeolog E. Suess tarafından tanıtıldı ve modern bilimle ilgili olan biyosfer doktrininin temelleri V.I. Vernadsky tarafından geliştirildi.
Biyosfer canlı veya biyotik ve cansız veya abiyotik bileşenlerden oluşur. Biyotik bileşen, tüm canlı organizmalar kümesidir (Vernadsky'ye göre - “canlı madde”). Abiyotik bileşen, enerji, su, belirli kimyasal elementler ve canlı organizmaların var olduğu diğer inorganik koşulların birleşimidir.
Biyosferdeki yaşam, enerji akışına ve biyotik ve abiyotik bileşenler arasındaki maddelerin dolaşımına bağlıdır. Maddelerin döngülerine biyojeokimyasal döngüler denir. Bu döngülerin varlığı Güneş'in enerjisiyle sağlanır. Dünya yakl. Yılda 1,3ґ10 24 kalori. Bu enerjinin yaklaşık %40'ı uzaya geri yayılır; %15'i atmosfer, toprak ve su tarafından emilir; Enerjinin geri kalanı, Dünya'daki tüm yaşamın birincil enerji kaynağı olan görünür ışıktır.
Su olmadan hayat imkansızdır. Su, canlı organizmalarda bulunan en önemli elementlerden biri olan hidrojen kaynağıdır. Organizmalardaki metabolik reaksiyonlar sıvı fazda meydana gelir ve su, organizmaların besinleri tükettiği ve metabolizmanın son ürünlerinin (atıkların) uzaklaştırıldığı ortamdır. Su, canlı organizmaların ağırlığının %50 ila 95'ini oluşturur. Bitkilerde buharlaşma süreci su döngüsünde önemli bir rol oynar. Bitkiler suyu kökleri aracılığıyla emer ve içinde çözünmüş tuzları elde ederler. Su yapraklardan buharlaşır. Büyüme mevsimi boyunca 1 hektarlık bir alandaki tahıl ürünleri yaklaşık olarak buharlaşır. 4.000.000 litre su, ancak bu miktarın yalnızca %0,4'ü doğrudan fotosentez sürecinde kullanılıyor. 1 kg tahıl elde etmek için yakl. 500 litre su. Açıkçası, bitkiler çok büyük miktarda suya ihtiyaç duyarlar ve tüketiciler bitkilerle beslendiklerinden, toplam su ihtiyaçları doğrudan emdikleri miktardan çok daha fazladır. Örneğin, bir kişinin yakl. Günde 2,1 litre su, ancak günlük yediği yiyecek miktarını elde etmek için 10.000 litre daha suya ihtiyaç vardır.
Biyosferin biyotik ve abiyotik bileşenleri arasında dinamik bir dengenin korunması, tüm yaşam formlarının varlığı için gerekli bir koşuldur. Su kalitesinin bozulması, ormansızlaşma veya kirleticilerin atmosfere salınmasıyla birlikte biyosfer üzerindeki insan etkisi Dünya'daki yaşamı tehdit edebilir.
Biyoloji Fakültesi'nden mezun olduysanız muhtemelen biyosferin ne olduğunu biliyorsunuzdur. Biyosfer denilen şeyin ne olduğunu bilmeyenler için biyosferin bitkilerin, hayvanların, mikroorganizmaların, insanların yaşadığı ve onlar tarafından dönüştürülen Dünya'nın kabuğu olduğunu açıklayalım. Bu, Dünya üzerindeki canlı organizmaların varoluş alanıdır. Yalnızca gezegenimizin yaşam üzerinde tekel sahibi olduğu aksiyomuna inanıyorsanız bu tanım doğrudur.
Canlı formlarının sınırlarının ötesinde var olduğu hipotezini kabul ederek, biyosferin yalnızca Dünya'da bulunamayacağı iddia edilebilir. Araştırmacılara göre canlı organizmaların varlık ve faaliyet alanının buzul altı okyanuslar gibi gizli boşluklarda bile mevcut olduğu düşünüldüğünde böyle bir varsayım pek de fantastik görünmüyor. Örneğin Jüpiter'in uydusu Europa'da canlıların bulunma ihtimali oldukça yüksektir.
Makalede hızlı gezinme
Terimin tarihi
Biyolojide ilk kez “biyosfer” terimi 1875 yılında Avusturyalı bilim adamı Eduard Suess tarafından ortaya atıldı. Artık terimin hangi yılda ortaya çıktığını biliyorsunuz. Ancak "biyosfer" terimi Suess tarafından ortaya atılmadan çok önce, bu terimin ilkeleri ilk kez Fransız araştırmacı Jean Baptiste Lamarck tarafından uygulanmış ve ayrıntılı olarak formüle edilmiştir. Doğru, Lamarck'ın bu terim için farklı bir adı vardı.
Yunancadan tercüme edilen "yaşam alanı" anlamına gelen biyosfer, mineral elementlerle yakın temas halinde bulunan ve onların etkisine maruz kalan canlı organizmalar sistemi olarak kabul edildi. Ve yalnızca Sovyet akademisyeni ve filozof Vernadsky, çevredeki tüm dünyanın oluşumunu etkileyen faktörleri hesaba kattı.
Bu sayede bu bilim adamının, bugün tüm dünyada tanınan biyosferin özüne ilişkin işlevsel doktrinin yazarı ve yaratıcısı olduğuna inanılıyor. Biyosferin hiyerarşik yapısı fikri de dahil olmak üzere, dünyanın her yerindeki bilim adamları tarafından kullanılan birçok tanımı bilime tanıtan ilk kişi oydu. Vernadsky, canlı maddenin gezegenin ve yapısının dönüşüm süreci üzerinde gözle görülür bir etkiye sahip olduğunu yazdı. Biyosferin bileşimini ve işlevlerini ayrıntılı olarak anlattı.
Biyosfer nerede bulunur?
Biyosfere neyin dahil olduğunu düşünelim. Biyosferin Dünya yüzeyinin derinliklerindeki sınırları kilometrelerce uzanır. Denizlerin ve okyanusların sularının tüm kalınlığı, en derin çöküntülere kadar canlı organizmalarla doludur. Canlı organizmaların varlığının üst sınırı yüzeyden yaklaşık 45 kilometre yükseklikte olup ozon tabakasıyla sınırlıdır. Biyosferin varlığında önemli bir rol oynar, dünya yüzeyini tüm canlıları öldüren yıkıcı kozmik radyasyondan korur.
Bilim, biyosferin üç kabuktan oluştuğuna inanıyor:
- litosfer;
- hidrosfer;
- atmosfer.
Biyosfer kabuğunun en yoğun bileşeni olan litosfer, Dünya yüzeyinde başlar ve birkaç kilometre aşağıya kadar uzanır. Bu biyosfer içindeki jeolojik bir kabuktur. Yeraltındaki canlı organizmaların yaşam alanı sınırlıdır. Yüzeyden uzaklık arttıkça sıcaklık artar. Belli bir derinlikte sıcaklık ve basınç çok yüksek olduğundan yaşam imkansızdır.
Hidrosfer, dünya yüzeyinin çoğunu kaplayan bir ortam olarak sudan oluşur. Biyosferde bulunan su kütlesinin tamamı canlı organizmalar tarafından dengesiz bir şekilde doyurulur. Çoğu yüzeyde, karaya yakın ve dipte bulunur.
İnsanlar atmosferden bahsederken genellikle ağaçların tepesinden ozon tabakasının altına kadar olan katmanları kastediyorlar. Bu en düşük yoğunluğa sahip kabuktur. Biyosfer, ozon tabakasının üzerinde bulunan atmosferin katmanlarını içermez.
Biyosfer ve bileşenleri
Biyoloji, biyosferin dört tür madde içerdiğine inanmaktadır. Biyosferin bileşimini ve yapısını belirleyen türler şunlardır:
Bu maddeler biyosferi oluşturur. Bunlara ek olarak biyosfer şunları içerir:
- kozmik kökenli maddeler;
- radyoaktif elementler;
- kozmik radyasyonun etkisi altında maddelerin bölünmesi sırasında oluşan dağınık atomlar.
Biyosfer, gezegendeki tüm canlı organizmaların topluluğu olarak anlaşılmaktadır. Yeryüzünde yaklaşık 3 milyon farklı canlı türü yaşamaktadır. Deneyin ve onları tanımlayın! Bu kadar çeşitlilik kafanızı karıştırabilir! Birçoğunun varlığını hayal bile edemiyoruz. Farklı koşullarda yaşıyorlar, bu da onları birbirinden farklı kılıyor. Organizmalar, bireysel biyojeosinozların sınırları dahilinde birbirleriyle etkileşime girer. Biyosferin yapısı ise birçok biyojeosinoz şeklinde organize olmuş bir yapıdır. Başka bir deyişle biyosfer, biyojeosinozları içerir. Onların durumu biyosferin varlığı ve gelişimi için gerekli bir koşuldur. Bu nedenle biyojeosinozlara gezegenin biyosferini oluşturan yapı taşları denir. Biyosfer, gezegendeki tüm biyojeosinozların toplamıdır. Biyosferin tüm bileşenleri önemlidir. Bunlardan biri hasar görürse tüm bina daha az sağlam hale gelecektir. Biyosfer bir bütün olarak her biyojeosinozun durumundan etkilenir.
Dünyadaki yaşamın kökeni ve gelişimi
Dünyanın canlı kabuğunun nereden geldiğine dair birçok versiyon var. Güvenilir bilgi olmadığından çok sayıda versiyon çağrılmaktadır. Bazıları ilahi kökene tamamen güveniyor. Diğerleri bunun genel olarak bir dizi cansız elementten canlı bir organizma yaratan nadir bir tesadüf olduğuna inanıyor. Bazıları ise gezegenimizdeki tüm yaşamın atalarının uzaydan geldiğine inanıyor.
Başka bir galaksiden kaşiflerin yeni bir koloni kurmak için bir yer seçerek Dünya'ya geldiklerine dair yarı kurgusal bir versiyon bile var. Gezegenin pek işe yaramayacağına karar verdiler ve uçup gittiklerinde arkalarında çöp bıraktılar. İçinde bulunan biyolojik kalıntılar, Dünya'daki yaşamın kökeninin temelini oluşturdu.
Bu sürecin nasıl ilerlediğine dair kendi versiyonunuz varsa, bunu açıklayın ve açıklayın. Öncekilerle aynı var olma hakkına sahiptir. Bu bir felsefe sorunudur.
Dünya'da yaşamın nasıl ortaya çıktığını ve geliştiğini kısaca anlatalım.
Canlı organizmaların ortaya çıkmasına ve yayılmasına neden olan küresel süreçler hidrosferde başladı. Daha sonra biyosferin bu kabuğundaki yaşam karaya yayıldı. Biyosferde meydana gelen süreçlerle daha fazla dönüşüm tamamlandı. Ortaya çıkan kara bitkileri, atmosferin bileşimini ve yapısını aktif olarak dönüştürmeye başladı ve gezegeni karmaşık organizmaların yaşamı için giderek daha uygun hale getirdi. Biyosferin kimyasal bileşimi değişti. Fotosentez yoluyla hayvanların solunumu için gerekli olan oksijen üretildi. Atmosferin üst katmanlarında oksijenin bir kısmı, kozmik radyasyona karşı koruma görevi gören ozona dönüştürüldü.
Gezegenin birincil atmosferinde, güçlü elektrik deşarjlarının yanı sıra sabah menekşe radyasyonunun ve yüksek radyasyonun etkisi altında, okyanusta biriken organik bileşikler oluşabiliyor.
Biyosfer, doğanın tacı olan insanlığı içerir. Biyolojik bir tür olarak insanın varoluşunda biyosferin rolü önemlidir. İnsanlar çevreyi kasıtlı olarak değiştirecek ve onu kendi yaşam alanlarına daha uygun hale getirecek kadar akıllıdır.
Doğanın yarattığı sistem mükemmeldir ama sonsuz olup olmadığını düşünmeye değer mi?
Antropojenik faktörlerin, çevre üzerinde her zaman olumlu bir etkisi olmayan biyosferin unsurları üzerinde aktif bir etkisi vardır. Dünyadaki biyosferin diğer temsilcilerini yok ediyoruz, atmosferi ve Dünya Okyanusunu kirletiyoruz, elektromanyetik radyasyon yaratıyoruz, iklimi değiştiriyoruz. Geçen yüzyılın ikinci yarısından bu yana gezegende meydana gelen insan yapımı felaketlerin sonuçlarının onlarca yıl boyunca üstesinden gelinmesi gerekiyor. Çevre zarar gördü. İnsan yapımı kitle imha silahları, eğer kullanılırsa, Dünya'daki yaşamı yok edebilir.
Şu anda insan faaliyeti sadece kendi türünün değil tüm canlıların varlığına yönelik bir tehdit oluşturmaktadır. Önlem alınmazsa insanlığın geleceği yoktur. Bu durumdan çıkış yolu nedir?
Çözüm ilk olarak aynı V.I. Vernadsky tarafından önerildi. Biyosferin geleceğinin insan tarafından belirlendiğini öne sürdü. Canlı organizmaların bir arada yaşaması, gelişmesi ve çoğalması için rahat olan yeni bir sistem yaratacaktır. Bu yeni ortam için "noosfer" terimini kullandı. Noosferin oluşumu için bir takım koşullar gereklidir:
- Homo sapiens'in gezegen boyunca yerleşimi ve diğer biyolojik türler üzerindeki hakim konumu;
- iletişimin gelişmesinde bir devrim ve gezegenin herhangi bir kısmı arasında hızlı iletişim olasılığı;
- nükleer enerjinin ortaya çıkma ve aktif kullanım olasılığı;
- Dünya toplumunda geniş kitlelere gerçek kontrol araçları sağlayan demokratik tutumlar hakimdir;
- Dünya nüfusunun etkileyici bir kısmı bilimsel faaliyetlere katılmaktadır.
Belki bazı noktalar safça görünebilir, ancak bu varsayımların onlarca yıl önce insani gelişmenin küresel süreçlerini ve çevresini inceleyen bir adam tarafından ortaya atıldığını unutmayalım.
İnsanlığın ilerlediği bir diğer yön, biyosferi bağımsız olarak yaratma girişimleridir. Biyosferin ekolojide sürekli güneş enerjisi akışı gerektiren ve kendisinin ısı ürettiği açık bir sistem olduğu bilinmektedir. Yapay olarak yaratılacak olan biyosfer ise insanlara düşman bir ortamda özerk bir varoluşu varsayıyor. Ve yapısı bu sorunun çözülmesine yardımcı olmalıdır.
Biyosferin insanlık için önemi çok büyüktür. Onsuz hayatta kalamayız. K. E. Tsiolkovsky, yaratılma fikrini uzay araştırmalarıyla ilgili bilimsel literatüre soktu. Böyle bir sistem yapay bir biyosferdir. Bu kavram ilk kez Tsiolkovsky tarafından kullanıldı. Başka bir gezegende yeniden yaratılsaydı, biyosferin kalınlığı insanların hayatta kalmasına olanak sağlayacak koşulları sağlayacaktı. Şu ana kadar bağımsız bir biyosfer elde etmek mümkün olmadı ancak bu yönde araştırmalar devam ediyor.
Yapay biyosfer
Her insan evine, arabasına bakar, çocuklarına bakar. Bizi çevreleyen biyosfer aynı zamanda evimizdir. İçinde yaşıyoruz ve faydalarından yararlanıyoruz. Ancak yıkılırsa yaşayacak hiçbir yerimiz kalmayacak ve bundan, torunlarımıza aktarabilmek için bu eve iyi bakmamız gerektiği sonucuna varıyoruz. Ve temiz ve güzel olacak.