Лекція 3. Поняття про біосферу план

1.Поняття про біосферу.

2.Загальні властивості біосфери.

3.Кругообіг речовин у біосфері

4.Трансформація енергії у біосфері.

ПОНЯТТЯ ПРО БІОСФЕРУ

3,5 млрд. років тому в первісному океані Землі під впливом ультрафіолетового та проникаючого випромінювань, а також електричних грозових розрядів почалося утворення перших органічних з'єднань — "органічного бульйону", за виразом академіка А. І. Опаріна. Зі зростанням концентрації цього розчину деякі органічні молекули, об'єднуючись, стали утворювати коацерватні краплі, ізольовані від оточуючого їх середовища і котрі використовували речовини, що входили до його складу, для збільшення свого розміру. Так виникли молекули, здатні самовідтворюватися, що означало народження Життя.

Перші організми живилися оточуючим їх органічним розчином, однак настав час, коли його запаси почали вичерпуватися, а вільного кисню — найкращого окислювача, — практично не було, і перші організми змушені були отримувати енергію завдяки процесу бродіння. Однак цей процес малоефективний і вимагав великої кількості їжі. Тому життя було приречене на голодну смерть. Єдина можливість перетворення скінченної речовини в нескінченну — включення її в кругообіг. Тому внаслідок природного відбору утворилися фотосинтезуючі організми, котрі не живилися готовою органічною речовиною, а створювали її самі, використовуючи сонячне світло для перетворення вуглекислого газу, мінеральних солей та води. Відходом цього способу живлення став кисень, котрий, по-перше, зробив можливою появу багатоклітинних представників тваринного світу, які потребують енергії з готових органічних речовин шляхом їх окислення, і, по-друге, створив захист від згубного для білкових з'єднань впливу ультрафіолетового випромінювання, оскільки деяка частина вільного кисню перетворилася в озон, що є потужним його поглиначем. Таким чином живі істоти отримали можливість вийти з води, котра захищала їх від впливу випромінювання, на суходіл і поступово поширились на всій планеті.

Так утворилося замкнене коло взаємозалежних та взаємо пристосованих організмів і процесів, серед котрих немає жодного зайвого, оскільки кожен виконує свою функцію: відходи життєдіяльності одного є умовою життя іншого. Тварини не могли б харчуватися та дихати без допомоги рослин. Однак і рослини без тварин дуже швидко загинули б, оскільки нікому було б переробляти та розкладати утворену органіку на воду, вуглекислий газ та мінеральні солі, запобігаючи засміченню планети відмерлими залишками та відтворюючи запаси поживних речовин для нових поколінь рослин. Живі організми беруть також участь у загальному круговороті речовин в природі і формуванні планети.

Отже, тварини та рослинні організми своєю діяльністю за життя та біомасою після смерті мільярди років створювали та вдосконалювали умови, сприятливі для життя, тобто біосферу, перш ніж з'явилася людина, котра через кілька сотень тисяч років стала руйнувати її своєю нерозумною діяльністю.

На підставі праць В. І. Вернадського та його послідовників використовується визначення біосфери як загальнопланетної оболонки, до складу якої належать нижні шари атмосфери, гідросфера, та верхні шари літосфери, її склад і будова зумовлені сучасною і минулою життєдіяльністю всієї сукупності живих організмів. Вона наслідком взаємодії » живих і неживих компонентів, акумуляції і перерозподілу в ній величезної кількості енергії та є термодинамічне відкритою, самоорганізованою, саморегульованою, динамічно зрівноваженою, стійкою, мозаїчною (досиметричною), глобальною системою.

До поняття "біосфера" (від грець. bios — життя + sphairo — сфера, куля) близько підійшов французький біолог Ж. Б. Ламарк (1802). Але сам термін "біосфера" вперше застосував австрійський геолог Е. Зюсс (1875). Він же виділив біосферу як окрему оболонку Землі, охоплену життям, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери. Живі істоти (рослини, тварини, мікроорганізми) існують на поверхні Землі, в її атмосфері, гідросфері та верхній частині літосфери, в цілому складаючи плівку Життя (сферу) на нашій планеті. Верхня межа біосфери сягає 85 км над поверхнею Землі. На таких висотах (у стратосфері) під час запусків геофізичних ракет у пробах повітря виявлено спори мікроорганізмів. Нижня межа біосфери сягає глибин літосфери, де температура становить 100 °С (у молодих складчастих областях — це приблизно 1,5—2 км і на кристалічних щитах — 7—8 км).

Отже, область існування живих організмів на Землі називають біосферою (сферою життя).

Верхня межа біосфери, за В. І. Вернадським, є променевою, а нижня — термічною. Променева межа зумовлена наявністю жорсткого короткохвильового випромінювання, від якого життя на Землі захищає озоновий шар, термічна — наявністю високих температур і знаходиться на суші в середньому на глибині 3—3,5 км від земної поверхні. Таким чином, загальна товщина цієї земної оболонки повинна була б становити кілька десятків кілометрів.

Приблизна маса біосфери становить 3*10²⁴ г, а об'єм - 10*10²⁴ см³ в тому числі літосфери - 0,6*10²⁴ см³, гідросфери - 1.4*10²⁴ см³ і тропосфери - 8-10²⁴ см³ (приблизна маса тропосфери - 0,004*10²⁴ г, гідросфери - 1.4*10²⁴ г, а літосфери товщиною 3 км на суші і під дном океану - 0,5 км маса 1,6*10²⁴ г). Приблизна маса біосфери становить 0,05% маси Землі, а об'єм - 0,4% об'єму Землі, включаючи до останнього атмосферу товщиною 2000 км від рівня геоїда. Масажної речовини ледве сягає (3...5)*10⁸% маси Землі і близько (О.7-І.О)*10⁸ % маси біосфери.

Цікаві узагальнення з приводу параметрів біосфери наводить Ф. Я Шипунов (1980). За його даними, найбільшу товщину біосфера має на тропічних широтах - 22 км, найменшу - на полярних - 12 км.

Процеси, які відбуваються у біосфері та в оточуючому її планетному середовищі, породжуються і підтримуються, з одного боку, космічними, а з другого — земними факторами, пов'язаними з особливостями Землі як планети (напруженість гравітаційного і магнітного полів, особливості її речовини, випромінювання тощо). Взаємодія цих двох факторів створює єдиний утвір — систему Землі (Шипунов). Біосфера є структурною частиною цієї складної планетної системи. І якщо її жива речовина формує для себе найсприятливіше середовище існування і розвитку — біосферу, то остання перетворює своє планетне середовище таким чином і в таких розмірах, щоб мати максимальну стійкість своєї структурної організації. Тому біосферу треба розглядати не лише як область розвитку живої речовини на Землі, але й як область, що трансформує своє близьке оточення в невід'ємне від неї екологічне планетне середовище.