1. Conceptul, compoziția și structura biosferei
Biosfera este un sistem ecologic global al planetei, care include toate organismele vii impreuna cu habitatul lor.
Biosfera este o colecție de părți ale cochililor (lito-, hidro- și atmosferic) ale pământului, care este locuită de organisme vii, este sub influența lor și este ocupată de produsele activității lor vitale.
În cei 20 de ani ai secolului XX, doctrina biosferei a fost dezvoltată și transformată de un om de știință natural, academicianul V.I. Vernadsky. El a subliniat mai întâi rolul excepțional al organismelor vii în formarea biosferei. Prin definiția sa, biosfera este plicul structural al Pământului, creat de viața în sine, în care nu numai că trăiește, ci și că este transformat de organisme vii și legat de activitatea lor de viață. Astfel, biosfera este atât mediul vieții, cât și rezultatul activității de viață a organismelor.
Dimensiuni ale biosferei. Conform învățăturilor din VI. Vernadsky, biosfera este o zonă a planetei noastre în care există sau a existat vreodată o viață și care este expusă constant organismelor vii. Prin urmare, biosfera este o zonă de existență nu numai a ecosistemelor moderne, ci include și zone în care există substanțe care au apărut ca urmare a activității vitale a organismelor vii. Astfel de substanțe sunt numite biogene. Aproape tot oxigenul din atmosferă are o origine biogenică. Multe minerale (petrol, cărbune, gaz, etc.) sunt, de asemenea, biogene.
Datorită acestei abordări, VI. Vernadskii extins semnificativ biosferă, inclusiv în toate hidrosfera (adâncime de până la 11 km), atmosfera inferioară (a stratului de ozon, o înălțime de 25-35 km), unde sa concentrat aproape tot oxigenul și o parte a litosferei la adâncimea de origine biogen mineral ( 8-10 m, rareori 3 km).
Structura biosferei. Biosfera are o structură ierarhică. În mod tradițional, atmosfera, hidrosfera și litosfera se disting în structura biosferei. Atmosfera este împărțit în straturi în funcție de temperatura aerului este sub 0 ° C -altobiosfera peste 0 „C - tropobiosfera Hidrosfera include okeanobiosferu și akvabiosferu, adică solenoid și apă dulce mediu, și este, de asemenea, divizată în straturi, în funcție de. iluminare: .. fotografică și disfoto- afotosfery Geo (bio) constă într-o sferă terrabiosfery (mediu solid-apos) și litobiosfery (mediu aer solid) ecosistemul subsphere Dedicated includ diferite nivele ierarhice.
Compoziția biosferei cuprinde 7 părți profund diferite:
1) materia vie;
2) nutrienți:
3) materie inertă:
4) substanța biocozică;
5) substanță în decădere radioactivă:
6) substanța atomilor împrăștiați, care nu sunt legate de reacțiile chimice;
7) o substanță de origine cosmică.
O substanță vie este totalitatea organismelor de pe planetă (plante și animale, microorganisme).
Substanță biogenă - un set de substanțe care au apărut ca rezultat al vieții organismelor (turbă, ulei, cretă, gaz natural etc.).
Materia cosmică este o colecție de substanțe în formarea a căror organisme vii nu participă, adică roci de magmatică, origine anorganică, apă,
Substanță biochimică - produse de descompunere și prelucrare a rocilor montane și sedimentare de către organisme vii (sol, ape naturale).
2. Funcțiile de bază ale biosferei
Datorită capacității de a transforma energia solară în energia legăturilor chimice, plantele și alte organisme îndeplinesc o serie de funcții biologice fundamentale ale unei scale planetare.
Funcția de gaz. Ființele vii schimbă în mod constant oxigenul și dioxidul de carbon cu mediul în procesele de fotosinteză și respirație. Plantele au jucat un rol decisiv în modelarea compoziției atmosferei moderne. Ele controlează strict concentrațiile de oxigen și dioxid de carbon, care sunt optime pentru biota modernă.
Funcția de concentrare. În procesul de evoluție, organismele au învățat să extragă din soluția apoasă diluată și din alte componente ale mediului natural substanțele necesare pentru a le crește concentrația în organism în mod repetat.
Astfel, prin trecerea prin corpul său a volumelor mari de aer și soluții naturale, organismele vii efectuează migrarea biogenică și concentrarea elementelor chimice și a compușilor lor.
Funcția de reducere a oxidării. Multe substanțe din natură sunt extrem de stabile și nu se supun oxidării în condiții normale. Celulele vii au un catalizator eficient - enzimele care pot efectua numeroase reacții de reducere a oxidării de milioane de ori mai repede decât poate într-un mediu abiotic. Datorită acestui fapt, organismele vii accelerează în mod semnificativ migrarea elementelor chimice în biosferă.
Funcția de informare. Odată cu apariția primelor ființe vii de pe planetă, au apărut informații active ("vii"), diferite de cele ale informațiilor "moarte", care este o simplă reflectare a structurii. Organismele s-au dovedit capabile să obțină informații prin combinarea fluxului de energie cu structura moleculară activă care joacă rolul programului. Abilitatea de a percepe, stoca și transmite informații moleculare a făcut o evoluție avansată în natură și a devenit un factor important de formare a sistemului de mediu.
Funcțiile enumerate ale materiei vii formează o puternică funcție care formează mediul înconjurător al biosferei. Activitatea organismelor vii a determinat compoziția modernă a atmosferei. Suprafața vegetală determină, în esență, echilibrul apei, distribuția umidității și caracteristicile climatice ale spațiilor mari. Organismele vii joacă un rol principal în auto-purificarea mediilor de aer și apă. Datorită plantelor, animalelor și microorganismelor, solul este creat și fertilitatea sa este menținută. Astfel, biota biosferei formează și controlează starea mediului.
Ar trebui să fie clar faptul că mediul nostru - nu este, prin care se fixează o dată și de durată poziție fizică, dar suflarea vie a naturii, fiecare moment al lucrării produse de multe ființe vii.
3. Cicluri biogeochimice ale substanțelor din biosferă
Ciclul de substanțe este un proces natural al participării multiple a substanțelor în fenomenele care apar în biosfera planetei. Substanța implicată în circulație nu numai că se mișcă, dar, de asemenea, suferă transformări și, deseori, își schimbă starea fizică și chimică. În mod deosebit activ în accelerarea ciclului și transformarea sunt organisme vii.
Energia solară de pe Pământ cauzează două tipuri de cicluri de substanțe:
1) mare (biogeochimic) - în cadrul biosferei;
2) mic (biotic) - în cadrul sistemelor ecologice elementare.
circulație mare de substanțe - un proces non-stop-planetar drept ciclic, non-uniform în spațiu și timp redistribuire de substanță, energie și informație în mod repetat în cadrul biosfera modernizarea continuă a sistemului ecologic.
O mică circulație a substanțelor se dezvoltă pe baza unei substanțe mari și constă în circulația circulară a substanțelor între sol, plante, microorganisme și animale.
Ambele cicluri sunt interdependente și reprezintă un singur proces care asigură reproducerea materiei vii și are o influență activă asupra apariției biosferei.
Întotdeauna a existat un ciclu geochimic de substanțe pe planeta noastră, dar odată cu apariția vieții pe Pământ, relațiile geochimice au devenit biogeochimice - mai complexe și mai diverse. Prin urmare, se vorbește despre un ciclu biogeochimic de substanțe sau despre un ciclu biogeochimic.
Există trei tipuri principale de cicluri biogeochimice:
1) ciclul apei;
2) circulația elementelor predominant în faza gazoasă (oxigen, carbon, azot etc.);
3) circulația elementelor predominant în fazele solide și lichide (fosfor, etc.).
Ciclul carbonului pe teren începe cu fixarea dioxidului de carbon de către plante în procesul de fotosinteză.
Din CO2 și H2O se formează carbohidrați și se eliberează oxigen. Carbonul fixat în plante este consumat într-o oarecare măsură de animale. Animalele și plantele învechite sunt descompuse de microorganisme, în urma căruia carbonul din materia organică moartă este oxidat la dioxid de carbon și din nou intră în atmosferă. În plus, carbonul este parțial eliberat în toate etapele ciclului în compoziția CO2 în timpul respirației plantelor și animalelor. Un ciclu similar de carbon are loc și în ocean.
Circulația azotului (figura 5). Azotul, care este foarte mult în atmosferă, este asimilat de plante numai după conectarea sa cu hidrogen sau oxigen. Acest lucru apare de obicei ca urmare a diferitelor fenomene fizice care au loc în atmosferă (fixare atmosferică) și de fabricație (fixare industrială), precum și prin acțiunea bacteriilor fixatoare de azot sau alge (biofiksatsiya). Compușii de azot sunt utilizați de plante și prin ele prin intermediul lanțurilor alimentare ajung la animale. Deșeurile de plante și animale, organismele moarte se descompun și, cu ajutorul bacteriilor denitrificatoare, azotul este recuperat și returnat în atmosferă.
Fig. 5 - Circulația azotului
În prezent, agricultura și industria produc aproape 60% mai mult azot fix decât ecosistemele terestre naturale, ceea ce duce la acumularea de nitrați în sol și în continuare în lanțul alimentar.
Ciclurile biogeochimice ale substanțelor și transformările de energie asociate reprezintă baza echilibrului dinamic și a stabilității biosferei. Ciclurile biogeochimice normale, neperturbate au caracter aproape circular, aproape închis. Aceasta menține o anumită constanță și echilibru al compoziției, cantității și concentrației componentelor în biosferă, de exemplu, compoziția aerului atmosferic, concentrația sărurilor în apa oceanelor și altele asemenea. La rândul său, această constanță determină aptitudinea genetică și fiziologică a organismelor vii de a exista pe Pământ,
4. Evoluția biosferei. Conceptul de noosphere. Conceptul de tehnosferă
Apariția și existența tuturor sistemelor ecologice din biosferă este cauzată de evoluție. Sisteme dinamice-susținere auto-evoluează în direcția de complexitatea organizării și apariția ierarhiei sistemului, În primul rând Cauză, sursa forțelor de conducere ale modificărilor calitative consecutive în sistemele ecologice este fluxul de energie prin intermediul sistemului și selectarea celor mai eficiente convertoare de energie, materie și informații.
Evoluția biosferei constă dintr-o fază pre-biotică, în care evoluția chimică a pregătit apariția vieții și, de fapt, evoluția biotică.
1. Educația planetei (acum 4,5 miliarde de ani). Atmosfera primară a avut o temperatură ridicată și conține hidrogen, azot, vapori de apă, metan, amoniac, gaze inerte și alți compuși simpli.
2. Apariția circulației abiotice a substanțelor în atmosferă datorită răcirii treptate și energiei radiației solare. Apare apă lichidă, hidrosferă, circulația apei, migrarea apei în apă și reacțiile chimice multifazice în soluții. Există o selecție și o creștere a moleculelor.
3. Formarea compușilor organici în procesele de condensare și polimerizare, compuși simplu C, H, O, N, datorită energiei radiației ultraviolete de la soare, radioactivitatea, descărcarea electrică și alte impulsuri de energie. Acumularea energiei radiante în substanțe organice.
4. Apariția ciclului de compuși organici ai carbonului. Cea mai complicată complicație a substanțelor organice și apariția unor complexe stabile de macromolecule; apariția sistemelor moleculare de auto-reproducere.
Apariția vieții (acum 3,5 miliarde de ani). Structurarea proteinelor și a acizilor nucleici cu participarea biomemembrelor conduce la apariția unor organisme asemănătoare virusului și a celulelor primare capabile de divizare. Există un ciclu biotic și se formează funcțiile materiei vii.
5. Dezvoltarea fotosintezei și modificarea rezultată a compoziției mediului: o creștere a cantității de oxigen. Migrarea biogenă a elementelor se accelerează.
6. Apariția organismelor multicelulare, a plantelor terestre și a animalelor conduce la o complicație suplimentară a ciclului biogeochimic. Există sisteme ecologice complexe care conțin toate nivelurile de organizare trofică. Se obține un grad ridicat de izolare a ciclului biogeochimic.
7. Creșterea diversității biotice și complicarea structurii și organizării funcționale a ființelor vii și a întregii biosfere. Organismele sunt ocupate de toate nișele ecologice de pe planetă.
8. Aspectul omului - liderul evoluției. Apariția și dezvoltarea societății umane, implicarea în fluxurile de materie tehnogenezei disproporționată și energie încalcă închiderea ciclurilor biogeochimice, provoca crize ecologice antropice și a devenit un factor negativ în evoluția biosferei.
Activitatea economică a omului a cauzat apariția pe Pământ a unui habitat calitativ nou - tehnosfera. Technosfera face parte din biosferă, transformată de oameni cu ajutorul acțiunii directe sau indirecte a mijloacelor tehnice și angajată în produsele activității sale. Unii oameni de știință consideră că tehnosfera este sinonimă cu noosfera, în timp ce alții recunosc tehnosfera ca stare de tranziție de la biosferă la noosphere.
În traducerea greacă, "noosphere" este sfera minții. Din punct de vedere științific, noosphere este o conștiință colectivă care va controla direcția viitoarei evoluții a planetei. Dezvoltând conceptul de noosphere, VI Vernadsky a definit-o ca o etapă în evoluția biosferei, caracterizată de rolul conducător al activității raționale și conștiente a societății umane în dezvoltarea biosferei. Activitatea umană rezonabilă ar trebui să devină factorul principal în dezvoltarea biosferei.
Noosphere, dar V.I. Vernadsky, este o biosferă, controlată în mod rezonabil de om. . „Toată umanitatea, luați împreună reprezintă o masă nesemnificativă a substanței planetei, puterea lui nu este conectat cu mama sa, dar cu creierul lui, mintea și regizat acest motiv, lucrarea sa.“ Omul trebuie să înțeleagă „că nu este o întâmplare, indiferent de ambiant fenomen natural care acționează în mod liber. Este inevitabil manifestarea procesului natural de mare, durează în mod regulat pentru cel puțin 2 milioane de ani.
Conform legii noosphere VI. Vernadsky: biosfera va deveni în mod inevitabil o noosphere, adică Sfera în care mintea umană va juca un rol dominant în dezvoltarea sistemului uman-natura. Cu alte cuvinte, auto-dezvoltarea haotică, bazată pe procesele autoreglementării naturale, va fi înlocuită de o strategie rezonabilă bazată pe principii de prognoză și planificare, reglementarea proceselor de dezvoltare naturală.
Dacă noosfera este viitoarea unitate armonioasă a omului și a naturii cu o poziție predominantă în acest sistem al minții umane, atunci technosfera este mediul în care trăim acum.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: