Наука
Дане поняття було вперше введено в науку Ж. Б. Ламарком у далекому 1803 році і означало сукупність усіх живих організмів планети Земля . В кінці дев'ятнадцятого століття термін " біосфера " використовував Ж. Зюсе , який включив неживу матерію осадових порід в будова біосфери. Вчення про біосферу з'явилося в 1926 році, коли в. І. Вернадський узагальнив величезна кількість наукових відомостей, так чи інакше ілюструють взаємозв'язок між живою і неживою речовиною. Вчений зміг показати, що наша планета не тільки заселена живими організмами, але і активно ними перетворюється. Крім того, на думку Вернадського, втручання людей у природні процеси настільки істотно, що можливо говорити про ноосферу – нової фази розвитку біосфери. На сьогоднішній день наука про біосферу об'єднує дані з різних областей знання. Серед них можна відзначити біологію, хімію, геологію, кліматологію, океанологию, ґрунтознавство та інші.Будова біосфери таке, що живі організми можуть самостійно підтримувати необхідний склад ґрунту, атмосфери і гідросфери. Вони відіграють ключову средообразующую роль. На підставі цього вчені висунули гіпотезу про те, що ґрунт і повітря були створені самими живими організмами протягом сотень мільйонів років еволюції. Вивчивши подібність у будові геологічних порід, що залягають глибше кембрійських, з більш пізніми породами, Вернадський припустив, що у вигляді найпростіших організмів життя на планеті існувала ледь не з самого початку. Пізніше геологи довели помилковість цієї гіпотези.
Так як сонце є енергетичною основою існування всього живого на Землі, біосферу можна розглядати як оболонку, структура та склад якої формуються за рахунок спільної діяльності живих організмів і визначаються надходженням сонячної енергії. Тепер давайте познайомимося з будовою біосфери Землі.
Живе і неживе
Розглядаючи склад і будова біосфери, насамперед варто зазначити, що вона складається з живої та неживої речовини (інертною матерії). Основна маса живих організмів зосереджується в трьох геологічних оболонках Землі: атмосфері (повітряний шар), гідросфері (океани, моря і так далі) та літосфері (верхній шар породи). Однак розподіляються ці оболонки у найбільшій екосистемі нерівномірно. Так, гідросфера представлена в будові біосфери повністю, а літосфера і атмосфера – частково (верхній і нижній шари відповідно). Неживої компонент біосфери полягає з:Межі біосфери
Такі поняття, як склад, будова і межі біосфери, тісно пов'язані один з одним. Незважаючи на те що бактерії і спори були виявлені на висоті до 85 кілометрів, вважається, що верхня межа біосфери становить 20 - 25 км. На великих висотах концентрація живої речовини мізерно мала із-за сильного впливу сонячного випромінювання.У гідросфері життя присутня всюди. І навіть в Маріанської западини, глибина якої становить 11 км, вчений з Франції Ж. Пікар спостерігав не тільки безхребетних, але і риб. Під більш ніж 400- метровій товщею антарктичного льоду живуть бактерії, водорості, форамініфери та ракоподібні. Бактерії зустрічаються під кілометровим шаром мулу і в підземних водах. Тим не менш найбільша концентрація живих істот спостерігається на глибині до 3 км. Таким чином, межі і будова біосфери в різних частинах планети можуть бути різними.
Атмосфера, літосфера й гідросфера
Атмосфера складається головним чином з кисню й азоту. У невеликих кількостях у ній містяться аргон, вуглекислий газ і озон. Від стану атмосфери залежить життя як сухопутних, так і водних істот. Кисень необхідний для дихання живих організмів і мінералізації відмерлих органічних речовин. Ну а вуглекислий газ використовується рослинами для фотосинтезу. Літосфера має товщину від 50 до 200 км, тим не менш основна кількість видів живих організмів зосереджується в її верхньому шарі товщиною кілька десятків сантиметрів. Поширення життя в глиб літосфери обмежена в силу ряду факторів, головними з яких є: відсутність світла, висока щільність середовища і висока температура. Таким чином, нижньою межею поширення життя в літосфері є глибина до 3 км, на якій були виявлені деякі види бактерій. Справедливості заради варто відзначити, що вони жили не в ґрунті, а в підземних водах і нафтоносних горизонтах. Цінність літосфери полягає в тому, що вона дає життя рослинам, живлячи їх всіма необхідними речовинами .Гідросфера є найважливішим компонентом біосфери. Близько 90 % запасу води припадає на Світовий океан, який займає 70 % поверхні планети. Він містить 13 млрд км 3 , а річки і озера – 02 млн км 3 води. Найважливішим фактором життєдіяльності організму є вміст у воді кисню і вуглекислого газу.
Захоплюючі цифри
І склад, і будова і функції біосфери дивують своїми масштабами. З деякими цікавими фактами ми з вами зараз познайомимося. В воді міститься у 660 разів більше вуглекислого газу, ніж в повітрі. На суші переважає різноманітність рослинного світу, а в морі – тварини. 92 відсотки всієї біомаси на суші припадає на зелені рослини . В океані ж 94 % складають мікроорганізми і тварини. В середньому раз на вісім років біомаса Землі оновлюється. Рослинам суші для цього потрібно 14 років, океану – 33 дні. На те, щоб вся вода земної кулі пройшла через живі організми, знадобиться 3000 років, кисень – до 5000 років, а вуглекислий газ – 6 років. У азоту, вуглецю і фосфору ці цикли ще більш тривалі. Біологічний кругообіг не замкнений – близько 10 % живої речовини переходить у осадові відкладення і поховання. На біосферу припадає лише 005 % від маси нашої планети. Вона займає близько 04 % від обсягу Землі. Маса живих істот складає всього 001 - 002 % від маси косної речовини, проте вони відіграють дуже значну роль у геохімічних процесах. Щорічно продукується 200 млрд тонн сухої ваги органіки, а в процесі фотосинтезу поглинається 170 млрд тонн вуглекислого газу. У процесі життєдіяльності мікроорганізмів в біогенний кругообіг щороку залучається 6 млрд тонн азоту і 2 млрд тонн фосфору, а також величезна кількість заліза, магнію, сірки, кальцію та інших елементів. За цей час людство видобуває близько 100 млрд тонн корисних копалин. В процесі своєї життєдіяльності організми роблять суттєвий внесок в кругообіг речовин, стабілізуючи і перетворюючи біосферу, властивості і будова якої змушують задуматися про наявність вищих сил.
Енергетична функція
Познайомившись з будовою і складом біосфери, переходимо до її функцій. Почнемо з енергетичної. Як відомо, рослини поглинають сонячне випромінювання і насичують біосферу життєво необхідною енергією. Приблизно 10 % уловлюваного світла продуценти використовують для своїх потреб (в основному для клітинного дихання). Все інше через харчові ланцюги розповсюджується по всіх екосистем біосфери. Частина енергії консервується у надрах землі, насичує їх своєю силою (вугілля, нафта тощо). Навіть розглядаючи функції і будова біосфери коротко, завжди виділяють окислювально-відновну функцію як підвид енергетичної. Будучи продуцентами, хемосинтезіруючи бактерії можуть витягувати енергію з реакцій окислення і відновлення неорганічних сполук. У процесі окислення сірководню енергією живляться сіробактерії, а заліза (з 2 - валентного у 3-валентное) – залізобактерії. Нитрифицирующие також не сидять без діла. Вони окислюють амонійні сполуки до нітратів і нітритів. Саме для цього фермери удобрюють поля сполуками амонію, які самі по собі не засвоюються рослинами. При удобренні грунту безпосередньо нітратами запасають тканини рослин перенасичуються водою, що призводить до погіршення їх смакових якостей і збільшення небезпеки виникнення захворювань травної системи у тих, хто вживає їх в їжу.Средообразующая функція
Живі організми формують ґрунт, а також регулюють склад повітряної і водної оболонок землі. Якщо б на планеті не існувало фотосинтезу, запас атмосферного кисню був б витрачено за 2000 років. Крім того, буквально через одне століття, з-за збільшення концентрації вуглекислого газу в повітрі, організми почали б гинути. За один день лісовий масив може поглинути з 50-метрового шару повітря до 25 % двоокису вуглецю. Дерево середнього розміру здатне забезпечити киснем чотирьох осіб. Один гектар листяного лісу, розташований біля міста, щорічно затримує близько 100 тонн пилу. Озеро Байкал, яке славиться своєю кришталевою чистотою, є таким завдяки меленьким рачкам, які тричі за рік «проціджують» його. І це лише кілька прикладів того, як живі організми регулюють склад речовин в біосфері.
Концентраційна функція
Живі істоти, і в особливості мікроорганізми, здатні концентрувати безліч хімічних елементів, що знаходяться у біосфері. Практично 90 % ґрунтового азоту є результатом діяльності синьозелених водоростей. Бактерії можуть концентрувати залізо (наприклад, окислюючи гідрокарбонат, розчинний у воді, до гідроксиду, що осідає в середовищі їх проживання), марганець і навіть срібло. Ця дивовижна особливість дозволила вченим вважати, що саме завдяки мікроорганізмам на землі стільки родовищ металів. У деяких країнах такі елементи, як германій та селен видобувають з рослин. Водорості фукус може накопичувати в 10 тисяч разів більше титану, ніж міститься в навколишньому її морській воді. У кожній тонні бурих водоростей міститься кілька кілограм йоду. Австралійський дуб накопичує алюміній, сосна – берилій, береза – барій і стронцій, модрина – ніобій і марганець, а торій концентрується в осики, черемухе і ялиці. Крім того, деякі рослини навіть «збирають» дорогоцінні метали. Так, в 1 тонні золи полину може бути до 85 грамів золота!Деструктивна функція
Хімічна будова біосфери Землі і її оточення передбачає не лише творчі, але й руйнівні процеси. Втім, вони також відіграють велику роль у регуляції речовин на планеті. При активній життєдіяльності живих організмів відбувається мінералізація органічних залишків і вивітрювання гірських порід. Бактерії, гриби, синьозелені водорості та лишайники можуть руйнувати тверді породи за рахунок виділення вугільної, азотистої та сірчаної кислот. Агресивні сполуки також виділяють коріння дерев. Є такі бактерії, які навіть можуть зруйнувати скло і золото.Транспортна функція
Розглядаючи будову і функції біосфери, не можна випустити з уваги перенесення мас речовини. Дерево піднімає воду з землі в атмосферу, кріт викидає землю наверх, риба пливе проти течії, зграя сарани мігрує – все це є проявом транспортної функції біосфери. Жива речовина може проробляти велику геологічну роботу, формуючи новий вигляд біосфери і активно беручи участь у всіх її процесах. Окремо варто відзначити процес формування осадових порід. Першою стадією цього процесу є вивітрювання – руйнування верхніх шарів літосфери під дією повітря, сонця, води і мікроорганізмів. Проникаючи в породу, коріння рослин можуть руйнувати її . Вода, яка просочується в тріщини, утворені корінням, розчиняє та переносить речовини. Це відбувається завдяки роз'їдаючим компонентів рослини. Особливо рясно органічні кислоти виділяють лишайники. Таким чином, фізичне вивітрювання відбувається разом з хімічним. Завдяки відмирання організмів планктону на дні світового океану щорічно відкладається до 100 млн тонн вапняків. Багато з них мають хімічне походження, перебуваючи, наприклад, в області контакту кислотних і лужних підземних вод. При відмиранні одноклітинних водоростей і радіолярій формуються кремнійвмісні мули, які покривають сотні тисяч км 2 морського дна.