Адам қоршаған кеңістікті әдетте табиғат немесе мекендеу ортасы деп атайды. Көпшілігіміз мектеп сабақтарында бұл ұғым туралы іргелі білім алдық: табиғат тарихы (3-сынып), география және биология (4), анатомия және химия (6). Бірақ бұл ғылымдардың қалай біріктірілгенін түсінетіндер аз, тек олардың барлығы жаратылыстану саласына жатады. Адамның қоршаған әлем туралы барлық білімін жинақтау үшін бір сыйымды атау - биосфера жасалды. Көптеген жылдар бойы жүргізілген зерттеулер мен мұқият зерттеуге қарамастан, Жер планетасы әлі де ғалымдарға онда болып жатқан процестер туралы ойлауға негіз береді.
Анықтама
Биосфера қалай аталады? Әдебиетте бұл терминнің көптеген түсіндірмелері бар және олардың барлығы мазмұны жағынан ерекшеленеді, бірақ мағынасы жағынан бірдей. Көбінесе биосфераны планетаның ғаламдық экожүйесі деп атайды, оның құрамына адам аз түрлердің бірі ретінде кіреді.«Биосфера» атауын көне грек тілінен сөзбе-сөз аударсақ, оның екі түбірі бар. «Сфера» «аймақ, шар, шар» дегенді білдіреді, ал «биос» түбірі «өмір» деп аударылады. Бұл шын мәнінде күрделі және көп қырлы ғылымды анықтайтын өте кең және нақты атау болып шығады. В. И. Вернадский биосфера деп нені атайды деген сұраққа кеңейтілген жауап береді. Ол бұл ұғымға география, геохимия, биология, геологияны қамтитын Жер туралы ғылыми білімдер кешені ретінде анықтама береді. Биосфера – тірі ағзалардың және олардың тіршілік ету ортасының болуы принципі бойынша біріктірілген жер қабықтарының жиынтығы. Барлық сфералар құрамы, функциялары және қасиеттері бойынша әртүрлі, бірақ олардың әрқайсысы бізді қоршаған әлемнің бар болуы мен эволюциясында маңызды рөл атқарады.
Биосфера туралы оқыту
Философ, ғалым, геолог және биохимик В. И. Вернадский білімнің біртұтас жүйесін жасады. 20 ғасырдың басына дейін Жерді және онда болып жатқан процестерді зерттеу бойынша көптеген зерттеу жұмыстары жүргізілді, бірақ ұлы орыс ғалымы бұл материалды тереңдете және жалпылай алды. 19 ғасырдың басында француз натуралисті Ламарк болашақ ғылымның бастапқы тұжырымдамасын анықтады, бірақ оған атау бермеді. Австриялық палеонтолог және геолог Эдуард Сюсс 1875 жылы «биосфера» терминін енгізді, ол әлі күнге дейін қолданылады. Ол бұл ғылымды біздің планетамыздағы барлық тіршілік туралы білім ретінде анықтайды. Вернадский 50 жылдан кейін ғана тірі организмдер мен бейорганикалық заттардың байланысын, олардың айналымын дәлелдейді. Не деп аталадықазіргі кезеңдегі биосфераны? Бұл әртүрлі шығу тегінің табиғи элементтері өзара әрекеттесетін планетаның қабықтарының бірі, бірегей, теңдестірілген жүйені жасайтын олардың үйлесімі.
Атмосфера
Жер планетасының сыртқы ауа қабығы. Оның массасының көп бөлігі жер бетінде шоғырланған, ал биіктігі бойынша ол үш мың шақырымға созылады. Атмосфера барлық қабықшалардың ішіндегі ең жеңілі, ол тек планетаның тартылыс күшінің әсерінен жер бетінен кетпейді, бірақ биіктік артқан сайын оның қабаттары біртіндеп разрядталады. Озон қабаты жерге түсетін ультракүлгін деңгейін төмендету арқылы күн сәулесінің радиоактивті әсерінен қорғауды қамтамасыз етеді. Атмосфераның құрамына газдар кіреді: көмірқышқыл газы, азот, оттегі, аргон, олар тірі организмдердің тіршілігін қамтамасыз етеді.
Гидросфера
Жер биосферасы планетаның су қабығының бір бөлігін қамтиды. Оның құрамы заттың агрегаттық күйіне қарай өзгереді. Гидросфера жер бетіндегі сұйық, газ және қатты күйде болуы мүмкін барлық су ресурстарын біріктіреді. Дүниежүзілік мұхиттың беткі қабаттары Күннен келетін жылуды атмосфера арқылы қайта бөлуге қызмет етеді. Табиғаттағы заттардың айналымы процесінде су ерекше маңызға ие, өйткені ол ең қозғалмалы фракция болып табылады. Биосфера организмдері су элементін толық игерді, олар Дүниежүзілік мұхиттың ең терең түбі бассейндерінде және Арктикалық мұздықтарда кездеседі. Гидросфераның химиялық құрамына келесі негізгі элементтер кіреді: магний, натрий, хлор,күкірт, көміртек, кальций, т.б.
Литосфера
Біздің күн жүйесінде барлық планеталардың қатты қабығы болмайды, бұл жағдайда Жер ерекшелік болып табылады. Литосфера – құрлықтың бір бөлігін құрайтын және мұхиттардың түбі қызметін атқаратын тау жыныстарының (қатты) үлкен массасы. Жердің бұл қабығының қалыңдығы 70-тен 250 километрге дейін, оның құрамы химиялық элементтердің (кремний, алюминий, темір, оттегі, магний, калий, натрий және т.б.) саны бойынша ең әртүрлі. барлық тірі организмдердің тіршілігі үшін қажет. Бұл геосфера тіршілік таралу қабатының ең кіші енімен сипатталады. Ең дамығаны - литосфераның бірнеше метрлік жоғарғы қабаты. Тереңдік артқан сайын қатты қабықтың температурасы мен тығыздығы артады, бұл жарықтың болмауымен бірге тірі организмдердің өмір сүруін мүмкін емес етеді.
Биосфера
Бұл геосфера Жердің барлық қабықшаларын (гидросфера, атмосфера және литосфера) оларда тірі заттың болуымен біріктіреді. Бүкіл адамзат үшін биосфераның рөлін асыра бағалау қиын, ол қоршаған орта және шығу көзі. Бұл зат пен энергияның алмасуына байланысты кез келген организмнің өмір сүру мүмкіндігін анықтайтын күрделі өзара байланыстар жүйесі. Органикалық және бейорганикалық қосылыстар арасында үнемі болатын айналым процесіне 40-тан астам химиялық элементтер қатысады. Негізгі энергия көзі – Күн. Жер жұлдыздан оңтайлы қашықтықта орналасқан және қорғаныспен жабдықталғанатмосфералық кедергі. Сондықтан тірі затпен қатар күн энергиясы биосфераның өмір сүруінің ең маңызды биохимиялық факторы болып табылады. Бірқатар факторлардың әсерінен жүріп жатқан процестер толық циклдік формаға ие болады, олар атмосфера, литосфера, гидросфера және тірі организмдер арасындағы зат айналымын қамтамасыз етеді.
Биосфера шекаралары
Биосфера қабықшасының ұзындығына талдау жасағанда оның біркелкі таралмағанын көруге болады. Төменгі шекара литосфера қабаттарында орналасқан, ол 4 км-ден төмен түспейді. Жер қыртысының жоғарғы қабаты – топырақ – тірі зат құрамының тығыздығы бойынша биосфераның ең қаныққан қабаты. Дүниежүзілік мұхит кеңістігін, өзендерді, көлдерді, батпақты жерлерді, мұздықтарды қамтитын гидросфера толығымен «тірі қабықтың» бөлігі болып табылады. Организмдердің ең жоғары концентрациясы су объектілерінің беткі және жағалаулық қабаттарында байқалады, бірақ тіршілік терең теңіз бассейндерінде, максималды тереңдікте 11 км-ден астам және түп шөгінділерде де бар. Биосфераның жоғарғы шекарасы жер бетінен 20 км қашықтықта орналасқан. Атмосфера «тірі қабатты» озон қалқанымен шектейді, оның үстінде организмдер қысқа толқынды ультракүлгін сәулелену арқылы жойылады. Осылайша, тірі материяның максималды концентрациясы литосфера мен атмосфераның шекарасында орналасқан.
Композиция
Биосфера туралы ілімді В. И. Вернадский жасады, ол сонымен бірге Жердің «тірі қабығының» қалыптасуы мен қызмет етуіндегі организмдердің шешуші рөлін анықтады. Бұрын басқа ғалымдар осындай қорытындыға келген, бірақ орыстабиғат зерттеушісі жалпы айналымға қатысатын бейорганикалық қосылыстардың құрылымында болуының қажеттілігін дәлелдей алды. Оның пікірінше, биосфера келесі құрамға ие:
- Тірі организмдер (биологиялық массасы, барлық түрлердің жиынтығы).
- Биогенді зат (тірі ағзалардың тіршілігі барысында түзілетін, оларды өңдеу өнімі).
- Инертті зат (тірі организмдердің қатысуынсыз түзілетін бейорганикалық қосылыстар).
- Био-инертті зат (тірі организмдер мен инертті заттар бірігіп түзілген).
- Ғарыштан шыққан зат.
- Шашыраған атомдар.
Болғандар тарихы
Миллиарддаған жылдар бұрын Жердің қатты қабығы литосфера пайда болды. Биосфера деп аталатын пайда болуының келесі кезеңі тектоникалық плиталарды жылжытатын, жанартаулардың атқылауын, жер сілкіністерін және т.б. тудырған геологиялық процестерге байланысты болды. Тұрақты геологиялық формалар қалыптасқаннан кейін тірі организмдердің пайда болуына кезек келді. Олар литосфераның қалыптасуы кезінде пайда болған әртүрлі биохимиялық элементтердің белсенді шығарындылары есебінен даму мүмкіндігіне ие болды. Тірі материя бірнеше миллион жыл бойы өмір сүруге қолайлы жағдайлар жасап келеді. Оның кезеңдік эволюциясына байланысты атмосфераның газдық құрамы қалыптасты. Күн энергиясының әсерінен органикалық және бейорганикалық қосылыстардың тұрақты әрекеттесуі тірі материяның бүкіл планетаға таралуына жәнесыртқы түрін айтарлықтай өзгертеді.
Эволюция
Жер бетіндегі алғашқы тірі организмдер гидросферада пайда болды, олардың құрлыққа біртіндеп шығуы біршама ұзақ уақытқа созылды. Биосфераның тағы бір қабықшасының – литосфераның дамуы озон қабатының түзілуіне себеп болды. Фотосинтез процесіне байланысты орасан зор биологиялық масса атмосферадан көмірқышқыл газын сіңіріп, оттегін бөлді. Бұл жағдайда тірі материя таусылмайтын дерлік энергия көзі – Күнді пайдаланады. Гидросфераның қалыңдығында органикалық заттар жетіспейтін аэробты организмдер құрлық бетіне шығып, энергия айналымына байланысты эволюция процесін айтарлықтай жеделдетті. Қазіргі уақытта Жердің «тірі қабығы» тұрақты тепе-теңдік күйінде, бірақ адамзат оған теріс әсер етуде. Жердің жаңа сферасы құрылуда - ноосфера, ол адам мен табиғаттың үйлесімді көмегін білдіреді, бірақ бұл зерттеу үшін жеке және өте қызықты тақырып. Биосфера биомассаның айтарлықтай төмендеуіне қарамастан жұмысын жалғастыруда, «тірі қабық» адам әрекетінен келтірілген зиянды өтеуге ұмтылады. Тарих көрсеткендей, бұл процесс айтарлықтай уақытты алуы мүмкін.
Биохимиялық функциялар
Биосфера құрылымындағы негізгі компонент – биомасса. Ол «тірі қабықтың» барлық биохимиялық қызметтерін орындайды, оның құрамын тепе-теңдік күйде сақтайды, заттар мен энергияның айналу процесін қамтамасыз етеді. Газ функциясы атмосфераның оңтайлы құрамын сақтайды. ОлОл оттегін бөліп, көмірқышқыл газын сіңіретін өсімдіктердің фотосинтезі арқылы жүзеге асады. Тірі организмдер дем шығару және ыдырау кезінде CO2 шығарады. Газ алмасу үнемі жүреді, оған бейорганикалық қосылыстар химиялық реакциялардың өтуі кезінде қатысады. Энергетикалық функция сыртқы көздің – күн сәулесінің биомассасын (өсімдіктерін) ассимиляциялау және түрлендіруден тұрады. Концентрация функциясы қоректік заттардың жинақталуын қамтамасыз етеді. Тіршілік процесінде барлық организмдер биохимиялық элементтердің қажетті деңгейін жинақтайды, олар өлгеннен кейін органикалық және бейорганикалық қосылыстар түрінде биосфераға қайтады. Тотығу-тотықсыздану функциясы биохимиялық реакция болып табылады. Ол тірі организмнің тіршілігі кезінде пайда болады және заттар айналымының қажетті буыны болып табылады.
Биомасса
Барлық тірі организмдер жер шарларында біркелкі таралмаған. Биомассаның ең жоғары концентрациясы планетаның геосфераларының түйіскен жерлерінде байқалады. Бұл оңтайлы өмір сүру жағдайларының (температура, ылғалдылық, қысым, биохимиялық қосылыстардың болуы) қалыптасуына байланысты болады. Биомассаның құрамы да бір типке жатпайды. Құрлықта өсімдіктер артықшылыққа ие болса, гидросферада жануарлар тірі материяның негізін құрайды. Биомассаның тығыздығы географиялық жағдайға, литосферадағы мекендеу тереңдігіне және атмосферадағы биіктікке байланысты. Өсімдіктер мен жануарлар түрлерінің саны өте көп, бірақ барлық организмдердің тіршілік ету ортасы биосфера болып табылады. Биология, жеке ғылым ретінде, негізіненонда болып жатқан барлық процестерді түсіндіреді. Бұл биомассаның барлық түрлерінің пайда болуы, көбеюі, миграциясы.
Биосфераның ерекшеліктері
Жердің «тірі қабығының» маңызы мен ауқымы оны жаратылыстану ғалымдарының жаңа буындарының үздіксіз зерттеуін қамтамасыз етеді. Жүйе өзінің тұтастығымен, қарқынды дамуымен, тепе-теңдігімен ерекше. Оның негізгі және ең таңғаларлық қасиеті ретінде төзімділік пен қалпына келтіру қабілетін бөліп көрсетуге болады. Планетаның тірі қабықшасы ретінде биосфера өмір сүрген кездегі апаттардың саны өте көп. Олар биомассаның көп бөлігінің жойылуына әкелді, планетаның сыртқы түрін айтарлықтай өзгертті, оның бетінде және ядросында болып жатқан процестерді түзетті. Бірақ әрбір соққыдан кейін биосфера теріс әсерге бейімделіп немесе оны басатын өзгертілген түрде қалпына келтірілді. Сондықтан жер биосферасы табиғатта болып жатқан барлық процестерді өз бетінше реттей алатын тірі организм.
Даму перспективалары
Бастауыш мектептегі әрбір қазіргі бала табиғат тарихы (3-сынып) сияқты пәнді оқиды. Бұл сабақтарда олар кішкентай адамға айналаның не екенін және оның қандай ережелерге сәйкес өмір сүретінін түсіндіреді. Мүмкін, бағдарламаны аздап өзгертіп, балаларды табиғатты құрметтеуге және сүюге үйреткен жөн шығар, сонда адамзат жаңа геосфера жасай алады. Биосфера туралы ғасырлар бойы жинақталған барлық білім оны одан әрі дамыту үшін қолданылуы керек, бұл табиғат пен адамның бірлігін білдіреді. Жасалған нәрсені түзетуге кеш болмай тұрыпқоршаған ортаға зиян тигізу үшін адамдар Жердің «тірі қабықшасы» өздігінен қалпына келе алатынын, бірақ сонымен бірге оның тұтастығы мен үйлесімділігіне тұрақты зиян келтіретін объектіні жоя алатынын ойлауы керек.
