Dünya gezegenindeki tüm canlılar birbirleriyle ve çevreyle yakın temasa geçerek ekosistemleri oluşturur. Etkileşen organizmaların bu toplulukları birbirinden izole değildir. Başta gıda olmak üzere çeşitli ilişkilerle birbirine bağlanırlar. Ekosistemlerin toplamı, biyosfer adı verilen tek bir gezegen ekosistemi oluşturur. Bu makale biyosferin yapısını, bileşimini ve ana işlevlerini ele alacaktır.
Bilim
Bu kavram bilime ilk kez 1803'te J. B. Lamarck tarafından tanıtıldı ve Dünya gezegenindeki tüm canlı organizmaların toplamı anlamına geliyordu. On dokuzuncu yüzyılın sonunda, "biyosfer" terimi, cansız tortul kayaçları biyosferin yapısına dahil eden J. Zuse tarafından kullanıldı. Biyosfer doktrini, 1926'da V. I. Vernadsky'nin öyle ya da böyle büyük miktarda bilimsel bilgiyi özetlediği zaman ortaya çıktı.canlı ve cansız madde arasındaki ilişkiyi gösteren resim. Bilim adamı, gezegenimizin yalnızca canlı organizmaların yaşadığını değil, aynı zamanda onlar tarafından aktif olarak dönüştürüldüğünü gösterebildi. Ayrıca Vernadsky'ye göre, doğal süreçlere insan müdahalesi o kadar önemlidir ki, biyosferin gelişiminde yeni bir aşama olan noosferden bahsetmek mümkündür. Bugün, biyosfer bilimi, farklı bilgi alanlarından gelen verileri birleştiriyor. Bunların arasında biyoloji, kimya, jeoloji, klimatoloji, oşinoloji, toprak bilimi ve diğerleri yer alır.
Biyosferin yapısı, canlı organizmaların toprak, atmosfer ve hidrosferin gerekli bileşimini bağımsız olarak koruyabileceği şekildedir. Önemli bir çevresel rol oynarlar. Buna dayanarak, bilim adamları, toprağın ve havanın, yüz milyonlarca yıllık evrim boyunca canlı organizmaların kendileri tarafından yaratıldığını varsaydılar. Vernadsky, Kambriyen'den daha derinde bulunan jeolojik kayaların yapısındaki benzerlikleri sonraki kayaçlarla inceleyen Vernadsky, gezegendeki yaşamın neredeyse en başından beri en basit organizmalar şeklinde var olduğunu öne sürdü. Daha sonra jeologlar bu hipotezin yanlış olduğunu kanıtladılar.
Güneş, Dünya'daki tüm yaşamın varlığının enerji temeli olduğundan, biyosfer, yapısı ve bileşimi canlı organizmaların ortak aktivitesi nedeniyle oluşan ve aşağıdakiler tarafından belirlenen bir kabuk olarak kabul edilebilir. güneş enerjisi akışı. Şimdi Dünya'nın biyosferinin yapısını tanıyalım.
Canlı ve cansız
Öncelikle biyosferin bileşimini ve yapısını göz önünde bulundurarakcanlı ve cansız maddeden (inert madde) oluştuğunu belirtmekte fayda var. Canlı organizmaların büyük bir kısmı Dünya'nın üç jeolojik kabuğunda yoğunlaşmıştır: atmosfer (hava tabakası), hidrosfer (okyanuslar, denizler vb.) ve litosfer (kayaların üst tabakası). Bununla birlikte, bu kabuklar en büyük ekosistemde eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Böylece, hidrosfer biyosferin yapısında tam olarak temsil edilirken, litosfer ve atmosfer kısmen temsil edilir (sırasıyla üst ve alt katmanlar).
Biyosferin cansız bileşeni şunlardan oluşur:
- Canlı organizmaların hayati aktivitesinin bir ürünü olan biyojenik madde. Şunları içerir: kömür, petrol, turba, doğal kireçtaşı, gaz vb.
- Organizmaların ve biyolojik olmayan süreçlerin yaşamsal faaliyetlerinin ortak bir sonucu olan biyoinert madde. Buna şunlar dahildir: toprak, silt, su rezervuarları vb.
- Biyolojik döngüye dahil olan ancak canlı organizmaların hayati aktivitesinin bir ürünü olmayan inert madde. Bu grup şunları içerir: su, metal tuzları, atmosferik nitrojen vb.
Biyosferin sınırları
Biyosferin bileşimi, yapısı ve sınırları gibi kavramlar birbiriyle yakından ilişkilidir. 85 kilometreye kadar irtifalarda bakteri ve sporlar bulunmasına rağmen, biyosferin üst sınırının 20-25 km olduğuna inanılmaktadır. Yüksek rakımlarda, güneş ışınımının güçlü etkisi nedeniyle canlı madde konsantrasyonu ihmal edilebilir düzeydedir.
Hidrosferde yaşam her yerde mevcuttur. Ve derinliği 11 km olan Mariana Çukuru'nda bile, bilim adamıFransa'dan J. Picard sadece omurgasızları değil, balıkları da gözlemledi. Bakteriler, algler, foraminiferler ve kabuklular 400 metreden fazla Antarktika buzunun altında yaşar. Bakteriler, bir kilometrelik silt tabakasının altında ve yer altı sularında bulunur. Bununla birlikte, en büyük canlı konsantrasyonu 3 km'ye kadar derinlikte gözlenir. Bu nedenle gezegenin farklı bölgelerindeki biyosferin sınırları ve yapısı farklı olabilir.
Atmosfer, litosfer ve hidrosfer
Atmosfer esas olarak oksijen ve azottan oluşur. Az miktarda argon, karbondioksit ve ozon içerir. Hem kara hem de su canlılarının yaşamı atmosferin durumuna bağlıdır. Oksijen, canlı organizmaların solunumu ve ölmekte olan organik maddelerin mineralizasyonu için gereklidir. Karbondioksit bitkiler tarafından fotosentez için kullanılır.
Litosfer 50 ila 200 km kalınlığa sahiptir, ancak canlı organizma türlerinin ana sayısı, birkaç on santimetre kalınlığında üst katmanında yoğunlaşmıştır. Yaşamın litosferin derinliklerine yayılması, başlıcaları: ışık eksikliği, ortamın yüksek yoğunluğu ve yüksek sıcaklık olan bir dizi faktör nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle, litosferdeki yaşamın dağılımının alt sınırı, bazı bakteri türlerinin bulunduğu 3 km'lik bir derinliktir. Adil olmak gerekirse, toprakta değil, yer altı suyu ve petrol ufuklarında yaşadıklarına dikkat edilmelidir. Litosferin değeri, bitkilere hayat vermesi ve onları gerekli tüm maddelerle beslemesidir.
Hidrosferbiyosferin önemli bir bileşenidir. Su kaynağının yaklaşık %90'ı, gezegen yüzeyinin %70'ini kaplayan Dünya Okyanusu'na düşüyor. 1,3 milyar km3 içerir ve nehirler ve göller 0,2 milyon km3 su içerir. Organizmanın hayati aktivitesinde en önemli faktör sudaki oksijen ve karbondioksit içeriğidir.
Büyüleyici sayılar
Biyosferin bileşimi, yapısı ve işlevleri ölçekleriyle şaşırtıyor. Şimdi bazı ilginç gerçekleri öğreneceğiz. Su, havadan 660 kat daha fazla karbondioksit içerir. Karada, bitki dünyasının çeşitliliği hakimdir ve denizde - hayvan dünyası. Karadaki tüm biyokütlenin yüzde 92'si yeşil bitkilerdir. Okyanusların %94'ü mikroorganizmalar ve hayvanlardır.
Ortalama olarak, her sekiz yılda bir Dünya'nın biyokütlesi yenilenir. Bunun için kara bitkileri 14 yıla, okyanus bitkileri - 33 güne ihtiyaç duyar. Dünyadaki tüm suların canlı organizmalardan geçmesi 3000 yıl, oksijen - 5000 yıl ve karbondioksit - 6 yıl alacaktır. Azot, karbon ve fosfor için bu döngüler daha da uzundur. Biyolojik döngü kapalı değildir - canlı maddenin yaklaşık %10'u tortul tortulara ve mezarlara geçer.
Biyosfer gezegenimizin kütlesinin yalnızca %0,05'ini oluşturur. Dünya'nın hacminin yaklaşık %0.4'ünü kaplar. Canlıların kütlesi, inert maddenin kütlesinin sadece %0.01-0.02'si kadardır, ancak bunlar jeokimyasal süreçlerde çok önemli bir rol oynarlar.
200 milyar ton organik kuru ağırlık yıllık üretiliyor veFotosentez 170 milyar ton karbondioksiti emer. Mikroorganizmaların hayati aktivitesi sürecinde, her yıl biyojenik döngüye 6 milyar ton azot ve 2 milyar ton fosfor ile çok miktarda demir, magnezyum, kükürt, kalsiyum ve diğer elementler katılmaktadır. Bu süre zarfında insanlık yaklaşık 100 milyar ton mineral üretiyor.
Yaşamları boyunca, organizmalar, özellikleri ve yapısı insanı daha yüksek güçlerin varlığı hakkında düşündüren biyosferi stabilize ederek ve dönüştürerek maddelerin dolaşımına önemli bir katkı sağlar.
Enerji fonksiyonu
Biyosferin yapısını ve bileşimini tanıdıktan sonra, işlevlerine geçelim. Enerji ile başlayalım. Bildiğiniz gibi, bitkiler güneş radyasyonunu emer ve biyosferi hayati enerji ile doyurur. Yakalanan ışığın yaklaşık %10'u üreticiler tarafından ihtiyaçları için kullanılır (esas olarak hücresel solunum için). Diğer her şey, biyosferin tüm ekosistemleri boyunca besin zincirleri aracılığıyla dağıtılır. Enerjinin bir kısmı dünyanın bağırsaklarında korunur ve onları gücüyle (kömür, petrol vb.) doyurur.
Biyosferin işlevleri ve yapısı kısaca göz önüne alındığında bile, redoks işlevini her zaman bir enerji alt türü olarak seçerler. Üretici olan kemosentetik bakteriler, inorganik bileşiklerin oksidasyonu ve indirgenmesi reaksiyonlarından enerji elde edebilir. Hidrojen sülfür oksidasyonu sürecinde, kükürt bakterileri enerji ile beslenir ve demir (2 değerlikli ila 3 değerlikli) - demir bakterileri. Nitrifikasyon da onsuz oturmazişler. Amonyum bileşiklerini nitratlara ve nitritlere oksitlerler. Bu nedenle çiftçiler, tarlalarını, bitkiler tarafından kendi başlarına emilmeyen amonyum bileşikleri ile gübrelerler. Toprağı doğrudan nitratlarla gübrelerken, bitkilerin depo dokuları suyla aşırı doygun hale gelir ve bu da tatlarının bozulmasına ve onları yiyenlerde sindirim sistemi hastalıkları riskinin artmasına neden olur.
Çevre oluşturma işlevi
Canlı organizmalar toprağı oluşturur ve ayrıca dünyanın hava ve su kabuklarının bileşimini düzenler. Gezegende fotosentez olmasaydı, 2000 yıl içinde atmosferik oksijen kaynağı tükenirdi. Ek olarak, kelimenin tam anlamıyla bir yüzyılda, havadaki karbondioksit konsantrasyonundaki artış nedeniyle organizmalar ölmeye başlayacaktı. Bir orman, 50 metrelik bir hava tabakasından bir günde %25'e kadar karbondioksit emebilir. Orta boy bir ağaç dört kişiye oksijen sağlayabilir. Şehrin yakınında bulunan bir hektarlık yaprak döken orman, yılda yaklaşık 100 ton toz tutar. Kristal berraklığı ile ünlü Baykal Gölü, yılda üç kez “filtreleyen” küçük kabuklular sayesinde bu kadar. Bunlar, canlı organizmaların biyosferdeki maddelerin bileşimini nasıl düzenlediğine dair sadece birkaç örnek.
Konsantrasyon işlevi
Canlılar ve özellikle mikroorganizmalar, biyosferde bulunan birçok kimyasal elementi konsantre edebilmektedir. Neredeyse %90 toprak azotumavi-yeşil alglerin aktivitesinin sonucudur. Bakteriler demiri (örneğin suda çözünür bikarbonatı çevrelerinde biriken hidroksite oksitleyerek), manganezi ve hatta gümüşü konsantre edebilir. Bu şaşırtıcı özellik, bilim adamlarının yeryüzünde bu kadar çok metal birikintisi olmasının mikroorganizmalar sayesinde olduğuna inanmalarını sağladı.
Bazı ülkelerde germanyum ve selenyum gibi elementler bitkilerden elde edilir. Fukus algleri, çevreleyen deniz suyunda bulunandan 10.000 kat daha fazla titanyum biriktirebilir. Her bir ton kahverengi alg, birkaç kilogram iyot içerir. Avustralya meşesi alüminyum, çam - berilyum, huş - baryum ve stronsiyum, karaçam - niyobyum ve manganez biriktirir ve toryum titrek kavak, kuş kirazı ve köknarda yoğunlaşır. Ek olarak, bazı bitkiler değerli metalleri bile "toplar". Yani 1 ton pelin külünde 85 grama kadar altın olabilir!
Yıkıcı işlev
Dünya'nın biyosferinin ve çevresinin kimyasal yapısı sadece yaratıcı değil, aynı zamanda yıkıcı süreçleri de içerir. Bununla birlikte, gezegendeki maddelerin düzenlenmesinde de büyük rol oynarlar. Canlı organizmaların aktif yaşamı ile organik kalıntıların mineralleşmesi ve kayaların aşınması meydana gelir. Bakteriler, mantarlar, mavi-yeşil algler ve likenler, karbonik, nitröz ve sülfürik asitler salarak sert kayaları parçalayabilir. Aşındırıcı bileşikler ayrıca ağaç köklerini serbest bırakır. Camı ve altını bile yok edebilen bakteriler var.
Taşıma işlevi
Yapıyı veBiyosferin işlevleri, maddenin kütle aktarımı gözden kaçırılamaz. Bir ağaç, yerden atmosfere su yükseltir, bir köstebek dünyayı yukarı fırlatır, bir balık akıntıya karşı yüzer, bir çekirge sürüsü göç eder - tüm bunlar biyosferin taşıma işlevinin bir tezahürüdür.
Canlı madde, biyosferin yeni bir görüntüsünü oluşturarak ve tüm süreçlerine aktif olarak katılarak muazzam jeolojik işler yapabilir.
Ayrı olarak tortul kayaçların oluşum sürecini de belirtmekte fayda var. Bu sürecin ilk aşaması yıpranmadır - hava, güneş, su ve mikroorganizmaların etkisi altında litosferin üst katmanlarının yok edilmesi. Kayaya izinsiz giren bitkilerin kökleri onu yok edebilir. Köklerin oluşturduğu çatlaklara sızan su, maddeyi çözerek uzaklaştırır. Bu, bitkinin aşındırıcı bileşenlerinden kaynaklanmaktadır. Likenler özellikle organik asitlerde bol miktarda bulunur. Böylece, kimyasal ayrışma ile birlikte fiziksel ayrışma meydana gelir.
Plankton organizmalarının ölümü nedeniyle, dünya okyanuslarının dibinde her yıl 100 milyon tona kadar kireçtaşı birikir. Birçoğu, örneğin asidik ve alkali yer altı suları arasındaki temas alanında bulunan kimyasal kökenlidir. Tek hücreli alglerin ve radyolaryalıların ölümüyle birlikte, deniz tabanının yüz binlerce kilometresini2 kaplayan silikon içeren siltler oluşur.
Toprak oluşturma işlevi
Biyosferin özellikleri ve yapısı o kadar kapsamlıdır ki, tüm işlevleri birbiriyle yakından ilişkilidir. Bu nedenle, toprak oluşumu kütle değişiminin dallarından biridir.ve çevresel oluşum, ancak önemi nedeniyle ayrı ayrı değerlendirilir. Kayaların mikroorganizmalar tarafından yok edilmesi ve daha fazla işlenmesi sırasında, toprak adı verilen gevşek, verimli bir toprak kabuğu oluşur. Büyük bitkilerin kökleri, derin ufuklardan mineral elementleri çıkarır, toprağın üst katmanlarını onlarla zenginleştirir ve verimliliklerini arttırır. Toprak, bitkilerin ölü köklerinden ve gövdelerinden, ayrıca hayvanların dışkı ve leşlerinden organik bileşikler alır. Bu bileşikler, organik maddeyi mineralize ederek karbondioksit, organik asitler ve amonyak üreten toprak organizmaları için besindir.
Omurgasızlar, böcekler ve bunların larvaları yapı oluşturan en önemli rolü oynar. Toprağı gevşek ve bitki yaşamına uygun hale getirirler. Omurgalı hayvanlar (köstebekler, sivri fareler ve diğerleri) toprağı gevşetir ve içindeki çalıların başarılı bir şekilde büyümesine katkıda bulunur. Geceleri, köklerin ve mikroorganizmaların solunumu için gerekli olan soğutulmuş basınçlı hava toprağa nüfuz eder.
Biyosferin inanılmaz bir yapısı.
