Жер планетасының барлық тірі ағзалары бір-бірімен және қоршаған ортамен тығыз байланыста болады, осылайша экожүйелерді құрайды. Бұл өзара әрекеттесетін организмдердің қауымдастықтары бір-бірінен оқшауланбайды. Олар бір-бірімен әртүрлі қарым-қатынастармен, ең алдымен тамақпен байланысты. Экожүйелердің жиынтығы біртұтас планеталық экожүйені құрайды, оны биосфера деп атайды. Бұл мақалада биосфераның құрылымы, оның құрамы және негізгі функциялары қарастырылады.
Ғылым
Бұл ұғымды ғылымға алғаш рет 1803 жылы Дж. Б. Ламарк енгізген және Жер планетасындағы барлық тірі ағзалардың жиынтығын білдіреді. ХІХ ғасырдың аяғында «биосфера» терминін биосфера құрылымына шөгінді тау жыныстарының жансыз заттарын қосқан Дж. Зузе қолданды. Биосфера туралы ілім 1926 жылы В. И. Вернадский қандай да бір жолмен көптеген ғылыми ақпараттарды жинақтаған кезде пайда болды.тірі және жансыз материя арасындағы байланысты бейнелейді. Ғалым біздің планетамызды тірі организмдер мекендеп қана қоймай, сонымен бірге олар белсенді түрде өзгеріп жатқанын көрсете алды. Сонымен қатар, Вернадскийдің пікірінше, адамның табиғи процестерге араласуы соншалықты маңызды, сондықтан биосфера дамуының жаңа кезеңі - ноосфера туралы айтуға болады. Бүгінгі таңда биосфера ғылымы әртүрлі білім салаларындағы мәліметтерді біріктіреді. Олардың арасында биология, химия, геология, климатология, океанология, топырақтану және т.б. бар.
Биосфераның құрылымы тірі организмдер топырақтың, атмосфераның және гидросфераның қажетті құрамын өз бетінше сақтай алатындай. Олар негізгі экологиялық рөл атқарады. Осыған сүйене отырып, ғалымдар топырақ пен ауаны жүздеген миллион жыл эволюция барысында тірі ағзалардың өздері жасаған деген болжам жасады. Кембрийге қарағанда тереңірек жатқан геологиялық тау жыныстарының құрылымының кейінгі тау жыныстарымен ұқсастығын зерттей келе, Вернадский планетада тіршілік басынан бастап қарапайым организмдер түрінде болған деп болжайды. Кейінірек геологтар бұл гипотезаның қате екенін дәлелдеді.
Күн жер бетіндегі барлық тіршіліктің тіршілігінің энергетикалық негізі болғандықтан, биосфераны құрылымы мен құрамы тірі организмдердің бірлескен іс-әрекеті нәтижесінде қалыптасатын және онымен анықталатын қабықша ретінде қарастыруға болады. күн энергиясының ағыны. Енді Жер биосферасының құрылымымен танысайық.
Тірі және жансыз
Биосфераның құрамы мен құрылымын ескерсек, ең алдыментірі және жансыз материядан (инертті материя) тұратынын атап өткен жөн. Тірі ағзалардың негізгі бөлігі Жердің үш геологиялық қабығында шоғырланған: атмосфера (ауа қабаты), гидросфера (мұхиттар, теңіздер және т.б.) және литосферада (тау жыныстарының жоғарғы қабаты). Дегенмен, бұл раковиналар ең үлкен экожүйеде біркелкі таралмаған. Сонымен, биосфера құрылымында гидросфера толық, ал литосфера мен атмосфера ішінара бейнеленген (тиісінше жоғарғы және төменгі қабаттар).
Биосфераның тірі емес құрамдас бөлігі мыналардан тұрады:
- Тірі ағзалардың тіршілік әрекетінің өнімі болып табылатын биогендік зат. Оған мыналар кіреді: көмір, мұнай, шымтезек, табиғи әктас, газ және т.б.
- Организмдердің тіршілік әрекетінің және биологиялық емес процестердің бірлескен нәтижесі болып табылатын биоинерттік зат. Оған мыналар кіреді: топырақ, лай, су қоймалары және т.б.
- Биологиялық айналымға кіретін, бірақ тірі ағзалардың тіршілік әрекетінің өнімі болып табылмайтын инертті зат. Бұл топқа мыналар кіреді: су, металл тұздары, атмосфералық азот, т.б.
Биосфера шекаралары
Биосфераның құрамы, құрылымы және шекарасы сияқты ұғымдар бір-бірімен тығыз байланысты. 85 километрге дейінгі биіктікте бактериялар мен споралар табылғанына қарамастан, биосфераның жоғарғы шегі 20-25 км құрайды деп есептеледі. Жоғары биіктікте күн радиациясының күшті әсерінен тірі заттың концентрациясы шамалы.
Гидросферада тіршілік барлық жерде бар. Тіпті тереңдігі 11 шақырым болатын Мариана шұңқырында да ғалымФранциядан келген Дж. Пикар омыртқасыздарды ғана емес, балықты да бақылаған. Бактериялар, балдырлар, фораминифералар және шаян тәрізділер Антарктика мұзының 400 метрден астам астында өмір сүреді. Бактериялар бір шақырымдық лай қабатының астында және жер асты суларында кездеседі. Соған қарамастан, тірі жандардың ең көп шоғырлануы 3 км-ге дейінгі тереңдікте байқалады. Осылайша, планетаның әртүрлі бөліктеріндегі биосфераның шекаралары мен құрылымы әртүрлі болуы мүмкін.
Атмосфера, литосфера және гидросфера
Атмосфера негізінен оттегі мен азоттан тұрады. Оның құрамында аз мөлшерде аргон, көмірқышқыл газы және озон бар. Құрлықтағы және судағы тіршілік иелерінің тіршілігі атмосфераның күйіне байланысты. Оттегі тірі ағзалардың тыныс алуы және өліп жатқан органикалық заттардың минералдануы үшін қажет. Көмірқышқыл газын өсімдіктер фотосинтез үшін пайдаланады.
Литосфераның қалыңдығы 50-ден 200 км-ге дейін, дегенмен тірі организмдер түрлерінің негізгі саны оның қалыңдығы бірнеше ондаған сантиметрлік жоғарғы қабатында шоғырланған. Литосфераның тереңдігіне тіршіліктің таралуы бірқатар факторларға байланысты шектеледі, олардың негізгілері: жарықтың болмауы, ортаның жоғары тығыздығы және жоғары температура. Осылайша, литосферадағы тіршіліктің таралуының төменгі шекарасы 3 км тереңдікте, бактериялардың кейбір түрлері табылған. Әділдік үшін, олардың жер астында емес, жер асты сулары мен мұнай горизонттарында өмір сүргенін айта кету керек. Литосфераның құндылығы оның өсімдіктерге өмір беретіндігінде, оларды барлық қажетті заттармен қоректендіретінінде.
Гидросферабиосфераның маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Су қорының 90%-ға жуығы планета бетінің 70%-ын алып жатқан Дүниежүзілік мұхитқа келеді. Онда 1,3 миллиард км3, ал өзендер мен көлдерде 0,2 миллион км3 су бар. Ағзаның тіршілік әрекетінің ең маңызды факторы судағы оттегі мен көмірқышқыл газының мөлшері болып табылады.
Қызықты сандар
Биосфераның құрамы, құрылымы және функциялары олардың ауқымымен таң қалдырады. Енді біз бірнеше қызықты деректермен танысамыз. Судың құрамында ауаға қарағанда көмірқышқыл газы 660 есе көп. Құрлықта өсімдіктер әлемінің әртүрлілігі, ал теңізде жануарлар әлемі басым. Құрлықтағы барлық биомассаның 92 пайызы жасыл өсімдіктер. Мұхиттағы 94% микроорганизмдер мен жануарлар.
Орташа алғанда, сегіз жылда бір рет Жердің биомассасы жаңарып отырады. Бұл үшін құрлық өсімдіктеріне 14 жыл, мұхит өсімдіктеріне 33 күн қажет. Жер шарындағы барлық судың тірі организмдерден өтуі үшін 3000 жыл, оттегі 5000 жылға дейін, көмірқышқыл газы 6 жыл қажет. Азот, көміртек және фосфор үшін бұл циклдар одан да ұзақ. Биологиялық цикл тұйық емес – тірі заттың шамамен 10%-ы шөгінді шөгінділер мен қорымдарға өтеді.
Биосфера планетамыздың массасының 0,05% ғана құрайды. Ол Жер көлемінің шамамен 0,4% алып жатыр. Тірі тіршілік иелерінің массасы инертті зат массасының 0,01-0,02% ғана құрайды, дегенмен олар геохимиялық процестерде өте маңызды рөл атқарады.
200 миллиард тонна органикалық құрғақ салмақ жыл сайын өндіріледі және жылыФотосинтез 170 миллиард тонна көмірқышқыл газын сіңіреді. Микроорганизмдердің тіршілік әрекеті процесінде биогендік айналымға жыл сайын 6 миллиард тонна азот пен 2 миллиард тонна фосфор, сондай-ақ темір, магний, күкірт, кальций және басқа элементтердің орасан зор мөлшері қатысады. Осы уақыт ішінде адамзат шамамен 100 миллиард тонна пайдалы қазбаларды өндіреді.
Тіршілік барысында организмдер биосфераны тұрақтандырып, түрлендіретін заттардың айналымына елеулі үлес қосады, олардың қасиеттері мен құрылымы жоғары күштердің болуы туралы ойлануға мәжбүр етеді.
Энергия функциясы
Биосфераның құрылысы мен құрамымен танысқаннан кейін оның атқаратын қызметіне көшейік. Энергиядан бастайық. Өздеріңіз білетіндей, өсімдіктер күн радиациясын сіңіріп, биосфераны өмірлік энергиямен қанықтырады. Түсірілген жарықтың шамамен 10% продуценттер өз қажеттіліктері үшін (негізінен жасушалық тыныс алу үшін) пайдаланады. Қалғанының бәрі биосфераның барлық экожүйелеріне қоректік тізбектер арқылы таралады. Энергияның бір бөлігі жер қойнауында сақталады, оларды өз күшімен (көмір, мұнай және т.б.) қанықтырады.
Биосфераның функциялары мен құрылымын қысқаша қарастыратын болсақ, олар әрқашан энергияның кіші түрі ретінде тотығу-тотықсыздану функциясын бөліп көрсетеді. Хемосинтетикалық бактериялар продуцент бола отырып, бейорганикалық қосылыстардың тотығу және тотықсыздану реакцияларынан энергия алады. Күкіртсутегінің тотығу процесінде күкірт бактериялары энергиямен, ал темір (2 валенттіден 3 валенттіге дейін) темір бактерияларымен қоректенеді. Нитрификация да онсыз отырмайдыістер. Олар аммоний қосылыстарын нитраттар мен нитриттерге дейін тотықтырады. Сондықтан фермерлер егістік алқаптарын өсімдіктерге өздігінен сіңбейтін аммоний қосылыстарымен тыңайтады. Топырақты тікелей нитраттармен тыңайтқанда өсімдіктердің сақтау ұлпалары суға шамадан тыс қаныққан, бұл олардың дәмінің нашарлауына және оны жейтін адамдарда ас қорыту ауруларының қаупінің жоғарылауына әкеледі.
Қоршаған ортаны түзетін функция
Тірі организмдер топырақты құрайды, сонымен қатар жердегі ауа мен су қабықтарының құрамын реттейді. Егер планетада фотосинтез болмаса, атмосфералық оттегінің қоры 2000 жылдан кейін бітетін еді. Сонымен қатар, бір ғасырда ауадағы көмірқышқыл газының концентрациясының жоғарылауына байланысты организмдер өле бастайды. Бір күнде орман 50 метрлік ауа қабатынан көмірқышқыл газының 25%-ын сіңіре алады. Орташа өлшемді ағаш төрт адамды оттегімен қамтамасыз ете алады. Қалаға жақын орналасқан бір гектар жапырақты орман жыл сайын шамамен 100 тонна шаңды сақтайды. Мөлдірлігімен әйгілі Байкал көлі оны жылына үш рет «сүзетін» кішкентай шаян тәрізділердің арқасында. Және бұл тірі ағзалардың биосферадағы заттардың құрамын реттейтінінің бірнеше мысалдары ғана.
Концентрация функциясы
Тірі организмдер, әсіресе микроорганизмдер биосферада кездесетін көптеген химиялық элементтерді шоғырландыруға қабілетті. 90% дерлік топырақ азотыкөк-жасыл балдырлар қызметінің нәтижесі болып табылады. Бактериялар темірді (мысалы, суда еритін бикарбонатты қоршаған ортада жинақталған гидроксидке дейін тотықтыру арқылы), марганецті, тіпті күмісті де шоғырландыра алады. Бұл таңғажайып қасиет ғалымдарға микроағзалардың арқасында жер бетінде металл кен орындарының көп екеніне сенуге мүмкіндік берді.
Кейбір елдерде өсімдіктерден германий және селен сияқты элементтер алынады. Фукус балдырлары титанды қоршаған теңіз суына қарағанда 10 000 есе көп жинақтай алады. Қоңыр балдырлардың әр тоннасында бірнеше килограмм йод бар. Австралия еменінде алюминий, қарағайда – бериллий, қайың – барий мен стронций, балқарағай – ниобий мен марганец, ал торий көктерек, шие, шыршада шоғырланған. Сонымен қатар, кейбір өсімдіктер тіпті қымбат металдарды «жинайды». Сонымен, 1 тонна жусан күлінде 85 грамға дейін алтын болуы мүмкін!
Бұзушы функция
Жер биосферасының және оны қоршаған ортаның химиялық құрылымы тек жасампаздық қана емес, сонымен бірге жойқын процестерді де қамтиды. Дегенмен, олар планетадағы заттардың реттелуінде де үлкен рөл атқарады. Тірі ағзалардың белсенді тіршілігімен органикалық қалдықтардың минералдануы және тау жыныстарының үгілуі жүреді. Бактериялар, саңырауқұлақтар, көк-жасыл балдырлар және қыналар көмір, азот және күкірт қышқылдарын бөліп шығару арқылы қатты жыныстарды ыдыратады. Коррозиялық қосылыстар ағаш тамырларын да босатады. Тіпті шыны мен алтынды бұза алатын бактериялар бар.
Тасымалдау функциясы
Құрылымын ескере отырып жәнебиосфераның функцияларын ескере отырып, заттың массалық алмасуын ұмытуға болмайды. Ағаш жерден суды атмосфераға көтереді, мең жерді жоғары лақтырады, балық ағысқа қарсы жүзеді, шегірткелер тобы қоныс аударады - мұның бәрі биосфераның транспорттық қызметінің көрінісі.
Тірі материя биосфераның жаңа бейнесін құра отырып, оның барлық процестеріне белсенді қатыса отырып, орасан зор геологиялық жұмыс жасай алады.
Шөгінді жыныстардың түзілу процесін бөлек атап өткен жөн. Бұл процестің бірінші кезеңі атмосфералық ауаның, күннің, судың және микроорганизмдердің әсерінен литосфераның жоғарғы қабаттарының бұзылуы. Тасқа енген өсімдіктердің тамырлары оны бұзады. Тамырдан пайда болған жарықшақтарға сіңген су затты ерітіп, алып кетеді. Бұл зауыттың коррозиялық компоненттеріне байланысты. Қыналар әсіресе органикалық қышқылдарда көп. Осылайша, физикалық үгілу химиялық үгілумен бірге жүреді.
Планктондық организмдердің өлуіне байланысты дүниежүзілік мұхит түбінде жыл сайын 100 млн тоннаға дейін әктас жиналады. Олардың көпшілігі, мысалы, қышқыл және сілтілі жер асты суларының жанасу аймағында болғандықтан, химиялық шыққан. Біржасушалы балдырлар мен радиолярийлердің өлуімен теңіз түбінің жүздеген мың км2 жерін қамтитын кремнийі бар тұнбалар түзіледі.
Топырақ түзетін функция
Биосфераның қасиеттері мен құрылымының жан-жақты болғаны сонша, оның барлық қызметтері бір-бірімен тығыз байланысты. Сонымен, топырақ түзілу масса алмасуының бір саласы болып табыладыжәне қоршаған ортаны қалыптастыру, бірақ маңыздылығына байланысты бөлек қарастырылады. Тау жыныстарын микроорганизмдермен бұзу және одан әрі өңдеу кезінде топырақ деп аталатын борпылдақ, жемісті жер қабығы пайда болады. Ірі өсімдіктердің тамырлары терең горизонттардан минералды элементтерді бөліп алып, олармен топырақтың жоғарғы қабаттарын байытады және олардың өнімділігін арттырады. Топырақ органикалық қосындыларды өсімдіктердің өлі тамырлары мен сабақтарынан, сондай-ақ жануарлардың нәжістері мен өлекселерінен алады. Бұл қосылыстар органикалық заттарды минералдандыратын, көмірқышқыл газын, органикалық қышқылдар мен аммиак түзетін топырақ ағзаларына арналған тағам.
Омыртқасыздар, жәндіктер, сондай-ақ олардың дернәсілдері ең маңызды құрылым түзуші рөл атқарады. Олар топырақты бос және өсімдік тіршілігіне қолайлы етеді. Омыртқалы жануарлар (меңдер, бұталар және басқалар) жерді қопсытады, ондағы бұталардың сәтті өсуіне ықпал етеді. Түнде салқындатылған сығылған ауа тамырлар мен микроорганизмдердің тыныс алуына қажет жерге енеді.
Биосфераның керемет құрылымы.
