1 Biyosferin genel özellikleri

Biyosfer, tüm canlı organizmaları ve gezegenin bu organizmalarla sürekli alışveriş halinde olan maddesini içeren, Dünya'nın dördüncü kabuğudur. Biyosfer, Dünya üzerindeki canlı organizmaların varoluş alanıdır. Biyosferin bir yaşam alanı olduğuna dair ilk fikirler Fransız doğa bilimci J.B. Lamarck. Kelimenin tam anlamıyla biyosfer yaşam alanıdır, çünkü “bios” hayattır ve “sphaira” bir top, küredir. Bu terim ilk kez 1875 yılında Avusturyalı jeolog Eduard Suess tarafından ortaya atılmıştır.

Biyosfer hakkındaki modern fikirler Ukraynalı bilim adamı V.I. Vernadsky tarafından önce ayrı makalelerde, ardından Charles Üniversitesi'nde (Prag) ve Sorbonne'da (Paris) verilen derslerde anlatıldı. Vernadsky'nin geliştirdiği ilkeler 1926'da yayınlanan Biyosfer kitabında özetlendi.

Vernadsky'nin öğretisinin özü, gezegenin görünümünü dönüştüren canlı maddenin ayrıcalıklı rolünün tanınmasında yatmaktadır. Vernadsky, Dünya'nın yüzeyini, gelişimi büyük ölçüde canlı organizmaların faaliyetleriyle belirlenen bir tür kabuk olarak görüyordu. Vernadsky, canlı organizmaların Dünya'nın görünümünü şekillendiren tüm jeolojik süreçler üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu kanıtladı. Canlı organizmaların hayati aktivitesi, atmosferin kimyasal bileşimini, hidrosferdeki tuz konsantrasyonunu, toprak oluşumunu ve diğer süreçleri belirler. Canlı organizmalar yalnızca çevre koşullarına uyum sağlamakla kalmaz, aynı zamanda onları aktif olarak değiştirir. Güneş'in ışınım enerjisini yakalayıp dönüştüren ve dünyamızın sonsuz çeşitliliğini yaratan canlı organizmalardır.

Biyosferin en önemli özelliği, Güneş'in ışınım enerjisinin neden olduğu ve organizmaların metabolizması, büyümesi ve çoğalması sürecinde ortaya çıkan kimyasal element atomlarının biyojenik göçüdür. (Başka bir deyişle, canlı maddenin güneş ışınlarının enerjisini potansiyele, ardından biyokimyasal süreçlerin kinetik enerjisine dönüştürdüğünü söyleyebiliriz.) Biyosferdeki atomların biyojenik göçü 2 biyokimyasal prensibe dayanmaktadır: Maksimum arzu yaşamın tezahürü (“her yerde bulunma”) (canlı maddelerin hızlı bir şekilde boş alan geliştirme yeteneği) ve organizmaların hayatta kalmasını sağlar, bu da biyojenik göçün kendisini sağlar.

Vernadsky'nin öğretisinin bir diğer önemli yönü, canlı ve cansız maddelerin koordineli etkileşiminde, organizmaların ve çevrenin karşılıklı uyarlanabilirliğinde ortaya çıkan biyosferin organizasyonu hakkında geliştirdiği fikirdir.

Biyosfer, atmosferin alt kısmını (ozon tabakasına kadar - 20-25 km yükseklikte), hidrosferin tamamını ve litosferin üst kısmını yani yaşamın ve canlı organizmaların bulunduğu alanı içerir. Şu anda biyosferin üst sınırının Dünya yüzeyinden yaklaşık 85 km yükseklikte yer aldığı kabul edilmektedir, çünkü bu yükseklikte (stratosferde) mikroorganizma sporları gizli (gizli, uyuyan) bir ortamda bulunur. durum. Biyosferin alt sınırı, sıcaklığın 100 0 C'ye ulaştığı litosferin derinliklerinde bulunur ve 1,5-2 km ve 7-8 km derinlikte (kaya türüne bağlı olarak) bulunur. Son kanıtlar, bazı bakterilerin nükleer reaktörlerde mutlak sıfırdan +180 0 C'ye kadar sıcaklıklarda, vakumda var olabileceğini göstermektedir.

Biyosferdeki canlı maddenin toplam kütlesi 2,42 trilyon tondur (2,42∙10 12 ton; biyosferin kütlesi 10 19 ton), bu da Dünya'nın en hafif kabuğu olan atmosferin kütlesinden 2 bin kat daha azdır (5,15). * 10 15 ton), yer kabuğunun kütlesinden 10 milyon kat daha az, Dünya kütlesinden bir milyar kat daha az (6 * 10 21 ton). Bitki biyokütlesi (fitokütle) 2,4 * 10 12 ton, hayvan ve mikroorganizmaların biyokütlesi (zooma ve bakteriyokütle) 0,02 * 10 12 tondur (kuru madde açısından). Aynı zamanda hayvanların tür farklılaşması, bitkilerin tür farklılaşmasından 5 kat daha fazladır (1,5-1,7 milyon hayvan türü ve 300 bin (Belyavsky'ye göre) -500 bin (Kucheryavoy'a göre) bitki).

Canlı maddenin cansız maddeye göre karakteristik bir özelliği, çok yüksek aktivitesi, yüksek reaksiyon hızı (cansız maddeninkinden yüzlerce ila binlerce kat daha fazla), örneğin çok hızlı metabolizmasıdır. Biyosferdeki tüm canlı maddeler ortalama 8 yılda bir yenilenir. Dünya Okyanusunun biyokütlesi 33 günde, fitokütlesi ise günlük olarak, karasal bitkilerin daha uzun ömürlü olması nedeniyle yaklaşık 14 yılda yenilenmektedir. Bazı böceklerin tırtılları günde kendi ağırlıklarının 100-200 katı kadar besin işlerken, solucanlar 200 yıl içinde Dünya'daki 1 metrelik toprak tabakasının tamamını vücutlarından geçirirler.

Canlı organizmalar yalnızca pasif hareketle (yerçekiminin etkisi altında) değil, aynı zamanda aktif hareketle de (suyun akışına, hava kütlelerinin hareketine karşı) karakterize edilir.

Canlı organizmalar sayesinde biyosfer aşağıdaki işlevleri yerine getirir:

enerji (enerjinin birikmesi ve dönüşümü);

gaz (habitatın gaz bileşimini değiştirme ve sürdürme yeteneği);

redoks (bu süreçlerin uzayda canlı maddenin etkisi altında yoğunlaşması);

konsantrasyon (uzayda dağılmış kimyasal elementlerin atomlarını kişinin vücudunda toplama yeteneği);

yıkıcı (hem organik kalıntıların hem de atıl maddenin ayrışması);

taşıma (organizmaların aktif hareketinin bir sonucu olarak madde ve enerjinin transferi);

çevre oluşturan (çevrenin fiziksel ve kimyasal parametrelerinde değişiklik);

bilgilendirici (birikim, kalıtsal yapılarda konsolidasyon, bilgi aktarımı) vb.

İlk kez V.I. biyosferin maddesine ilişkin bir değerlendirme yaptı. Vernadsky. Aşağıdaki madde türlerinin (toplamda 7) biyosferin ana bileşenleri olduğunu düşünüyordu:

a) canlı madde (bitkiler, hayvanlar, mikroorganizmalar);

b) biyojenik madde - jeolojik tarih boyunca canlı organizmalar tarafından oluşturulan organik ve organomineral ürünler (kömür, petrol, biyosfer gazları - oksijen, karbon dioksit, su, amonyak, hidrojen sülfür ve diğerleri), son derece kaynak olan güçlü potansiyel enerji;

c) atıl madde (kalıcı, hareketsizliğe doğru çekim) - inorganik kökenli kayalar (yani, canlı maddenin yer almadığı süreçler tarafından oluşturulan) ve su; bu madde canlı organizmaların yaşaması için bir substrat veya ortamdır;

d) biyoinert madde - canlı ve cansız maddelerin (tortul kayalar, topraklar, siltler - su altı toprakları, doğal sular) etkileşiminin sonucudur ve biyosferde önemli biyojeokimyasal enerjiyi temsil ederler; Biyoinert maddedeki canlı ve cansız madde oranı dalgalanır; örneğin toprak ortalama %93 mineral ve %7 organik maddeden oluşur.

Listelenen madde türlerine ek olarak, radyoaktif bozunmadaki maddeler (polonyum, radyum, radon, uranyum, neptün, plütonyum vb.), dağınık atomların maddeleri (rubidyum, sezyum, niyobyum, tantal, büyük derinliklerde bileşikler oluşturur) da vardır. yer kabuğunda iyot ve brom yalnızca Dünya yüzeyinde reaksiyona girer) ve kozmik kökenli bir maddedir.

2 Biyosferin bileşimi ve işleyişi

Biyosferin ana bileşeni, tüm canlı organizmaları ifade eden canlı maddedir. Organizma, belirli düzeyde biyolojik organizasyona (gen-hücre-organ-organizma-nüfus-topluluk) sahip olan canlı bir varlıktır. Organizmalar, cansız doğadan belirli bir dizi özellik açısından farklılık gösterir: hücresel organizasyon (virüsler ve fajlar, hücre öncesi organizmalar hariç); vücudun homeostazisinin korunduğu metabolizma (metabolizma) (kendini yenileme, iç ortamın sabitliği, vb.); hareket, sinirlilik, büyüme, gelişme, üreme, adaptasyon vb.

Biyosferin canlı maddesi 3 ana tipteki organizmalardan oluşur:

üreticiler veya ototroflar, varlıkları için inorganik kaynakları kullanan organizmalardır; güneş enerjisi, su, karbondioksit ve mineral tuzlarından yararlanarak organik madde yaratmak; Bu tür, kara ve su ortamlarındaki yeşil bitkileri, mavi-yeşil algleri ve bazı kemosentetik bakterileri içerir;

ayrıştırıcılar veya yıkıcılar (aynı zamanda heterotroflardır, çünkü organik madde oluşturmazlar, ancak hazır olanları tüketirler) - ölü organizmaların (hem üreticiler hem de tüketiciler) organik ürünlerini basit bileşiklere ayrıştıran organizmalar - su, karbondioksit, nitrojen dioksit, mineral tuzları (yani organik maddeyi inorganik maddeye dönüştürür); bunlar bakteriler, alt mantarlar; Bu gruptaki tür sayısı en azdır - toplam kütlesi 1,8 * 10 8 ton olan 75 bin tür vardır.

Biyosferdeki süreçlerin gelişimindeki ana itici faktör, canlı maddenin biyokimyasal enerjisidir. Biyosferdeki maddenin biyolojik döngüsünün genel şemasını ele alalım.

Doğal ekosistemlerde madde ve enerji transfer şeması

GÜNEŞ maddesi

enerji

ÜRETİCİLER TÜKETİCİLER TÜKETİCİLER

1. sipariş 2. sipariş

REDÜKTÖRLER

KİMYASALLAR

Üreticiler (bitkiler) karbondioksit, su ve enerji tüketerek fotosentez yoluyla organik madde üretirler.

6C02 + 6H20  C6H1206 + 6O2;

kemoüreticiler kimyasal reaksiyonların enerjisini kullanır (örneğin, kükürt üreticileri - mor bakteriler gerekli maddeleri sudan değil hidrojen sülfürden alır ve organik madde üretir; ayrıca nitrat, nitrit bakterileri de vardır);

1. dereceden tüketiciler (otçul hayvanlar) bitkilerin organik kütlesini tüketir; 2. sıradaki tüketiciler (etoburlar), 3. (etçil bitkiler, mantarlar) diğer tüketicileri yer;

ayrıştırıcılar, üreticilerin ve tüketicilerin organik maddelerini tüketerek, bitki ve hayvanların ölü bedenlerini basit kimyasallara (CO2, H2O, mineraller) ayrıştırarak, biyosferdeki madde döngüsünü kapatarak enerji elde ederler.

Genel olarak biyosfer, iç ortamın fizikokimyasal ve biyolojik özelliklerinin ve temel fonksiyonların dinamik sabitliğinin otomatik olarak korunduğu dev bir süper organizmaya çok benzer. Dolayısıyla biyosfer, yalnızca bunların bütünlüğü değil, etkileşim halindeki organizmalar ve doğanın cansız bileşenlerinden oluşan bir sistemdir.

Modern bakış açısına göre biyosfer küresel bir ekosistemdir, kendi “girdisi” ve “çıktısı” olan açık bir sistemdir. “Girdi” uzaydan gelen güneş enerjisi akışıdır. “Çıktı”, organizmaların yaşamı boyunca oluşan ve çeşitli nedenlerle biyolojik döngüden “düşen” maddelerdir. Bu sözde "jeolojiye çıkış" - petrol, kömür, tortul kayaçlar vb.

Organizmaların birbirleriyle ve çevreyle etkileşimi incelenirken “ekosistem” kavramı kullanılır. Ekosistem, bir arada yaşayan farklı türdeki organizmaların ve bunların varoluş koşullarının birbirleriyle doğal bir bağlantı içinde olan bir koleksiyonudur. Terim İngilizce tarafından önerildi. bilim adamı A. Tansley (1935). 4 düzeyde ekosistem vardır:

mikroekosistemler (çürüyen ağaç gövdesi; liken yastığı: algler, mantarlar, küçük eklembacaklılar);

mezoekosistemler (orman, gölet, bozkır, göl vb.);

makroekosistemler (kıta, okyanus);

küresel ekosistem (Dünya'nın biyosferi).

"Ekosistem" kavramının eşanlamlısı, Sovyet ekolojisti Sukachev (Vlad. Nik.) tarafından önerilen "biyojeosinoz" terimidir. Tanıma göre biyojeosinoz, metabolizma ve enerji ile birbirine bağlı tek bir organizmanın bileşenlerini temsil eden, nispeten homojen bitki örtüsü, fauna, iklim ve toprak koşullarına sahip, dünya yüzeyinin bir alanıdır. Biyojeosinoz kavramı bir mezoekosisteme karşılık gelir.

Canlıların birbirleriyle ve cansız maddelerle ilişkileri oldukça karmaşıktır. Ekosistem üyeleri arasındaki olası bağlantıların sayısı aşağıdaki formülle belirlenir:

A= ------------- ,

A, bağlantıların sayısı, N ise ekosistemdeki türlerin sayısıdır. Örneğin N = 1 bin, A = 1000 * 999/2  500 bin Bu sayısız bağlantı arasında son derece önemli, yeri doldurulamaz olanlar var. (İnsanların önemi hakkında kabaca bir fikre sahip oldukları biyosfer bağlantılarına müdahalesi çoğu zaman istenmeyen sonuçlara yol açmaktadır. Örneğin, Norveç'te 30'lu yıllarda yırtıcı kuşları (kar baykuşları, şahinler) yok etmeye karar verdiler, bu da sayıyı azalttı kutup kekliği; avcılara ikramiyeler verildi, yırtıcı kuşların yok edilmesi için faydalar sağlandı; keklikler arasında bu türü neredeyse tamamen yok eden bir salgın çıktı; bu durumda baykuşlar ve şahinler görevli rolünü üstlendi;

En önemli bağlantılar gıda, enerji.

Enerji, besin ve kimyasal bağlantıların yanı sıra biyosferde önemli bir rol oynarlar. bilgilendirici iletişim. Dünyadaki canlılar çeşitli bilgi türlerinde ustalaşmıştır: görsel, işitsel, kimyasal, elektromanyetik.

Ne yazık ki biyosferdeki bağlantı sistemi şu ana kadar genel hatlarıyla çözülebilmiştir. Sibernetik açısından biyosfer, kendisini oluşturan parçalar olan biyojeosinozlar gibi “kara kutu” olarak tanımlanan devasa bir sistemdir. İçinde meydana gelen süreçler doğa tarafından kodlanmıştır. Ekosistemin ana özellikleri itibariyle kendi kendini düzenlediğini söylemek yanlış olmaz. kendi kendine organize olan(yukarıya bakın - Vernadsky'ye göre biyosferin organizasyonu onun en önemli özelliklerinden biridir). Ekolojistler sistemin kendi kendini organize etmesini ekosistemi bozan bilgilerle açıklıyor. Canlı organizmaların genetik kodlarında ve değişen çevre koşullarına uyum sağlama yeteneklerinde bulunur.

Biyosferin yukarıda belirtilen özellikleri (yaşamın maksimum tezahürü yeteneği, canlı maddenin yüksek aktivitesi, kendi kendini düzenleme yeteneği vb.) sürdürülebilir sistem. Jeoloji, paleontoloji, biyoloji ve diğer doğa bilimleri alanındaki araştırmaların sonuçlarını özetleyen Vernadsky, "biyosferin, Arkeozoyik'ten bu yana ana özelliklerinde dengenin kurulduğu ve her zaman aktif olduğu istikrarlı bir dinamik sistem olduğu" sonucuna varıyor. 1,5-2 milyar yıl boyunca." Vernadsky, bu süre zarfında biyosferin stabilitesinin, toplam kütlesinin (10 19 ton), canlı madde kütlesinin, canlı maddeyle ilişkili enerjinin (4.21 * 10 18 kJ) ve ayrıca canlı madde maddelerinin ortalama kimyasal bileşiminin sabitliği.

Vernadsky, biyosferin istikrarını çeşitliliğiyle ilişkilendiriyor. Biyosferdeki canlı organizmaların tüm işlevleri (gazların oluşumu, oksidasyon ve indirgeme süreçleri, kimyasal elementlerin konsantrasyonu vb.) herhangi bir türün organizmaları tarafından gerçekleştirilemez, yalnızca onların kompleksleri tarafından gerçekleştirilebilir. Bu, Vernadsky tarafından geliştirilen son derece önemli bir noktaya işaret ediyor: Dünyanın biyosferi, en başından beri, her biri genel sistem içinde kendi rolünü oynayan çok sayıda organizma türünden oluşan karmaşık bir sistem olarak oluşmuştur. Bu olmadan biyosfer hiç var olamazdı, yani varlığının istikrarı karmaşıklığıyla hemen ortaya çıktı.

Temel sibernetik yasa olarak kabul edilen Winner-Shannon-Ashby gerekli çeşitlilik yasasına göre bir sistem ancak yeterli iç çeşitliliğe sahip olduğunda dış ve iç etkileri engelleme direncine sahip olur. Böylece, çeşitlilik(canlı organizmaların tür çeşitliliği, doğal bölgelerin çeşitliliği, iklimsel varoluş koşulları, habitat çeşitliliği vb.) biyosferin bir diğer önemli özelliğidir. Ekosistem kavramlarından hareketle tür çeşitliliği, yalnızca canlı dünyasının altına düşmemesi gereken bir aritmetik değer değildir. Bu, biyojeosinozların trofik zincirlerinde ve bir bütün olarak biyosferde gezegende var olan her türün gerçek ihtiyacıdır. Biyosferin normal işleyişi için tür çeşitliliğinin korunması gerekmektedir.

3 Biyosferin kökeni ve evrimi

Dünyadaki canlı organizmaların kökenine ilişkin ilk bilimsel teoriler A. Oparin ve J. Haldane'nin teorileriydi. (Rus biyokimyacı Oparin, 1923 yılında organik bileşiklerin canlı madde katılımı olmadan ortaya çıkma olasılığı hakkında bir hipotez öne sürdü.) Bu teorilere göre, jeolojik tarihin şafağında, abiogenik sentez meydana geldi. Volkanların ısısı, yıldırım düşmesi ve diğer çevresel faktörlerin etkisi altında çeşitli basit kimyasal bileşiklerle doyurulmuş ilk dünya okyanusları, daha karmaşık organik maddelerin ve biyopolimerlerin sentezine başladı. Karmaşık amino asit molekülleri rastgele polipeptitler halinde birleştirildi ve bu da mikroskobik boyuttaki ilk canlıların ortaya çıkmasını sağladı.

Bu hipotezin önemli bir dezavantajı vardır. Dünya üzerinde en azından bazı basit canlı organizmaların cansız bileşiklerden abiogenik sentez olasılığını doğrulayacak tek bir gerçek yoktur. Bu tür sentezler üzerinde dünya çapında birçok laboratuvarda binlerce deney yapılmıştır. Amerikalı S. Miller (1953), Dünya'nın birincil atmosferinin (azot, amonyak, hidrojen, su, metan) olası bileşimine dayanarak, özel bir cihazdaki bir gaz karışımından elektrik deşarjını geçirdi. Bazı amino asitlerin (proteinin temeli) moleküllerini elde etmeyi başardı. Bu deneyler birçok kez tekrarlandı ve bazı bilim adamları oldukça uzun basit protein zincirleri elde etmeyi başardılar. Hepsi bu! Hiç kimse tek bir canlı organizma elde edecek kadar şanslı değildi. Karmaşık ekipmanlar ve belirli koşullar kullansanız bile, aslında Dünya'da gerçekleşmedi.

Son zamanlarda matematikçiler, canlı bir organizmanın cansız bloklardan ortaya çıkma olasılığının neredeyse sıfır olduğunu hesapladılar. L. Blumenfeld, Dünyanın tüm varlığı boyunca en az bir DNA molekülünün (deoksiribonükleik asit) rastgele oluşma olasılığının 10-800 olduğunu kanıtladı.

Abiojenik sentez teorileri ve jeolojik veriler çelişiyor. Jeolojik tarihin derinliklerine ne kadar inersek inelim, Dünya üzerinde yaşamın olmadığı bir döneme ait hiçbir iz bulunamamıştır. Paleontologlar, 3,8 milyar yıllık kayalarda (Dünya'nın oluşumu 4-4,5 milyar yıl önceydi) bakteriler, mavi-yeşil algler, basit mantarlar gibi oldukça karmaşık organize olmuş canlıların fosil kalıntılarını buldular.

Ancak günümüzde abiogenik sentez teorileri yaygın ve popülerdir. Bu teoriler bazı genel ilkelere dayanmaktadır: 1) abiojenik olarak sentezlenen organik maddelerin okyanusta birikmesi; 2) organik maddelerin konsantrasyon bölgelerinde, kendi kendini kopyalayabilen (kopyalayabilen) moleküller ortaya çıktı; 3) replikatörler temelinde, canlı madde hücrelerinin ortaya çıkmasını sağlayan matris sentezi mekanizmaları (protein biyosentezi dahil) ve bir genetik kod oluşturuldu.

Din, yeryüzünde yaşamın ortaya çıkmasını Tanrı'nın bir yaratma eylemi olarak görür.

Vernadsky'nin de aralarında bulunduğu bazı bilim insanları, canlı organizmaların Dünya'ya göktaşları veya uzay uygarlıkları aracılığıyla uzaydan getirildiğine inanıyor.

Vernadsky, yaşamın jeolojik olarak sonsuz olduğundan, yani jeolojik tarihte gezegenimizin cansız olduğu bir dönem olmadığından emindi. Ayrıca yaşamın, madde ve enerji gibi Kozmosun aynı ebedi temeli olduğuna inanıyordu. Vernadsky, biyosferin dünyevi ama aynı zamanda kozmik bir mekanizma olduğu fikrine dayanarak, onun oluşumunu ve evrimini kozmosun organizasyonu ile ilişkilendirdi. "Yaşamın tamamen dünyevi değil, kozmik bir olgu olduğu bizim için açık hale geliyor." “... Gözlemlediğimiz Kozmos'ta yaşamın başlangıcı yoktu, çünkü bu Kozmos'un başlangıcı yoktu. Yaşam da sonsuzdur, tıpkı Kozmos'un sonsuz olması gibi." (Bu, organizmaların uzaydan gelen bilgileri algılama yeteneği, organizmaların elektromanyetik alanların etkisine duyarlılığı vb. ile doğrulanır.)

Charles Darwin'den başlayarak tüm evrim teorileri, gelişimin basitten karmaşığa doğru ilerlediği, genetik bilginin çevre tarafından en uygun bireylerin doğal seçilimi yoluyla kontrol edildiği görüşüne dayanmaktadır. Ancak bu, çeşitli dünya koşullarına en iyi adapte olanların en basit canlılar - prokaryotlar - olduğunu hiç hesaba katmaz. 3 milyar yıl boyunca yapılarında gözle görülür bir değişiklik olmadan Dünya'da var oldular ve tüm varoluşları boyunca çevreyi ve bir bütün olarak biyosferi o kadar önemli ölçüde değiştirdiler ki, yeni, karmaşık organize organizmaların ortaya çıkışıyla arka planda kaybolmaya zorlandılar. Şu anda başka hiçbir şeyin var olamayacağı yerlerde gelişiyorlar: Bazı göllerin konsantre tuzlu sularında, yüksek sıcaklıktaki hidrotermal menfezlerde, hatta nükleer reaktörlerde bile. Dolayısıyla evrimsel bir çıkmaz var.

Doğal seçilim teorisinin yaratıcısı Darwin'in kendisi, evrim sürecinde en ilerici formların çoğu zaman avantajlara sahip olmaması olgusunu açıklayamadı. Darwin'e göre, eğer organizma yaşam koşullarına daha iyi uyum sağlıyorsa, sonraki nesillerde bir özellik sabitlenir. Doğal çevrenin kendisi seçilimi gerçekleştirir; bu yüzden ona doğal denir. Daha iyi adapte olmuş bir bireyin hayatta kalma ve yavru üretme şansı daha yüksektir. Yaşam, insanın evriminde bile bu kuralın pek çok istisnasını gösterir. Entelektüel olarak daha gelişmiş, deneyimli, eğitimli bir kişi, belirli durumlarda nasıl gezineceğini daha iyi bildiği için hayata daha iyi uyum sağlamalıdır, ancak istatistiksel veriler, daha az toruna sahip olanların tam olarak daha yüksek zeka gerektiren mesleklerdeki insanlar olduğunu göstermektedir.

Darwin, Türlerin Kökeni kitabında, her karmaşık organın birbirini takip eden çok sayıda küçük değişiklik sonucunda ortaya çıktığını yazmıştı. Ancak artık bu kurala uymayan binlerce organ keşfedilmiştir, yani organın diğer türlerde hiçbir benzeri yoktur, örneğin yılandaki zehir salgılayan bez veya yılandaki "kapasitör". elektrik şoku veren bir yılan balığı.

Darwin, her türden hemen hemen aynı ana türün gelmesi gerektiğine inanıyordu. Ancak jeologların bulguları, tüm türlerin beklenmedik bir şekilde birbirlerinin yerini aldığını, var oldukları süre boyunca neredeyse hiç değişmediğini ve beklenmedik bir şekilde ortadan kaybolduğunu doğrulamaktadır.

Evrim gerçekten türlerin belirli özelliklerinde kademeli bir değişiklik ve bunların daha sonra pekiştirilmesi yoluyla meydana gelmişse, o zaman organizmaların fosil kalıntıları arasında çok sayıda ara form olması gerekirdi, ancak belirli bir kaya katmanında yalnızca bir tanesinin kalıntılarını buluyoruz. türler ve bitişik katmanda - farklı türden. Bu, eksik bir paleontolojik tabloyla açıklanamaz; organizmaların ara formları neden ortadan kayboldu?

Biyosferin evriminin ana aşamalarını ele alalım.

Dünyadaki ilk canlı organizmalar prokaritlerdi (~ 3 milyar yıl önce) - hücrelerinde çekirdek bulunmayan en basit organizmalar: bakteriler, mavi-yeşil algler; hidrosferde ortaya çıktılar). Prokaryotlar anaeroblardı, yani. oksijensiz bir ortamda var oldu (denizlerin derinliklerinde yaşadı). Yaşam için gerekli maddeleri ve enerjiyi esas olarak “ilkel et suyu”nun organik maddelerini kullanarak elde ediyorlardı. Ancak aynı zamanda veya biraz sonra, bazı organizmalar gerekli enerjiyi kimyasal reaksiyonlar yoluyla (kemosentez sürecinde) veya (daha sonra) güneş enerjisinin emilmesi ve dönüştürülmesi sonucu (fotosentez sürecinde) elde edebilirler. İlk kemosentetik organizmalar, hidrojen sülfürdeki kükürdü moleküler kükürde veya demiri (+2) demire (+3) oksitledi. İlk fotosentetik bakteriler siyanobakterilerdir (mavi-yeşil algler). Güneş ışığının yardımıyla karbondioksit ve sudan oksijen açığa çıkaran basit şeker molekülleri yarattılar. Oksijen atmosferde birikerek yavaş yavaş metan ve amonyağın yerini aldı. Okyanusta glikozu oksitlemek için (basit şekerlerin oksijenin parçalanması için) oksijen kullanan aerobik organizmalar ortaya çıktı. Canlı maddeler, okyanusun yüzey katmanları ve sığ suları da dahil olmak üzere tüm hidrosülfürde bulunuyordu. Prokaryotların atmosferin, hidrosferin ve litosferin bileşimi üzerinde büyük etkisi oldu (atmosferdeki oksijen içeriğini arttırmak, kaya tahribatı, toprak oluşumu vb. süreçleri hızlandırmak).

Prokaryotlardan sonra Dünya'da ökaryotlar ortaya çıktı - hücreleri çekirdek içeren organizmalar (~ 1,5-2 milyar yıl önce). İlk başta tek hücrelilerdi, daha sonra çok hücreli organizmalar ortaya çıktı (~ 700 milyon yıl önce). Yaklaşık 600 milyon yıl önce biyosferde en önemli evrimsel sürecin başladığına inanılıyor - kıtaların canlı organizmalar tarafından yerleşimi. Bunlardan ilki düşük ototrofik bitkilerdi. Yaklaşık 500 milyon yıl önce damarlı bitkiler ve böcekler ortaya çıktı. Gymnospermler yaklaşık 350 milyon yıl önce ortaya çıktı ve çiçekli (kapalı tohumlular) bitkiler ve memeliler Jura döneminin sonunda - yaklaşık 100 milyon yıl önce (Mezozoik çağda) ortaya çıktı. Senozoik dönemde: ~ 50 milyon yıl önce tahıllar ortaya çıktı, ~ 20 milyon yıl önce memelilerin tür çeşitliliği arttı, atmosferdeki oksijen içeriği modern seviyelere yaklaştı.

Böylece biyosfer, Dünya'daki yaşamın gelişiminin ilk aşamalarında, çok hızlı ve oldukça karmaşık bir biçimde oluştu. K. Tsiolkovsky, Dünya'da aynı anda çok sayıda basit organizma türünün ortaya çıktığına inanıyordu. Vernadsky de aynı fikri vurguladı.

Genel olarak canlıların değişkenliğine ne sebep olur? Evrimin itici gücü nedir? Genetik kodun keşfi bizi bu gizemi çözmeye yaklaştırdı. DNA'nın çift sarmalının organizma hakkındaki tüm bilgileri şifrelediği ve bu programa göre bireysel gelişiminin gerçekleştiği ortaya çıktı. (Yüksek düzeyde organize olmuş organizmaların genomunun yapısı* (*genom, belirli bir organizmanın tek bir kromozom setinde bulunan bir dizi gendir) çok karmaşıktır - insan DNA'sında 3 milyon nükleotid çifti vardır** (**nükleotid karmaşık bir bileşiktir, nükleik asitlerin, yüksek moleküler organik bileşiklerin ve diğer biyolojik olarak aktif bileşiklerin ayrılmaz bir parçasıdır.) Sonuç olarak, organizmaların değişkenliği, evrim sürecinde yeni türlerin ortaya çıkışı, bir değişiklikle ilişkilidir. genetik koddaki girişler. Genetik bilginin mutajenik faktörlerin (radyasyon, pestisitler gibi aktif kimyasallar, sıcaklık vb.) etkisi altında bozulduğu kanıtlanmıştır. İnsan teknolojik faaliyetleri nedeniyle çevre bu faktörlerden giderek daha fazla kirlenmektedir. Şu soru ortaya çıkıyor: Kendimizi “genetik” bir felakete mi hazırlıyoruz?

Genetiğin başarılarına dayanarak, organik dünyanın evriminin, mutasyonların ortaya çıkması, yani mutajenik çevresel faktörlerin etkisi altında genetik kayıttaki rastgele sapmalar nedeniyle meydana geldiği varsayılabilir. Yeni özellikler organizma için faydalıysa, bunlar doğal seçilim yoluyla sabitlenir.

Ancak genetik araştırmaların sonuçları mutasyonların çoğunun vücuda zararlı olduğunu gösteriyor. Radyasyonun veya kimyasalların mutajenik etkisinden sonra doğan bireyler kısırdır ve yaşayamazlar. Melezleştirme yoluyla yapay olarak yetiştirilen yeni türlerin zamanla öncüllerine "bölünme" eğiliminde olduğu da bilinmektedir (bir kurt ve bir köpeğin melezi, birkaç nesil sonra bir kurt ve bir köpeğe bölünür). Bu, vücudun, kod onarım mekanizması da dahil olmak üzere genetik koddaki hataların (mutasyonların) birikmesine direndiğini gösterir. Sonuç şu: Mutasyonlar nedeniyle yeni bir organizma türünün ortaya çıkması pek olası değil.

İnsan vücudundaki bir hücrenin yapısını basit bir hayvanın hücresinin (örneğin siliat) yapısını karşılaştırırsanız, hiçbir temel farklılık bulamazsınız. Ancak son derece organize bir canlının hücrelerinin her biri, normal fonksiyonlarının (solunum, metabolizma) yanı sıra, organizmanın yaşamıyla ilgili bazı özel fonksiyonları da yerine getirir. Son derece organize bir organizmanın hücresi izole bir durumda yaşayamaz; yalnızca diğer hücrelerle işbirliği ve işbirliği içinde çalışır.

Bir hücrenin işleyişinin programı, en başından itibaren genlerin içerdiği kromozom yapısında yazılıdır.

Biyosferin evriminin incelenmesi, her canlının devasa bir süper organizmanın (biyosfer) ayrılmaz bir parçası olarak doğduğu, geliştiği ve yaşam programını yerine getirdiği sonucuna varmamızı sağlar. O da kozmik süperorganizmanın, yani Galaksinin bir ürünüdür. Ve tüm galaksiler, sanki bir süper-süperorganizmanın - Kozmos'un hücreleridir.

K. Tsiolkovsky bizim ve Kozmos'taki yerimiz hakkındaki düşüncelerini şöyle özetledi: “Her şey Evren tarafından üretilir. O her şeyin başlangıcıdır, her şey ona bağlıdır. İnsan ve onun iradesi yalnızca Evrenin iradesinin bir tezahürüdür... Evrenin tek bir atomu bile daha yüksek zekalı bir yaşamın hissinden kaçamaz. “Evreni ne doğurdu?” sorusunun ortaya çıkması mümkündür. Hiçbir şekilde bahis oynayamazsınız. Tsiolkovsky, Kozmos'un nedeninin yalnızca tahmin edilebileceğine inanıyordu.

Biyosferin evrim programının nasıl yürütüldüğünü yalnızca genel anlamda biliyoruz. Özellikle genel olarak evrim sürecinin genetik bilgi hacmindeki artış olarak değerlendirilebileceği belirlendi. Örneğin memelilerdeki bilgi miktarı bakterilerdekinin 100 bin katıdır. Üstelik genetik zincirin sadece büyüklüğü değil, yapısı da büyük önem taşıyor. Biyosferin evrimi, biyosfere (doğal veya antropojenik) herhangi bir etkide biyolojik çeşitliliğin korunarak homeostazisinin sağlandığını da göstermektedir.

Biyosferin evriminin bir başka özelliğini de söyleyebiliriz - artan hızı. Yani, geleneksel olarak Dünya'nın yaşını (4,5 milyar yıl) bir gün (24 saat) olarak alırsak, bu tür birimlerde Dünya'daki yaşam yaklaşık 20 saat boyunca var olur, ilk canlı organizmalar denizden karaya 6 saat sonra çıktı. 35 dakika önce memeliler 3 saat 46 dakika boyunca var oldular, dostum - son 10 saniye boyunca. Ve biyosferin bileşimi ve özelliklerindeki en büyük değişiklikler tam da bu 10 saniyede meydana geldi.

4 İnsanın evrimi. Noosfer

Taşıyıcısı insan olan Aklın Dünya'da ortaya çıkışı, biyosferin evriminin gidişatını kökten değiştirdi. Aralarında ünlü biyolog ve bilim kurgu yazarı I. Efremov'un da bulunduğu bazı bilim adamlarına göre, yalnızca dünyevi koşullardaki bir kişi aklın taşıyıcısı olabilir. (Bilim kurgu yazarları: Simak - akıllı çiçekler, Strugatsky - köpekler, Lem - düşünen bir protoplazma okyanusu. Amerikalı biyolog Bilinsky, belirli koşullar altında akıllı sürüngenlerin ve ahtapotların Dünya'da ortaya çıkabileceğine inanıyor.) Bunun için bir kişi gerekli her şeye sahiptir: ​​güçlü duyu organları ve her şeyden önce geniş bir alanı kaplayabilen ve nesneleri doğru bir şekilde kaydedebilen görme; iş yapabilecek gelişmiş uzuvlar; Bir insanın formu, düşünen bir hayvan olarak özellikleri tesadüfi değildir; bunlar, büyük bir düşünen beyne sahip bir organizmaya en yakın şekilde karşılık gelir. "Kocaman beyin" ne anlama geliyor? Günümüzde antropologların çoğu, sahibinin zeki olamayacağı belirli bir minimum beyin seviyesi olduğuna inanıyor. Bu 700-750 cm3'tür. Ancak öte yandan bir hayvanın zeki olabilmesinin tek şartı beyin kütlesi değildir. Daha da önemlisi yapısı, özellikle de serebral korteksin iç yapısıdır.

Modern insanlarda beyin hacmi 1200-2000 cm3 arasında değişmektedir. Bilim adamları, insan beyninin potansiyel yeteneklerinin fizyolojik ihtiyaçların kat kat aştığını buldu. İlk homonoidlerin beyninin gelişimi, gereken çevresel değişikliklerden çok daha hızlı gerçekleşti. İnsan beyni modern karmaşıklık düzeyine kültür ve uygarlığın ortaya çıkmasından çok önce ulaştı. Bazı tahminlere göre modern insan beyni potansiyelinin %2-3'ünden fazlasına alışık değil. Öyle görünüyor ki, insan evrimi, insanın gelecekteki ihtiyaçlarını önceden öngörmüş ve ona, ana düğümleri bloke edilmiş ve bir gün sonra kullanılacak olan böyle bir "bilgisayar" bahşetmiştir.

Genetik açıdan bakıldığında, hayvanlar aleminde insanların en yakın akrabaları maymunlardır. İnsanların ve şempanzelerin DNA moleküllerinin yapısı yalnızca %2 oranında farklılık gösterir. Genetikçilere göre insanlar, büyük maymunlardan yaklaşık 5 milyon yıl önce ayrılmışlardır. Ancak insanların ataları Australopithecus, ardından Neandertaller ve Sinanthropus bizim atalarımız değil. Bilim insanları artık modern insanın evriminin, daha önce düşünülenden çok daha yakın bir zamanda başladığına inanıyor. Yaklaşık 200 bin yıl önce, hangi nedenle olduğu hala bilinmiyor, güney Afrika'da, torunları 100 bin yıl sonra Afrika'ya yerleşen ve daha sonra tüm dünyaya yerleşen modern tipte küçük bir grup insan (Kro-Magnonlar) ortaya çıktı (Kro-Magnonlar). Avrasya'ya ulaşan Süveyş Kıstağı). Uzun boyları, ince vücutları, yüksek alınları, ancak daha az fiziksel güçleri ile Neandertallerden farklıydılar. Neandertaller bir süre Homosapiens'lerin yanında yaşadılar ancak akıllı yaratıklarla rekabete dayanamadılar. Zamanla Neandertaller gelişmedi, ancak gerilediler, çünkü daha sonraki Neandertaller modern insanlardan öncekilere göre daha uzaktaydı. Bu, çıkmaz bir daldır (tıpkı sinantroplar ve diğer antik homonoid türleri gibi).

İnsanın atalarının vatanı, farklı ırk gruplarının DNA'sının incelenmesine dayanarak kurulmuştur. DNA'nın çoğu hücre çekirdeğinde yoğunlaşmıştır. Her nesilde, anne ve babanın ata soyları karıştırıldıkça nükleer DNA da değişir. Ancak hücreler metakondriden (hücreye enerji sağlayan özel oluşumlar) DNA içerir. Metakondri DNA'sı yalnızca anne soyundan miras alınır, yani. bu DNA ancak rastgele mutasyonlarla değişebilir. Amerikalı biyologlar, metakondri DNA'sının analizine dayanarak, farklı bölgelerdeki tüm modern insanların aynı ataya sahip olduğunu ve ayrıca DNA'daki mutasyonlar nedeniyle "genetik" saatin de uzmanların eline geçtiğini tespit ettiler. 1 milyon yılda yapısını %3 oranında değiştirir. Böylece en eski DNA'nın Afrikalı kadınlarda (200 bin yıl), en gencinin Asyalı kadınlarda (100 bin yıl), en gencinin ise Avrupalı ​​kadınlarda (50 bin yıl) olduğu belirlendi. Sonuç olarak insan göçü Afrika'dan Asya'ya, oradan da Avrupa'ya gitti; İnsanlar arasındaki ırksal farklılıklar nispeten yakın zamanda ortaya çıktı.

İnsanın evrimi olağandışıdır. Diğer tüm organizmalardan farklı olarak insanlar, kendi istikrarlı ortamlarını yaratmak için ateş, aletler, barınma, giyim ve diğer araç ve teknikleri kullanırlar. Çevredeki değişikliklerin etkisi altında kişinin organizasyonunu değiştirmesine gerek yoktur. Bu nedenle fiziksel evrimi fiilen durdu. İnsan, iç çevresini korurken, giderek daha büyük ölçekte çevreyi değiştirmeye devam ediyor. İnsan beyninin potansiyel yetenekleri göz önüne alındığında, kişinin kendini geliştirme ve entelektüel gelişim yeteneklerini hayal edebiliriz.

İnsan, Dünya'nın biyosferinde yeni bir faktördür. İnsan yalnızca çevreyi etkilemekle kalmaz, aynı zamanda biyosferin temellerinin yapısını da yüksek hızda değiştirir. Bu bağlamda noosfer kavramı ortaya çıkıyor. “Noosfer” kavramı, biyosferin evriminde insanın rolünün değerlendirilmesiyle bağlantılı olarak ortaya çıktı.

“Noosfer” kavramı, insanın biyosferde ortaya çıkışı ve evrimi ile ilişkilidir.

Noosfer terimi ilk olarak 30'lu yıllarda Fransız filozoflar ve doğa bilimcileri (Teilhard de Chardin, Le Roy) tarafından önerildi. Kelimenin tam anlamıyla bu terim "zihnin küresi" (noos - zihin) anlamına gelir.

Noosfer, akıllı insan faaliyetinin kalkınmanın ana belirleyici faktörü haline geldiği dönemle birlikte, içinde uygar bir toplumun ortaya çıkması ve kurulmasıyla ilişkili, biyosferin gelişiminin en yüksek aşamasıdır. Bilimsel düşünce ve insan faaliyetleri biyosferin yapısını değiştirmiş, tüm kabuklarında (atmosfer, litosfer, hidrosfer) fiziksel ve kimyasal değişikliklere neden olmuştur.

"Noosfer" kavramı anlamla doldurulmuş ve Vernadsky tarafından özellikle 1944'te ölümünden önce yayınlanan "Noosfer hakkında birkaç söz" makalesinde geliştirilmiş, bilim adamı biyosferin daha da gelişmesi hakkında düşüncelerini aktarmıştır. ve onun yeni bir kaliteye, noosfere geçişi. Vernadsky, biyosferin yaratılmasında ve geliştirilmesinde gezegensel süreçlerde canlı maddenin özel rolünü vurguladı. Tüm canlılar arasında, insanı, Dünya'nın ortamındaki ve onun etkisiyle kapsanan Dünya'ya yakın alandaki çeşitli süreçlerin gidişatını etkileyebilecek güçlü bir jeolojik güç olarak seçti. İnsan, kendi fikirlerine ve ihtiyaçlarına göre (insan emeği ve zekası sayesinde) bu ortamı yeniden inşa edebilir.

Gerçekten de, son 500 yılda insanlık yeni enerji türlerinde ustalaştı: buhar, elektrik, nükleer; hemen hemen tüm kimyasal elementleri kullanmayı öğrendi. İnsan, dünyanın derinliklerine inerek, yüzeyinden onlarca kilometre yukarıya yükseldi, uzaya çıktı ve uzay istasyonları inşa etti.

İnsanlık tüm biyosfere hakim oldu ve çevreden diğer organizmalara göre çok daha fazla bağımsızlık kazandı. Vernadsky'ye göre noosfer, doğal metabolizma ve enerji süreçlerinin toplum tarafından kontrol edildiği, insanları çevreleyen ortamdır. Vernadsky'ye göre insan, biyosferin bir parçası, onun özel işlevidir. Aynı zamanda, insanın doğa üzerindeki etkisi, doğada diğer canlı madde türlerinden keskin bir şekilde farklıdır. Biyosferde insan faaliyetinin etkisi altında meydana gelen bazı değişiklikler insanlar için istenmeyen bir durum olduğundan Vernadsky, örneğin bazı bitki ve hayvan türlerini kurtarmak için belirli çabalar sarf edilmesi gerektiğine inanıyor. Üstelik biyosferde yalnızca insanlara yararlı ve faydalı olanların korunması gerekir. Genel olarak çevre kişiye ve kültürüne yabancıdır ve kişi üzerinde baskı oluşturur. Biyosfer, noosferi oluşturmak için bir yapı malzemesi olarak kabul edilir. Gelecekte insan zihni, noosferin gelişiminde ana yol gösterici güç olacaktır.

Vernadsky'nin bu soruna yaklaşımı esasen rasyonalisttir. Vernadsky'nin görüşüne göre noosfer aslında bugün Dünya'da yaratılmakta olan teknosferle eş anlamlıdır. Artık noosferin içinde şunlar vardır: teknosfer - antropojenik aktivite tarafından yaratılan bir dizi yapay nesne ve bu aktivite tarafından değiştirilen doğal nesneler; antroposfer - organizmalar olarak insanların bütünlüğü; sosyosfer - sosyal üretim faaliyeti, sosyal ilişkiler alanı.

Vernadsky, insanın aklın yardımıyla biyosferdeki süreçleri kontrol edebileceğine inanıyordu. "Gelişiminin belirli bir aşamasında kişi, gezegenin daha sonraki evriminin sorumluluğunu üstlenmeye zorlanır, aksi takdirde bir geleceği olmayacak."

Gerçekten de insan büyük başarılar elde etti: Uzaya gitti, termonükleer enerjinin sırlarına hakim oldu ve hayvanları klonlamayı öğrendi. Ancak Vernadsky'nin çalışmalarının yayınlanmasından 50 yıl sonra, teknosferin gelişiminin biyosferin, özellikle de insan varlığı için hayati önem taşıyan ana alanların yok edilmesine katkıda bulunduğu ortaya çıktı. Ve artık insan toplumunun evriminin doğal çevreyi fethetmeyi değil, onun uyumlu hale getirilmesini hedeflemesi gerektiği açıktır. (Girusov: İnsan faaliyetinin gelişiminin bozulması, biyosferin organizasyonuna aykırı olmamalı, ancak bununla uyum içinde olmalıdır, çünkü noosferi oluşturan insanlık, tüm kökleriyle biyosfere bağlıdır.)

Modern fikirlere göre noosfer, doğa ile toplum arasında uyumlu bir etkileşim alanıdır. Bu ideal bir gelecek. Noosferin işleyişindeki belirleyici faktör kendiliğinden doğal gelişim değil, yüksek insan zekası, akıl ve bilgeliğidir. Noosferik sürecin temeli, insanlığın sosyal ototrofiye geçişi (toplumsal üretim ve biyoteknolojinin bütünlüğüne dayalı enerji kaynaklarının ve hammaddelerin sağlanması - doğal ve sentezlenmiş madde ve malzemelerin tekrar tekrar kullanılması) olmalıdır. Noosfere geçiş için biyojenik metabolizma ve enerji süreçlerinin döngüsel ve atık olmayan doğası arasındaki çatışmanın üstesinden gelmek gerekir. Doğaya yönelik tüketici yaklaşımın, düşünce muhafazakarlığının aşılması, daha ileri üretim teknolojileri yaratılması, akılcı, akılcı yönetime geçilmesi gerekiyor.

Noosfer aynı zamanda savaşların ve sosyal felaketlerin olmadığı, maddi zenginliklerin, çevre dostu ürünlerin ve kirlenmemiş bir çevrenin olduğu bir dünyada insanların yaşamını da ifade eder.

Bazı bilim adamları (Kurazhkovsky, 1992), noosferin gelecekteki durumundan temel farklılıkları olan gelişiminin ilk aşamalarının varlığından şu anda bahsetmenin doğru olduğuna inanmaktadır. Modern Rus filozof V. Kutirev, uyum olarak noosferin tipik bir ütopya örneği olduğuna inanıyor.

Ekoloji bilimini tanımlar.

Geleneksel ekolojinin ana bölümlerini adlandırın.

Ekoloji terimini kim ve ne zaman ortaya attı?

Ekoloji bağımsız bir disiplin olarak ne zaman ortaya çıktı?

Çevresel gelişimin tarihi hangi dönemlere ayrılabilir?

Modern ekoloji neyi inceliyor?

“Küresel çevre krizi” nedir?

Mevcut küresel çevre krizine işaret eden ana olgular nelerdir?

“Doğal çevre” kavramı neyi içerir?

Atmosfer hangi kürelerden oluşur?

Troposfer ve stratosferin karakteristik özelliklerini adlandırın.

Ozon tabakası hangi bölgede bulunur?

Atmosferin kimyasal bileşimi nedir?

Atmosferin temel ekolojik işlevleri nelerdir?

"Litosfer" nedir?

Toprak nasıl oluşur?

Toprak hangi bileşenlerden oluşur?

Genel olarak litosferin ve özel olarak toprağın temel ekolojik işlevleri nelerdir?

"Hidrosfer" neleri içerir?

Dünyadaki tatlı su rezervleri nelerdir?

Hidrosferin temel ekolojik işlevlerini adlandırın.

Biyosfer kavramını veriniz.

Biyosferin temel özellikleri nelerdir (Vernadsky'ye göre)?

Biyosferin temel niceliksel özelliklerini adlandırın.

Biyosferin ana bileşeni nedir?

Canlı maddenin özellikleri nelerdir?

Biyosferdeki ana madde türlerini adlandırın, örnekler verin.

Biyosferin sınırları nelerdir?

“Üreticiler”, “tüketiciler”, “ayrıştırıcılar” kavramlarını tanımlayın.

Biyosferde madde ve enerjinin transferinin genel şeması nedir?

Üreticilerin, tüketicilerin ve ayrıştırıcıların temel özelliklerini verin.

Dünyadaki yaşamın kökeni hakkında hangi hipotezler var?

Biyosferin evriminin ana aşamalarının kısa bir tanımını verin.

İnsanın evrimi diğer canlı organizmaların evriminden nasıl farklıdır?

"Noosfer" nedir?

Noosfer kavramını kim ve ne zaman ortaya attı?

Biyosfer kavramı. Biyosferin bileşimi.

Bitki ve canlı organizmaların var olduğu ve geliştiği Dünya'nın litosfer, hidrosfer ve atmosferinin bu kısmına biyosfer denir. Aksi takdirde biyosfer yaşamın kabuğudur. Bu sadece gezegenin bitki örtüsünü ve hayvan popülasyonunu, tüm nehirleri ve gölleri, okyanusların su kütlesini değil, aynı zamanda toprak katmanını, troposferin önemli bir bölümünü ve yer kabuğunun en üst katmanını - hava koşullarına maruz kalma bölgesini de içerir. . Dünya yüzeyinde yaşamın olmadığı neredeyse hiçbir alan yoktur. Sıcak ve kurak tropik çöllerde veya yüksek rakımlı buzulların ve kutup buzlarının yüzeyinde bile mikroplar ve diğer mikroorganizmalar bulunmuştur.

Biyosfer (Yunanca bios'tan - yaşam, sphaira - top), gezegenin canlı ve kemik maddesi arasındaki sistemik etkileşim alanıdır. Küresel bir ekosistemi temsil eder - gezegenimizdeki tüm biyojeosinozların (ekosistemlerin) toplamı.

Biyosferin bir “yaşam bölgesi” ve Dünya'nın dış kabuğu olduğuna dair ilk fikirler 19. yüzyılın başında J. Lamarck tarafından dile getirildi. 1875 yılında Avusturyalı jeolog E. Suess, modern “biyosfer” terimini ilk kez bilimsel literatüre kattı; bu terim, bununla Dünya'nın ana kabukları arasındaki etkileşim alanı anlamına gelir: atmosfer, hidro ve litosfer; canlı organizmalar bulunur.

Biyosfer doktrininin bütünlüğünü yaratmanın değeri V.I. Bu terimi kullanarak, "biyosfer" bilimini yarattı, "canlı madde" kavramını - tüm canlı organizmaların toplamı - tanıttı ve ayrıca canlı organizmalara, faaliyetleri dikkate alarak Dünya gezegeninin ana dönüştürücü gücünün rolünü atadı. Organizmaların yalnızca şimdiki zamanda değil, geçmişte de. Bu nedenle biyosfer, yaşamın var olduğu veya şimdiye kadar var olduğu tüm alandır; canlı organizmaların veya yaşamsal aktivitelerinin ürünlerinin bulunduğu yer. Biyosferin günümüzde yaşayan organizmaların bulunduğu kısmına genellikle modern biyosfer veya neobiyosfer adı verilir ve eski biyosferlere eski biyosferler, aksi takdirde paleobiyosferler veya megabiyosferler denir. İkincisinin örnekleri, cansız organik madde birikimleri (kömür, petrol, gaz vb. yatakları) veya canlı organizmaların doğrudan katılımıyla oluşan diğer bileşiklerin rezervleridir (kireç taşları, kabuk kayaları, tebeşir oluşumları, bir takım cevherler, ve çok daha fazlası).

Biyosfer şunları içerir:

· Aerobiyosfer – atmosferin alt kısmı;

· Hidrobiyosfer – hidrosferin tamamı;

· Litobiyosfer - litosferin (dünyanın katı kabuğu) üst ufukları.

Neo ve paleobiyosferin sınırları farklıdır.

Üst sınır teorik olarak ozon tabakası tarafından belirlenir. Neobiyosfer için bu, zararlı kozmik ultraviyole ışınımı kabul edilebilir bir düzeye indiren ozon tabakasının alt sınırıdır (yaklaşık 20 km), paleobiyosfer için ise aynı katmanın üst sınırıdır (yaklaşık 60 km), çünkü Dünya atmosferindeki oksijen öncelikle bitki örtüsünün hayati aktivitesinin sonucudur.

Çoğu durumda ozon tabakası, sınırları belirtilmeden biyosferin üst teorik sınırı olarak gösterilir.

Pratikte deniz seviyesinden hayatın var olabileceği maksimum yükseklik, pozitif sıcaklıkların kaldığı ve bitkilerin yaşayabildiği seviyeyle sınırlıdır. Yukarıda, “kar çizgisine” kadar sadece örümcekler ve bazı keneler yaşıyor. Daha da yükseklerde yaşayan organizmalarla ancak tesadüfen karşılaşılabilir.

7500-8000m rakımlarda organizmaların büyük çoğunluğu için başka bir abiyotik faktör kritik derecede düşük bir değere ulaşır: mutlak atmosfer basıncı. Ağırlıklı olarak alt bölgeyi işgal eden kuşlar ve uçan böcekler, basınca en fazla bağımlı olanlardır.

Modern fikirlere göre, Dünya Okyanusunun tüm kalınlığı tamamen yaşamla kaplıdır.

Aktif yaşamın varlığının alt sınırı geleneksel olarak 11022 m'lik okyanus tabanı (Mariana Çukuru'nun maksimum derinliği) ve 100 derece C'lik bir sıcaklık (yaklaşık 6000 m) ile karakterize edilen litosferin derinliği ile belirlenir. Kola Yarımadası'ndaki ultra derin sondaj verileri). Temel olarak litosferdeki yaşam, toprak tabakasıyla sınırlı olmak üzere yalnızca birkaç metre derinliğe dağılmıştır.

Neredeyse tamamı canlı organizmalar tarafından işlenen tortul kayaçlar, eski biyosferlerin alt sınırını tanımlar, ancak bu, okyanusun en büyük derinliklerinin altındaki kıtalara düşmez.

Çevresel çevresel faktörler. Onların sınıflandırması. Abiyotik ve biyotik faktörleri açıklar.

Canlılar çevrelerinden ayrılamazlar. Bağımsız bir biyolojik sistem olan her bir organizma, organizmanın durumunu ve özelliklerini etkileyen, çevresinin veya başka bir deyişle habitatın çeşitli bileşenleri ve olgularıyla sürekli olarak doğrudan veya dolaylı ilişkiler içindedir.

Çevre, temel ekolojik kavramlardan biri olup, organizmanın yaşadığı uzay kısmında, organizmayı çevreleyen ve aralarında yaşadığı ve doğrudan etkileşime girdiği her şeydeki unsurların ve koşulların tüm yelpazesi anlamına gelir.

Çevresel faktör - canlı bir organizmayı, bireysel gelişiminin en az bir aşamasında doğrudan veya dolaylı olarak etkileyebilen herhangi bir çevre unsuruna çevresel faktör denir.

Çevresel faktörler çok çeşitlidir ve her faktör, karşılık gelen çevresel koşul ve kaynağın birleşimidir.

Çevresel çevresel faktörler genellikle iki gruba ayrılır:

· Hareketsiz (cansız) doğa faktörleri - abiyotik veya abiojenik;

· Yaban hayatı faktörleri - biyotik veya biyojenik.

Öte yandan köken olarak her ikisi de hem doğal hem de antropojeniktir, yani. Doğrudan veya dolaylı olarak insan faaliyetleriyle ilgili olan, yalnızca doğal çevresel faktörlerin rejimlerini değiştirmekle kalmayıp aynı zamanda pestisit, gübre, ilaç vb. sentezleyerek yenilerini yaratan faktörler.

Abiyotik faktörler.

Çevrenin abiyotik kısmında (cansız doğada), tüm faktörler öncelikle fiziksel ve kimyasal olarak ayrılabilir. Bununla birlikte, söz konusu olayların ve süreçlerin özünü anlamak için, abiyotik faktörleri bir dizi iklimsel, topografik, kozmik faktörün yanı sıra çevre kompozisyonunun (su, kara veya toprak) özellikleri olarak temsil etmek uygundur.

Ana sayfaya iklim faktörleri güneş enerjisi, sıcaklık, yağış ve nem, çevresel hareketlilik, basınç, iyonlaştırıcı radyasyonu içerir.

Güneş enerjisi Elektromanyetik dalgalar halinde uzayda yayılır. Organizmalar için algılanan radyasyonun dalga boyu, şiddeti ve maruz kalma süresi önemlidir. Dünya yüzeyinin aydınlatılması yılın zamanına, güne, enlemine ve atmosferin durumuna bağlı olarak önemli ölçüde değişir.

Dünyanın dönmesi nedeniyle aydınlık ve karanlık dönemler periyodik olarak değişmektedir. Bitkilerde çiçeklenme, tohumların çimlenmesi, göç, kış uykusu, hayvanların üremesi ve doğada çok daha fazlası günün uzunluğu ile ilişkilidir.

Sıcaklık.

Donma noktasının altındaki sıcaklıklarda canlı hücre hasar görür ve ölür, yüksek sıcaklıklarda ise enzimler denatüre olur. Bitki ve hayvanların büyük çoğunluğu negatif vücut sıcaklıklarına dayanamaz. Üst sıcaklık sınırı 40-45 derecenin üzerinde nadiren anlaşılır.

Işık yoğunluğu gibi sıcaklık da enleme, mevsime, günün saatine ve eğime maruz kalmaya bağlıdır.

Yağış ve nem.

Su, ekolojik açıdan Dünya'daki yaşam için vazgeçilmezdir, benzersizdir. Dünya üzerinde hemen hemen aynı coğrafi koşullar altında hem sıcak bir çöl hem de tropik bir orman mevcuttur. Fark yalnızca yıllık yağış miktarındadır: ilk durumda 0,2 - 200 mm ve ikincisinde 900 - 2000 mm.

Yağış havanın nemi ile yakından ilişkilidir. Havanın zemin katmanında çiy ve sis oluşur ve düşük sıcaklıklarda don düşer.

Kara bitkileri suyu çoğunlukla topraktan alırlar. Düşük yağış, hızlı drenaj, yoğun buharlaşma veya bu faktörlerin birleşimi kurumaya, aşırı nem ise toprakların su basmasına ve su basmasına neden olur.

Çevresel bir faktör olan havanın nemi aşırı değerlerinde sıcaklığın vücut üzerindeki etkisini artırır.

Havanın su buharı ile doygunluğu nadiren maksimum değerine ulaşır. Nem açığı, belirli bir sıcaklıkta mümkün olan maksimum ile gerçekte mevcut doygunluk arasındaki farktır. Bu, aynı anda iki miktarı karakterize ettiği için en önemli çevresel parametrelerden biridir: sıcaklık ve nem. Nem açığı ne kadar yüksek olursa, o kadar kuru ve sıcak olur ve bunun tersi de geçerlidir.

Yağış rejimi, kirleticilerin doğal ortamdaki göçünü ve atmosferden sızmasını belirleyen en önemli faktördür.

Çevrenin hareketliliği.

Hava kütlelerinin (rüzgar) hareketinin nedenleri öncelikle dünya yüzeyinin eşit olmayan ısınmasıdır, bu da basınç değişikliklerine ve Dünyanın dönmesine neden olur. Rüzgar sıcak havaya doğru yönlendirilir. Rüzgar, nemin, tohumların, sporların, kimyasal kirliliklerin vb. uzun mesafelere yayılmasında en önemli faktördür.

Basınç.

Yerkürenin içinde sürekli yüksek ve alçak atmosfer basıncına sahip alanlar vardır.

Periyodik olarak, atmosferde merkeze doğru spiral şeklinde hareket eden güçlü hava akımları ile siklon adı verilen düşük basınç alanları oluşur. Yüksek yağış ve dengesiz hava koşulları ile karakterize edilirler. Zıt doğal olaylara antisiklonlar denir. Sabit hava koşulları, zayıf rüzgarlar ve bazı durumlarda sıcaklık değişimleri ile karakterize edilirler. Antisiklonlar sırasında bazen atmosferin yüzey katmanında kirleticilerin birikmesine katkıda bulunan olumsuz meteorolojik koşullar ortaya çıkar.

İyonlaştırıcı radyasyon.

Kozmik radyasyonun etkisi altında, atmosferde sürekli olarak yeni radyoaktif atom çekirdekleri oluşmakta olup bunların başlıcaları karbon-14 ve trityumdur. Bir peyzajın radyasyon arka planı, ikliminin vazgeçilmez bileşenlerinden biridir. Dünya üzerindeki tüm canlılar varoluş tarihi boyunca Uzaydan gelen radyasyona maruz kalmış ve buna uyum sağlamışlardır.

Abiyotik faktörlerin etkisi büyük ölçüde bölgenin topografik özelliklerine bağlıdır ve bu, hem iklimi hem de toprak gelişiminin özelliklerini büyük ölçüde değiştirebilir. Ana topografik faktör yüksekliktir. Yükseklik arttıkça ortalama sıcaklıklar düşer, günlük sıcaklık farkları artar, yağış, rüzgar hızı ve ışınım şiddeti artar, basınç düşer.

Bir diğer önemli topografik faktör eğimin açığa çıkmasıdır (aydınlatılması). Kuzey Yarımküre'de güney yamaçlarda daha sıcak, Güney Yarımküre'de ise kuzey yamaçlarda daha sıcaktır. Bir diğer önemli faktör ise drenajı etkileyen eğimin dikliğidir. Su yamaçlardan aşağı akar, toprağı yıkar, tabakasını azaltır. Arazi, atmosferik havadaki yabancı maddelerin transferini, dağılımını veya birikmesini etkileyen ana faktörlerden biridir.

Gezegenimiz uzayda meydana gelen süreçlerden izole değil. Dünya periyodik olarak asteroitlerle çarpışıyor, kuyruklu yıldızlara yaklaşıyor, kozmik toz, göktaşı maddeleri ve Güneş ile yıldızlardan gelen çeşitli radyasyon türlerinin etkisine giriyor.

Uzayın Dünya üzerindeki yaşam üzerindeki etkisini doğrulayan birçok faktör birikmiştir.

Önemli doğal abiyotik faktörler arasında, belirli iklim koşulları kombinasyonu altında karasal bitki örtüsünün tamamen veya kısmen yanmasına yol açan yangınlar yer alır.

Biyotik faktörler.

Bir organizmayı habitatında çevreleyen tüm canlılar biyotik çevreyi veya biyotayı oluşturur. Biyotik faktörler, bazı organizmaların yaşam aktivitesinin diğerleri üzerindeki bir dizi etkisidir.

Hayvanlar, bitkiler ve mikroorganizmalar arasındaki ilişkiler son derece çeşitlidir. Bu bağlantıların ana tezahür şekli, besin zincirlerinin, ağların ve biyotanın trofik yapısının temelini oluşturan çeşitli kategorilerdeki organizmaların besin ilişkileridir.

Bitki ve hayvan organizmaları arasında besin bağlantılarının yanı sıra mekansal ilişkiler de ortaya çıkar.

Organik maddenin birincil üreticileri olarak bitkileri etkileyen biyotik faktörler zoojenik ve fitojenik olarak ikiye ayrılır.

Zoojenik biyotik faktörler. Hayvanların bitki örtüsü üzerindeki etkisini etkileyen faktörler öncelikle bitkinin tamamını veya tek tek organlarını yemeyi içerir. Hayvanların dallarını ve sürgünlerini yemek, ağacın tepesinin şeklini değiştirir. Hayvanlar tarafından zarar gören bitkiler koruyucu cihazlar (dikenler, dikenler) edinir, fazla fitoma oluşturur ve kalan yaprakları yoğun bir şekilde büyütür. Hayvanların bitkilerin yaşam süreçleri üzerinde de olumlu etkileri vardır; örneğin böcekler ve kuşlar tarafından tozlaşma.

Fitojenik biyotik faktörler.

Komşu bitkilerden farklı etkiler alan bitkiler, aynı anda onları da etkiler. Her yerde köklerin iç içe geçmesi ve kaynaşması, başkalarının komşu taçlarının dallarının iç içe geçmesi vardır.

Herhangi bir bitki topluluğu, kendi habitatının abiyotik özelliklerinin bütününü etkiler.

Canlı organizmalar toprağın oluşumu ve işleyişi süreçlerinde hayati bir rol oynar. Her şeyden önce bunlar, topraktan besinleri alıp bunları ölen dokularla birlikte geri veren yeşil bitkileri içerir. Bitki örtüsü, toprağın daha derin katmanlarından yüzeyine sürekli bir kül elementi akışı yaratır; biyolojik göçleri.

Toprakta sürekli olarak çeşitli gruplardan birçok organizma yaşar. Hareketler ve delikler toprağın karıştırılmasına ve havalandırılmasına yardımcı olur ve kök büyümesini kolaylaştırır. Örneğin solucanın sindirim kanalından geçerek toprak ezilir, mineral ve organik bileşenler karışır ve toprağın yapısı iyileştirilir.

Canlı organizmaların toplam aktivitesinin kendisini gezegen ölçeğinde jeokimyasal bir kuvvet olarak gösterdiği yer.

Biyosfer, bileşimi, yapısı ve enerjisi canlı organizmaların toplam aktivitesi tarafından belirlenen Dünya'nın kabuğudur. “Bir yaşam bölgesi olarak biyosfer” ve Dünya'nın dış kabuğu kavramının kökeni biyolog Lamarck'a (1744-1829) kadar uzanır. Biyosfer terimi, onu büyük ölçüde "Dünyanın yüzünü" belirleyen, dünya yüzeyindeki ince bir yaşam filmi olarak anlayan E. Suess (1875) tarafından tanıtıldı. Biyosfere ilişkin bütünsel bir doktrin yaratmanın değeri V.I. Biyosfer düşüncesinin oluşumu, V.V. Dokuchaev'in doğal bir tarihsel yapı olarak toprak üzerindeki çalışmalarından büyük ölçüde etkilenmiştir.

Biyosfer, atmosferin ozon perdesinin yüksekliğine kadar olan kısmını (20-25 km), litosferin bir kısmını, özellikle de ayrışma kabuğunu ve hidrosferin tamamını kapsar. Alt sınır kara yüzeyinin ortalama 2-3 km, okyanus tabanının ise 1-2 km altına iner. Vernadsky, biyosferi organizmalarla birlikte yaşam alanlarını da içeren bir yaşam alanı olarak görüyordu. Yedi farklı ancak jeolojik olarak birbirine bağlı madde türü tanımladı: canlı madde, biyojenik madde (fosil yakıtlar, kireç taşları vb., yani canlı organizmalar tarafından yaratılan ve işlenen madde), atıl madde (canlı organizmaların katılmadığı süreçlerde oluşan) ), biyoinert madde (canlı organizmalar tarafından eşzamanlı olarak ve örneğin toprak gibi inorganik nitelikteki süreçler sırasında oluşturulur), radyoaktif madde, dağınık atomlar ve kozmik kökenli madde (göktaşları, kozmik toz).

Kaynaklar
Kullanılan malzemeler:

• Geographer.ru sitesinden.

• Yakhontova L.K., Zvereva V.P. Hiperjenezde biyosfer faktörü

ENE malzemesi

Canlı madde aşağıdaki biyojeokimyasal işlevleri yerine getirir: gaz (gazların göçü ve dönüşümleri); konsantrasyon (dış ortamdan kimyasal elementlerin canlı organizmaları tarafından birikmesi); redoks (değişken değerliklere sahip atomlar içeren maddelerin kimyasal dönüşümleri - demir, manganez, eser elementler vb. bileşikleri); insan aktivitesiyle ilişkili biyokimyasal ve biyojeokimyasal fonksiyonlar (teknojenez, maddenin yaratılma ve hayata dönüştürülme biçimi, yaşamın yeni bir duruma - noosfere geçişini teşvik eder). Bu işlevlerin birleşimi, biyokimyadaki tüm kimyasal dönüşümleri belirler. Biyolojinin evrimi, canlı madde biçimlerinin (organizmalar ve toplulukları) evrimi ve jeolojik arka planda meydana gelen biyokimyasal işlevlerin karmaşıklığı ile diyalektik olarak ilişkilidir. Dünyanın tarihi.

Biyoloji doktrininde aşağıdaki ana yönler ayırt edilir: enerjik, biyosfer-gezegensel olayların kozmik radyasyon (çoğunlukla güneş) ve dünyanın bağırsaklarındaki radyoaktif süreçlerle bağlantısını aydınlatan; biyojeokimya ve yapılarındaki atomların (daha doğrusu izotoplarının) dağılımı ve davranışında canlı maddenin rolünü yansıtan biyojeokimyasal (bkz. Biyojeokimya); bilgilendirici, canlı maddenin bakterilerin yapısı ve bileşimi üzerindeki etkisinin incelenmesiyle bağlantılı olarak canlı doğada gerçekleştirilen organizasyon ve yönetim ilkelerinin incelenmesi; uzay-zamansal, yeryüzündeki canlı maddenin uzay-zamansal organizasyonunun özellikleriyle (simetri sorunları, vb.) bağlantılı olarak jeolojik zaman içinde dünyanın çeşitli yapılarının oluşumunu ve evrimini kapsayan; noosferik, insanlığın gezegenin yapısı ve kimyası üzerindeki küresel etkilerini incelemek: maden kaynaklarının gelişimi, gezegende daha önce bulunmayan yeni maddelerin üretimi (örneğin saf alüminyum, demir ve diğer metaller), dönüşüm gezegenin biyojeosenotik yapılarının (ormansızlaşma, bataklıkların drenajı, bakir toprakların sürülmesi, rezervuarların oluşturulması, ekonomik faaliyet ürünleri nedeniyle su, toprak ve atmosferin kirlenmesi, gübre uygulaması, toprak erozyonu, ağaçlandırma, şehir inşaatı, barajlar, balıkçılık vb.). İnsanın Dünya sınırlarının ötesindeki uzaya girişi, biyosfer çalışmasının yeni yönlerinin gelişmesini teşvik edecektir. Biyoloji doktrininin önemli bir yönü, biyolojinin tüm yapılarının karşılıklı ilişkileri (doğrudan ve geri beslemeli) ve eşlenik evrimi fikridir. Bu fikir, birçok ulusal ve insan tarafından "biyosfer ve insanlık" sorununun geliştirilmesinin temelini oluşturur. uluslararası kuruluşlar, bilim merkezleri ve laboratuvarlar. Bu sorun, birçok ülkenin katıldığı, örneğin Uluslararası Hidrolojik On Yıl, Uluslararası Biyoloji Programı (bkz. Uluslararası Biyoloji Programı) vb. etkinliklerle çözülmektedir. Biyoloji çalışmalarına olan ilginin artması, tüm geçmiş tarihin karakteristik özelliği olan tarım üzerindeki yerel insan etkisinin 20. yüzyılda yerini alması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. B'nin bileşimi, yapısı ve kaynakları üzerindeki küresel etkisi. Gezegende insan faaliyetinin izlerinin bulunmadığı hiçbir kara veya deniz alanı yoktur. Çarpıcı örneklerden biri, nükleer patlamaların ürünleri olan radyoaktif serpintinin küresel serpintisidir. Atmosferde, okyanusta ve karada her yerde (çok küçük miktarlarda bile) petrol, kömür, gazlar, kimya ve diğer endüstrilerden kaynaklanan atıklar, su ve rüzgar erozyonu sürecinde tarlalardan taşınan pestisitler ve gübreler bulunur. Baltık kaynaklarının - su, gaz, biyolojik vb. - silahlanma yarışı, nükleer silah testleri vb. nedeniyle daha da kötüleşen yoğun ve mantıksız kullanımı, bu kaynakların sonsuzluğu ve tükenmezliği mitini ortadan kaldırdı. Yıkıcı insan faaliyetinin çok sayıda örneği ve ne yazık ki, yaratıcı faaliyetinin nadir örnekleri (doğanın korunması açısından da dahil), yalnızca kendiliğinden kapitalist üretimden üretime geçiş sırasında mümkün olan, dünyevi işlerin akıllı insanlık tarafından makul bir şekilde yönetilmesinin önemine tanıklık ediyor. sosyalist ve komünist bir toplumun planlı ekonomisi. Zamanımızın en iddialı sorunlarından biri olan “biyosfer ve insanlık” sorununa rasyonel bir yaklaşımın doğal bilimsel temeli, biyoloji ve bilim doktrinidir. biyojeosenoloji - Belirli mekansal ve zamansal koşullarda canlı organizma topluluklarının işleyişinin ve evriminin genel ilkelerini ve mekanizmalarını inceleyen disiplinler. Biyolojinin modern yapısı, sürekli olarak dinamik bir denge durumu için çabalayan, değişen karmaşıklığa sahip birçok sistemin uzun evriminin ürünüdür. B. doktrininin pratik önemi çok büyüktür. Bu öğretinin geliştirilmesiyle özellikle ilgilenenler, doğanın insan tarafından mantıksız veya dikkatsiz bir şekilde dönüştürülmesinin neden olduğu, B.'nin "misilleme grevleriyle" diğerlerinden daha sık karşılaşan sağlık hizmetleri, tarım ve balıkçılık ve insan uygulamalarının diğer dallarıdır.

Edebiyat:

• Vernadsky V.I., Izbr. soch., cilt 5, M., 1960;
• ona göre, Dünya biyosferinin ve çevresinin kimyasal yapısı, M., 1965;
• Kovda V.A., Modern biyosfer doktrini, “Genel Biyoloji Dergisi”, 1969, cilt 30, No. 1;
• Perelman A.I., Peyzaj Jeokimyası, M., 1961;
• Timofeev-Resovsky N.V. ve Tyuryukanov A.N., Biyosferin temel biyokolojik bölümleri üzerine, “Moskova Doğa Bilimciler Derneği Bülteni”, 1966, v. 71(1);
• Hilmi G.F., Biyosfer Fiziğinin Temelleri, Leningrad, 1966;
• Duvigneau P. ve Tang M., Biyosfer ve insanın içindeki yeri, çev. Fransız'dan, M., 1968.

V. A. Kovda, A. N. Tyuryukanov.

Bu makale veya bölüm Büyük Sovyet Ansiklopedisi'ndeki metni kullanmaktadır.

Biyosfer- Canlı organizmaların yaşadığı yer kabuğunun parçalarının (lito, hidro ve atmosfer) tamamı onların etkisi altındadır ve yaşamsal faaliyetlerinin ürünleri tarafından işgal edilmiştir. "Biyosfer" terimi 1875'te Eduard Suess tarafından icat edildi. Biyosfer çalışmasının geliştirilmesine büyük katkı yaptı

giriiş

Gezegenimizdeki mevcut ekolojik durum arzulanan çok şey bırakıyor, bu yüzden her şeyden önce insanlık ile biyosfer arasındaki ilişkiye dikkat etmeye değer. Biyosferin kirlenmesi hastalıkların ve erken ölümün temel nedenidir. Çağımızın asıl görevi çevre kirliliğine bağlı geri dönüşü olmayan değişiklikleri önlemektir. Toplum sürekli gelişiyor, ancak ilerlemeyle birlikte biyosfer kirliliğinin niceliksel ve niteliksel doğası da artıyor. Tek tek ülkeler değil, bir bütün olarak insanlık, bir çevre koruma sistemi oluşturmaya özen göstermelidir, aksi takdirde bir uzay giysisinde yaşamak zorunda kalacaksınız.

"Biyosfer" kavramı

Biyosfer hakkında önemli ölçüde farklı bir fikir, 1875 yılında Avusturyalı jeolog E. Suess tarafından formüle edildi. “Alplerin Kökeni” monografisinde, canlı organizmaların oluşturduğu Dünya'nın özel bir kabuğu olarak “bağımsız bir biyosferden” söz ediyor. Üç ciltlik “Dünyanın Yüzü” (1909) adlı büyük eserin son bölümünde, bu yazar “biyosfer” kavramının J. Lamarck ve Charles Darwin'in dünya birliği hakkındaki fikirlerinin bir sonucu olarak ortaya çıktığını yazıyor. organik dünya.

Gezegenin canlı bir kabuğu olarak Dünya'da yaşayan organizmaların bir koleksiyonu olarak biyosferin biyolojik kavramının başlangıcı, Suess'in çalışmalarına kadar uzanır. Bu görüş birçok Rus coğrafyacı tarafından paylaşıldı; örneğin N. M. Sibirtsev (1899), D. N. Anuchin (1902), P. I. Brounov (1910), A. A. Grigoriev (1948), İngiliz araştırmacı ve filozof J. Bernal (1969). Fransız bilim adamları E. Leroy (1927) ve P. Teilhard de Chardin (1965, 1969) da Suess'in tanımını temel almış ancak onu idealist bir şekilde yorumlamışlardır. Teilhard'a göre, gezegenin canlı bir katmanı olan biyosfer, Tanrı'nın enkarnasyonunun aşamalarından biridir.

Suess'in biyosferin dünyanın özel bir kabuğu olduğu fikri, V.I. Vernadsky (1926) tarafından da kullanılmış, ancak buna önemli ölçüde farklı bir biyojeokimyasal içerik yatırılmıştır. Vernadsky'ye göre biyosfer, organizmalarla birlikte yaşam alanlarını da içeren yaşamın dağılım alanıdır. Teilhard de Chardin, “İnsanın Geleceği” (1969) Makaleler Koleksiyonunda, idealist evrim anlayışıyla açıkça çelişen böyle bir yoruma katılmadığını ifade etti.

Biyosferin biyojeokimyasal konseptinin geliştirilmesi, Rusya'nın doğal üretim güçlerinin incelenmesine yönelik Bilimler Akademisi Komisyonu'ndaki V.I. Vernadsky'nin pratik faaliyetleriyle yakından bağlantılıydı (1915'in başı).

Bu fikrin başlangıcını 17. ve 18. yüzyıl bilim adamlarının açıklamalarında bulmak mümkündür. , A. Humboldt ve Dokuchaev'in “Cosmos” kitabında.

Şu anda, Suess'e ve Vernadsky'ye göre biyosfere ilişkin her iki anlayış da mevcuttur. N.V. Timofeev-Resovsky, biyosfer hakkında dar ve geniş anlamda konuşmayı öneriyor. Bu kavramı kullanmak, yaşamın dağılım alanı olan Vernadsky'nin verdiği anlamı koymak, biyosfer için “dar anlamda” şu ifadeleri kullanmak daha uygun görünüyor: “organizmaların bütünlüğü”, “yaşam filmi” ”, “Dünyanın yaşayan örtüsü”, “biyota”, “bios”.

Vernadsky'ye (1965) göre biyosferin üst sınırı 15-20 km yükseklikte geçerek troposferin tamamını ve stratosferin alt kısmını kaplar: ozon kutuplarda 8-30 km'lik bir katmanda bulunur. , tropik bölgelerde 15-35 km. Aşağıdan Biyosfer, okyanusların dibindeki çökeltiler (10 km'den fazla derinliğe kadar) ve organizmaların ve sıvı suyun Dünya'nın bağırsaklarına nüfuz etme derinliği ile sınırlıdır. Alttaki litosfer, üst stratosfer, iyonosfer ve dış uzay, biyosfer için ortam görevi görür. Biyosferin işleyişini sağlayan ana enerji kaynağı Güneş'in ışınım enerjisidir.

Dolayısıyla biyosfer, maddesi, enerjisi ve organizasyonu biyotik ve abiyotik bileşenlerinin etkileşimi ile belirlenen, Dünya'nın özel bir termodinamik açık kabuğudur. Bu nedenle organizmaların tamamını ve bunların kalıntılarını, ayrıca organizmaların yaşadığı ve faaliyetleriyle değiştirilen atmosferin, hidrosferin ve litosferin bazı kısımlarını içerir.

Biyosferin en önemli işlevi, canlı maddenin sayı, ağırlık ve biriken ve tutulan enerji miktarının düzenli, zamanla artan şekilde yeniden yaratılmasıdır. İnsan bu işlevi biyosferin, parçalarının (okyanus, toprak, tatlı su) veya bireysel ekosistemlerinin ve biyojeosinozlarının (deltalar, çayırlar, tayga, tahıl tarlaları vb.) biyolojik üretkenliği olarak algılar.

Biyosfer kavramı. Organik dünyanın form çeşitliliğinin ve gelişim kalıplarının incelenmesi, genel olarak canlı organizmaların tüm Dünya gezegenindeki yeri ve rolü anlaşılmadan tamamlanmayacaktır.

“Biyosfer” terimi 1875 yılında Avusturyalı jeolog Eduard Suess (1831-1914) tarafından önerildi, ancak tam tanımını vermedi. Yarım yüzyıl sonra Rus jeokimyacı V.I. Vernadsky (1863-1945), ana hükümlerini 1926'da yayınlanan “Biyosfer” başlıklı küçük bir broşürde özetlediği biyosfer doktrinini yarattı. V.I. Vernadsky, biyosferi, oluşumundaki ana rolü canlı organizmalara ait olan Dünya'nın kabuğu olarak adlandırdı.

Canlı madde, biyosferdeki ana biyojeokimyasal kuvvettir. Biyosferin ana bileşeni canlı maddedir - gezegendeki tüm canlı organizmaların toplamı, temel kimyasal bileşim, kütle ve enerji olarak sayısal olarak ifade edilir. Bu madde jeokimyasal olarak son derece aktiftir, çünkü beslenme, solunum, boşaltım ve üreme süreçleri sırasında, neredeyse tüm kimyasal elementlerin genel dönüşüm zincirindeki biyojeokimyasal bağlantıdan geçmesi nedeniyle çevre ile yakından bağlantılıdır. Dolayısıyla organizmaların yaşam aktivitesi, gezegensel nitelikte derin ve güçlü bir jeolojik süreçtir. Kimyasal elementlerin vücuttan çevreye ve geriye göçü bir an bile durmaz. Organizmaların temel kimyasal bileşimi yer kabuğunun kimyasal bileşimine yakın olmasaydı bu göç imkansız olurdu. V, ben. Vernadsky şunu yazdı: "Bir organizma, yalnızca kendisinin değil, aynı zamanda kendisine uyum sağladığı bir çevreyle de ilgilenir."

Fotosentez işlemini gerçekleştiren yeşil bitkiler sayesinde biyosferde karmaşık organik madde molekülleri yaratılır. İçlerinde bulunan enerji, heterotrofik organizmalar tarafından hayati süreçler için kullanılır. Bu, biyosferdeki yeşil bitkilerin kozmik işlevidir. Canlı madde olmasaydı, güneş ışınının işi yalnızca gaz, sıvı ve katı cisimlerin gezegenin yüzeyinde hareket ettirilmesine ve bunların geçici olarak ısıtılmasına indirgenirdi. Canlı madde, dev bir pil ve Güneş'ten gelen ışınım enerjisinin benzersiz bir transformatörü gibi davranır. Canlı madde olmadan güneş enerjisi, Dünya üzerinde kalamayacağı ve bunun için gerekli enerjiye dönüşemeyeceği için, Dünya üzerinde yaratıcı faaliyet gerçekleştiremez.

Güneş enerjisi öncelikle bitkiler tarafından yakalanır. Ancak tüm canlı maddeler, içlerinde bulunan Güneş'in enerjisinin korunmasında ve dönüştürülmesinde rol alır, onu yüzey boyunca ve ayrıca gezegenin dışından daha derin katmanlarına doğru hareket ettirir. Bu süreç organizmaların üremesi, ardından büyümesi ve hareketi yoluyla gerçekleştirilir. V.I.'ye göre üreme oranı. Vernadsky, biyosferdeki jeokimyasal enerjinin aktarım hızıdır.

Biyosferin temel yapısal ve işlevsel birimi biyojeosinozdur. Biyojeosinozda organizmalar ve onların yaşam alanları birbirlerine yakın bir şekilde uyum sağlar ve bu sayede yaşamın sonsuzluğunun temeli olan maddelerin biyolojik döngüsü gerçekleştirilir.

gezegende. Biyolojik döngü boyunca kimyasal maddelerin sınırlı rezervleri sürekli döngüsel dolaşımda oldukları için sonsuz hale gelir. Bu nedenle maddelerin biyojeokimyasal döngüler halinde dolaşımı biyosferin varlığı için gerekli bir koşuldur. Biyosferdeki maddelerin tüm döngüsü, tek bir enerji kaynağı olan Güneş sayesinde gerçekleşir. Gezegene giren güneş enerjisi miktarı ile üretilen canlı madde miktarı arasında yakın bir ilişki kurulmuştur. Böylece farklı ülkelerden bilim adamlarının uzun yıllar süren araştırmaları sonucunda biyosferde yılda yaklaşık 150-200 milyar ton kuru organik maddenin oluştuğunu hesaplamak mümkün oldu.

Dolayısıyla biyosfer doktrininin yaratılması insanlığın önemli bir başarısıydı. İlk kez canlı doğa, abiyotik çevreyle yakından etkileşime giren bütünleşik bir sistem olarak görülmeye başlandı. V.I. Vernadsky, yaşamın gezegensel ve kozmik önemi, canlı ve cansız doğanın ara bağlantısı ve etkileşimi hakkındaki modern bilimsel fikirlerin temellerini attı.

Biyosferin kapsamı. Dünya gezegeninde yaşamın var olduğu çeşitli jeosferler vardır (Şekil 7.2).

Atmosfer Dünya'nın hava örtüsüdür. Yükseklik arttıkça hava yoğunluğu hızla azalır: Atmosfer kütlesinin% 75'i 10 km'ye kadar,% 90'ı - 15 km'ye kadar,% 99 - 30 km'ye kadar,% 99,9 - 50 km'ye kadar bir katmanda yoğunlaşır . Nem ve katı yabancı maddelerden yoksun hava, nitrojen (%78,1), oksijen (%21), argon (%0,9), karbondioksit (yaklaşık %0,03) ve az miktarda diğer gazlardan oluşur.

Atmosferin durumu üzerinde büyük etki, yani. Hava ve iklimin oluşumu, atmosferin değişken bileşenleri olan çeşitli yabancı maddeler tarafından oynanır. Bunlardan en önemlisi atmosferin 20 kilometrelik alt tabakasında su buharı halinde bulunan sudur. Su buharı, karbondioksit, metan ve diğer bazı yabancı maddelerle birlikte atmosferin iç katmanlarının ısınmasına (sera etkisi denir) katılır. Bunun nedeni, atmosferin güneş ışınımını Dünya yüzeyine iletme ve ondan yansıyan termal ışınımı absorbe etme yeteneğinden kaynaklanmaktadır. Sera etkisi nedeniyle, rakım azaldıkça atmosferdeki sıcaklık artar ve alt katmanları ısınır.

Biyosferin bölgesi yalnızca atmosferin alt katmanında - troposferde (Yunanca troposundan - değişim) uzanır. Troposferin yüksekliği kutup enlemlerinde 8-10 km, ekvatorda 16-18 km arasında değişir. Troposferin üstünde 100 km yüksekliğinde stratosfer (Latin tabaka katmanından) bulunur. İçinde 15-25 km yükseklikte, güneş ışınımının etkisi altındaki serbest oksijen, bir ekran oluşturarak zararlı olan kısa dalga ultraviyole ışınımını emen ozona (O2 -> O3) dönüştürülür. yaşayan organizmalar.

Litosfer (Yunanca lithos - taştan) gezegenin dış sert kabuğudur. İçinde iki katman var: üstteki katman granitli tortul kayaçlardan oluşan bir katman, alttaki ise bazalt. Katmanlar eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır, bu nedenle bazı yerlerde granit yüzeye çıkar. Litosferdeki canlı maddenin dağılım sınırı 3-4 km'nin altına düşmez. Bu derinlikte yalnızca anaerobik bakteriler bulunabilir. Litosferdeki en yüksek canlı madde yoğunluğu, yer kabuğunun yüzey katmanı olan toprakta gözlenir.

Hidrosfer, okyanusların, denizlerin, göllerin, nehirlerin, yeraltı sularının ve buz tabakalarının sularının toplamıdır. Hidrosfer gezegenin süreksiz sulu kabuğunu oluşturur. Suyun büyük bir kısmı, ortalama derinliği 3,8 km, maksimum (Pasifik Okyanusu'nun Mariinsky Çukuru) 11.034 km olan Dünya Okyanusunda yoğunlaşmıştır. Hidrosferin küçük bir kısmı tatlı su ile temsil edilir.

Canlı organizmalar hidrosferin tüm kalınlığı boyunca maksimum derinliklerine kadar yaşarlar, ancak en büyük yoğunlukları güneş tarafından ısıtılan ve aydınlatılan yüzey katmanlarında ve kıyı bölgelerinde meydana gelir. Litosfer, atmosfer ve hidrosferin doğrudan temas ve aktif etkileşimi bölgeleri, canlı organizmalar tarafından en yoğun şekilde doldurulur, çünkü bu yerlerde yaşam için en uygun koşullar yaratılır - optimum sıcaklık, nem, oksijenin varlığı ve yaşam için gerekli kimyasal elementler. organizmaların yaşamı.

Biyosferin mekansal heterojenliği. Biyosferdeki organizmaların yaşam koşulları son derece çeşitlidir. Özellikle karasal ve su ortamlarında farklılık gösterirler. Bu nedenle biyosferin kıtasal ve okyanusal kısımları ayırt edilir.

Biyosferin kıtasal kısmı - kara - 148 milyon km2 veya gezegenin toplam alanının% 29'unu kaplar. Onun tuhaflığı, enlem ve yükseklik bölgelerinin varlığında ifade edilen aşırı heterojenliktir.

Enlemsel imar, gezegenimizin küreselliği ve dönme ekseninin eğiminden kaynaklanmaktadır, bunun sonucunda dünya yüzeyine eşit olmayan bir şekilde ısı ve nem sağlanmaktadır. Tropikal ve subtropikal bölgeler en fazla ısıyı alırken, kutup bölgeleri en az ısıyı alır. Farklı alanların nem ile sağlanmasında büyük fark vardır. Örneğin, tundra aşırı yağışla karakterize edilir ve çöller, atmosferik yağış eksikliğiyle karakterize edilir; ılıman enlem bölgeleri, ortalama su kaynağı değerleri ile karakterize edilir.

Biyosferin kıtasal kısmının rakımsal peyzaj bölgelemesi, alanın rakımı arttıkça havanın daha az oksijen, karbondioksit ve su buharı ile daha seyrek hale gelmesi ve sıcaklığının düşmesi nedeniyle oluşur. Karbondioksit ve nem eksikliği nedeniyle fotosentezin normal seyri bozulur, bu nedenle yüksek bitkiler 6 bin m'nin üzerindeki rakımlarda yetişemez.

Biyosferin okyanus kısmı 361 milyon km2'yi, yani gezegen alanının %71'ini kaplar. İçindeki organizmaların yaşamı için belirleyici faktörler suyun tuz ve gaz bileşimi, besin içeriği, suyun derinliği ve hareketliliğidir. Biyosferin bu kısmı aynı zamanda imarla da karakterize edilir. Yaşam koşulları açısından, hidrosferin kutupsal ve ekvator-tropikal bölgeleri ile güneş tarafından aydınlatılan yüzey kısmı ve güneş ışığının nüfuz etmediği derin bölge özellikle birbirinden farklıdır. Hidrosferde yaşamın gelişimi için en uygun olanı, güneş ışınlarıyla iyi aydınlatılan ve ısıtılan ve alt çökeltilerden gelen yeterli miktarda mineral besin elementiyle sağlanan küçük bir kıyı bölgesidir (% 8) - raf ve arazi yüzeyi. Dünya Okyanusu tabanının büyük bir kısmı 4000 m'den fazla derinliklerde yer almaktadır ve alanın yaklaşık dörtte biri 5000 m'den fazla derinliklerdedir. Buradaki sıcaklık düşüktür (0,5 ila 4 ° C arası) ve oldukça sabit. Işık bu alana nüfuz etmez. Deniz yatağında organik kalıntılar silt ve diğer çökeltiler şeklinde birikmektedir.

Biyosferdeki canlı maddenin dağılımı. Biyosferin okyanus ve kıtasal kısımlarındaki üreticilerin (yeşil bitkiler) ve tüketicilerin (hayvanlar ve mikroorganizmalar) canlı maddelerinin biyokütlesi Tablo 7.1'de verilmiştir.

Tabloda sunulan veriler, biyosferdeki canlı maddenin büyük kısmının (%99,8'in üzerinde) kıtalarda yoğunlaştığını göstermektedir. Okyanusosferin toplam biyokütleye katkısı sadece %0,13'tür.

Dünya organizmalarının biyokütlesi (kuru madde)

Canlı maddenin biyokütlesi

Kıtasal kısımdaki organizmalar, okyanus kısmı milyar ton % milyar ton %

Yeşil bitkiler 2400,0 99,2 0,2 ​​6,3

Hayvanlar ve mikroorganizmalar 20,0 0,8 3,0 93,7

Toplam: 2420,0 100,0 3,2 100,0

Kıtalarda bitkilerin canlı maddeleri (%99,2), okyanuslarda ise hayvanlar (%93,7) baskındır. Ancak bunların mutlak değerlerini (sırasıyla 2400 milyar ton ve 3 milyar ton) karşılaştırdığımızda, gezegenin canlı maddesinin ağırlıklı olarak yeşil kara bitkileriyle temsil edildiğini söyleyebiliriz. Fotosentez yapamayan organizmaların biyokütlesi %1'den azdır.

Kara bitkilerinin biyokütlesinin mutlak değer olarak okyanus bitkilerininkinden üç kat daha fazla olmasına rağmen, okyanus bitkileri (algler) için birim zaman başına biyokütle büyüme oranı çok daha yüksektir (Tablo 7.2).

Kara ve okyanustaki bazı bitki topluluklarında yıllık toplam üretimin (P) biyokütle miktarına (B) oranı

Bitki toplulukları yıllık P/B

Ormanların odunsu bitki örtüsü 0,018

Çayır, bozkır, ekilebilir arazi bitki örtüsü 0,670

Göl ve nehir bitkilerinin kompleksi 14.0

Deniz fitoplanktonu 150,0

Mikroskobik fitoplankton hücrelerinin yoğun bölünmesi, hızlı büyümesi ve kısa süreli varlığı, okyanus fitomalarının ortalama 1-3 gün içinde hızlı bir şekilde değişmesine katkıda bulunurken, kara bitki örtüsünün tamamen yenilenmesi 50 yıl veya daha fazla sürer. Bu nedenle, okyanus fitokütlesinin az miktarda olmasına rağmen, yıllık toplam üretimi kara bitkilerinin üretimi ile karşılaştırılabilir düzeydedir.

Biyosferde fotosentez süreciyle her yıl yaklaşık 150 milyar ton kuru organik madde oluşuyor. Biyosferin kıtasal kesiminde en üretken olanlar tropik ve subtropikal ormanlardır; okyanus kesiminde ise haliçler (denize doğru genişleyen nehir ağızları) ve resiflerin yanı sıra derin suların yükseldiği bölgeler bulunur. Düşük bitki verimliliği açık okyanuslar, çöller ve tundra için tipiktir.

Biyosfer, canlı organizmaların Dünya gezegenindeki dağılım alanıdır. Organizmaların hayati aktivitesine, kendi organik moleküllerini oluşturmak için ihtiyaç duydukları çeşitli kimyasal elementlerin vücutlarının bileşimine dahil edilmesi eşlik eder. Sonuç olarak, gezegendeki tüm canlı maddeler ile yaşam alanı arasında güçlü bir kimyasal element akışı oluşur. Organizmaların ölümünden ve vücutlarının mineral elementlere ayrışmasından sonra madde dış ortama geri döner. Yaşamın devamlılığını sağlamak için gerekli bir koşul olan maddelerin sürekli dolaşımı bu şekilde gerçekleşir. Canlı organizmaların en büyük kütlesi litosfer, atmosfer ve hidrosfer arasındaki temas sınırında yoğunlaşmıştır. Biyokütle bakımından okyanuslarda tüketiciler, karada ise üreticiler çoğunluktadır. Gezegenimizde canlı maddeden daha aktif ve jeokimyasal olarak daha güçlü bir madde yoktur.