Alle levende wezens van planeet Aarde komen in nauw contact met elkaar en met de omgeving en vormen zo ecosystemen. Deze gemeenschappen van op elkaar inwerkende organismen staan niet geïsoleerd van elkaar. Ze zijn met elkaar verbonden door verschillende relaties, voornamelijk voedsel. Het geheel van ecosystemen vormt een enkel planetair ecosysteem, dat de biosfeer wordt genoemd. Dit artikel gaat in op de structuur van de biosfeer, de samenstelling en de belangrijkste functies.
Wetenschap
Dit concept werd voor het eerst in de wetenschap geïntroduceerd door J. B. Lamarck in 1803 en betekende de totaliteit van alle levende organismen op de planeet Aarde. Aan het einde van de negentiende eeuw werd de term 'biosfeer' gebruikt door J. Zuse, die de levenloze materie van sedimentair gesteente in de structuur van de biosfeer opnam. De doctrine van de biosfeer verscheen in 1926, toen V. I. Vernadsky op de een of andere manier een enorme hoeveelheid wetenschappelijke informatie samenvatteillustreert de relatie tussen levende en niet-levende materie. De wetenschapper kon aantonen dat onze planeet niet alleen wordt bewoond door levende organismen, maar ook actief door hen wordt getransformeerd. Bovendien is volgens Vernadsky menselijk ingrijpen in natuurlijke processen zo belangrijk dat men kan spreken van de noösfeer - een nieuwe fase in de ontwikkeling van de biosfeer. Tegenwoordig combineert de wetenschap van de biosfeer gegevens uit verschillende kennisgebieden. Onder hen zijn biologie, scheikunde, geologie, klimatologie, oceanologie, bodemkunde en andere.
De structuur van de biosfeer is zodanig dat levende organismen zelfstandig de noodzakelijke samenstelling van de bodem, atmosfeer en hydrosfeer kunnen handhaven. Ze spelen een belangrijke milieurol. Op basis hiervan veronderstelden wetenschappers dat bodem en lucht werden gecreëerd door levende organismen zelf gedurende honderden miljoenen jaren van evolutie. Na de overeenkomsten in de structuur van geologische rotsen die dieper liggen dan het Cambrium, met latere rotsen, te hebben bestudeerd, suggereerde Vernadsky dat het leven op de planeet bijna vanaf het begin bestond in de vorm van de eenvoudigste organismen. Later bewezen geologen de misvatting van deze hypothese.
Aangezien de zon de energiebasis is voor het bestaan van al het leven op aarde, kan de biosfeer worden beschouwd als een schil, waarvan de structuur en samenstelling worden gevormd door de gezamenlijke activiteit van levende organismen en worden bepaald door de instroom van zonne-energie. Laten we nu kennis maken met de structuur van de biosfeer van de aarde.
Levend en niet-levend
Ten eerste rekening houdend met de samenstelling en structuur van de biosfeerhet is vermeldenswaard dat het bestaat uit levende en niet-levende materie (inerte materie). Het grootste deel van de levende organismen is geconcentreerd in drie geologische schillen van de aarde: de atmosfeer (luchtlaag), hydrosfeer (oceanen, zeeën, enzovoort) en lithosfeer (toplaag van gesteente). Deze schelpen zijn echter ongelijk verdeeld in het grootste ecosysteem. Zo is de hydrosfeer volledig vertegenwoordigd in de structuur van de biosfeer, terwijl de lithosfeer en atmosfeer gedeeltelijk vertegenwoordigd zijn (respectievelijk bovenste en onderste lagen).
De niet-levende component van de biosfeer bestaat uit:
- Biogene stof, een product van vitale activiteit van levende organismen. Het omvat: kolen, olie, turf, natuurlijke kalksteen, gas, enz.
- Bioinerte stof, een gezamenlijk resultaat van de vitale activiteit van organismen en niet-biologische processen. Dit omvat: grond, slib, waterreservoirs enzovoort.
- Inerte stof, die deel uitmaakt van de biologische cyclus, maar geen product is van de vitale activiteit van levende organismen. Deze groep omvat: water, metaalzouten, atmosferische stikstof, enz.
Grenzen van de biosfeer
Begrippen als de samenstelling, structuur en grenzen van de biosfeer zijn nauw met elkaar verbonden. Ondanks het feit dat bacteriën en sporen zijn gevonden op hoogtes tot 85 kilometer, wordt aangenomen dat de bovengrens van de biosfeer 20-25 km is. Op grote hoogte is de concentratie van levende materie verwaarloosbaar door de sterke invloed van zonnestraling.
In de hydrosfeer is overal leven aanwezig. En zelfs in de Marianentrog, waarvan de diepte 11 km is, heeft de wetenschapperuit Frankrijk observeerde J. Picard niet alleen ongewervelde dieren, maar ook vissen. Bacteriën, algen, foraminiferen en schaaldieren leven onder meer dan 400 meter Antarctisch ijs. Bacteriën bevinden zich onder een kilometer laag slib en in grondwater. Niettemin wordt de grootste concentratie van levende wezens waargenomen op een diepte tot 3 km. De grenzen en structuur van de biosfeer in verschillende delen van de planeet kunnen dus verschillen.
Atmosfeer, lithosfeer en hydrosfeer
De atmosfeer bestaat voornamelijk uit zuurstof en stikstof. Het bevat kleine hoeveelheden argon, koolstofdioxide en ozon. Het leven van zowel land- als waterdieren hangt af van de toestand van de atmosfeer. Zuurstof is nodig voor de ademhaling van levende organismen en de mineralisatie van stervende organische stoffen. Welnu, koolstofdioxide wordt door planten gebruikt voor fotosynthese.
De lithosfeer heeft een dikte van 50 tot 200 km, maar het grootste aantal soorten levende organismen is geconcentreerd in de bovenste laag van enkele tientallen centimeters dik. De verspreiding van leven tot diep in de lithosfeer is beperkt door een aantal factoren, waarvan de belangrijkste zijn: gebrek aan licht, hoge dichtheid van het medium en hoge temperatuur. De ondergrens van de verspreiding van het leven in de lithosfeer is dus een diepte van 3 km, waarop sommige soorten bacteriën werden gevonden. In alle eerlijkheid moet worden opgemerkt dat ze niet in de grond leefden, maar in grondwater- en oliehorizonten. De waarde van de lithosfeer ligt in het feit dat het leven geeft aan planten en ze voedt met alle noodzakelijke stoffen.
Hydrosfeeris een essentieel onderdeel van de biosfeer. Ongeveer 90% van de watervoorziening v alt op de Wereldoceaan, die 70% van het aardoppervlak beslaat. Het bevat 1,3 miljard km3, en rivieren en meren bevatten 0,2 miljoen km3 water. De belangrijkste factor in de vitale activiteit van het organisme is het geh alte aan zuurstof en koolstofdioxide in water.
Fascinerende nummers
De samenstelling, structuur en functies van de biosfeer verrassen met hun schaal. We zullen nu enkele interessante feiten leren kennen. Water bevat 660 keer meer koolstofdioxide dan lucht. Op het land heerst de diversiteit van de plantenwereld, en in de zee - de dierenwereld. 92 procent van alle biomassa op het land is groene planten. In de oceaan bestaat 94% uit micro-organismen en dieren.
Gemiddeld wordt eens in de acht jaar de biomassa van de aarde vernieuwd. Hier hebben landplanten 14 jaar voor nodig, oceaanplanten 33 dagen. Het zal 3000 jaar duren voordat al het water van de wereld door levende organismen gaat, zuurstof - tot 5000 jaar, en kooldioxide - 6 jaar. Voor stikstof, koolstof en fosfor zijn deze cycli zelfs nog langer. De biologische cyclus is niet gesloten - ongeveer 10% van de levende materie komt terecht in sedimentaire afzettingen en begravingen.
De biosfeer is goed voor slechts 0,05% van de massa van onze planeet. Het beslaat ongeveer 0,4% van het volume van de aarde. De massa van levende wezens is slechts 0,01-0,02% van de massa van inerte materie, maar ze spelen een zeer belangrijke rol in geochemische processen.
200 miljard ton organisch droog gewicht wordt jaarlijks geproduceerd, en inFotosynthese absorbeert 170 miljard ton koolstofdioxide. In het proces van vitale activiteit van micro-organismen zijn elk jaar 6 miljard ton stikstof en 2 miljard ton fosfor, evenals een enorme hoeveelheid ijzer, magnesium, zwavel, calcium en andere elementen betrokken bij de biogene cyclus. Gedurende deze tijd produceert de mensheid ongeveer 100 miljard ton mineralen.
In de loop van hun leven leveren organismen een belangrijke bijdrage aan de circulatie van stoffen, het stabiliseren en transformeren van de biosfeer, waarvan de eigenschappen en structuur doen denken aan de aanwezigheid van hogere machten.
Energiefunctie
Laten we, nadat we kennis hebben gemaakt met de structuur en samenstelling van de biosfeer, verder gaan met de functies ervan. Laten we beginnen met energie. Zoals je weet, absorberen planten zonnestraling en verzadigen ze de biosfeer met vitale energie. Ongeveer 10% van het opgevangen licht wordt door producenten gebruikt voor hun behoeften (voornamelijk voor cellulaire ademhaling). Al het andere wordt via voedselketens verspreid over alle ecosystemen van de biosfeer. Een deel van de energie wordt bewaard in de ingewanden van de aarde en verzadigt ze met zijn kracht (steenkool, olie, enz.).
Zelfs als we de functies en structuur van de biosfeer kort beschouwen, onderscheiden ze altijd de redoxfunctie als een ondersoort van energie. Als producenten kunnen chemosynthetische bacteriën energie halen uit de reacties van oxidatie en reductie van anorganische verbindingen. Tijdens het proces van waterstofsulfide-oxidatie voeden zwavelbacteriën zich met energie en ijzer (van 2-valent tot 3-valent) - ijzerbacteriën. Nitrificerend zit ook niet zonderzaken. Ze oxideren ammoniumverbindingen tot nitraten en nitrieten. Daarom bemesten boeren hun velden met ammoniumverbindingen, die de planten niet zelf opnemen. Bij directe bemesting van de grond met nitraten zijn de opslagweefsels van planten oververzadigd met water, wat leidt tot een verslechtering van hun smaak en een verhoogd risico op spijsverteringsziekten bij degenen die ze eten.
Omgevingsvormende functie
Levende organismen vormen de bodem en regelen ook de samenstelling van de lucht- en waterschillen van de aarde. Als er geen fotosynthese op de planeet zou bestaan, zou de toevoer van zuurstof in de lucht in 2000 jaar zijn opgebruikt. Bovendien zouden letterlijk in een eeuw, als gevolg van een toename van de concentratie van koolstofdioxide in de lucht, organismen beginnen te sterven. Op één dag kan een bos tot 25% koolstofdioxide opnemen uit een luchtlaag van 50 meter lang. Een middelgrote boom kan vier personen van zuurstof voorzien. Een hectare loofbos, gelegen nabij de stad, houdt jaarlijks ongeveer 100 ton stof vast. Het Baikalmeer, dat bekend staat om zijn kristalhelderheid, is zo dankzij kleine kreeftachtigen die het drie keer per jaar "filteren". En dit zijn slechts enkele voorbeelden van hoe levende organismen de samenstelling van stoffen in de biosfeer regelen.
Concentratiefunctie
Levende wezens, en vooral micro-organismen, zijn in staat om veel chemische elementen in de biosfeer te concentreren. Bijna 90% bodemstikstofzijn het resultaat van de activiteit van blauwalgen. Bacteriën kunnen ijzer concentreren (bijvoorbeeld door in water oplosbaar bicarbonaat te oxideren tot hydroxide dat in hun omgeving wordt afgezet), mangaan en zelfs zilver. Deze verbazingwekkende eigenschap stelde wetenschappers in staat te geloven dat het dankzij micro-organismen is dat er zoveel metaalafzettingen op aarde zijn.
In sommige landen worden elementen zoals germanium en selenium uit planten gewonnen. Fucus-algen kunnen 10.000 keer meer titanium ophopen dan in het omringende zeewater. Elke ton bruine algen bevat enkele kilo's jodium. Australische eik verzamelt aluminium, grenen - beryllium, berk - barium en strontium, lariks - niobium en mangaan, en thorium is geconcentreerd in esp, vogelkers en spar. Bovendien "verzamelen" sommige planten zelfs edele metalen. Dus in 1 ton alsemas kan tot 85 gram goud zitten!
Destructieve functie
De chemische structuur van de biosfeer van de aarde en haar omgeving omvat niet alleen creatieve, maar ook destructieve processen. Ze spelen echter ook een grote rol bij de regulering van stoffen op de planeet. Met het actieve leven van levende organismen treden de mineralisatie van organische resten en de verwering van gesteenten op. Bacteriën, schimmels, blauwgroene algen en korstmossen kunnen harde rotsen afbreken door koolzuur, salpeterzuur en zwavelzuur vrij te geven. Bijtende verbindingen maken ook boomwortels vrij. Er zijn bacteriën die zelfs glas en goud kunnen vernietigen.
Vervoerfunctie
Gezien de structuur enfuncties van de biosfeer, kan men de massaoverdracht van materie niet uit het oog verliezen. Een boom brengt water van de aarde naar de atmosfeer, een mol gooit de aarde omhoog, een vis zwemt tegen de stroom in, een zwerm sprinkhanen migreert - dit alles is een manifestatie van de transportfunctie van de biosfeer.
Levende materie kan enorm geologisch werk doen, een nieuw beeld van de biosfeer vormen en actief deelnemen aan al zijn processen.
Afzonderlijk is het vermeldenswaard het proces van vorming van sedimentair gesteente. De eerste fase van dit proces is verwering - de vernietiging van de bovenste lagen van de lithosfeer onder invloed van lucht, zon, water en micro-organismen. De wortels van planten kunnen de rots binnendringen en deze vernietigen. Het water dat in de door de wortels gevormde scheuren sijpelt, lost op en voert de substantie af. Dit komt door de bijtende componenten van de plant. Korstmossen komen vooral veel voor in organische zuren. Dus fysieke verwering treedt op samen met chemische verwering.
Door de dood van planktonorganismen wordt jaarlijks tot 100 miljoen ton kalksteen afgezet op de bodem van de oceanen. Velen van hen zijn van chemische oorsprong, bijvoorbeeld op het gebied van contact tussen zuur en alkalisch grondwater. Met het afsterven van eencellige algen en radiolariërs worden siliciumhoudende slibs gevormd die honderdduizenden km2 van de zeebodem bedekken.
Bodemvormende functie
De eigenschappen en structuur van de biosfeer zijn zo uitgebreid dat al zijn functies nauw met elkaar verbonden zijn. Bodemvorming is dus een van de takken van massa-uitwisselingen milieuvorming, maar wordt vanwege het belang ervan afzonderlijk beschouwd. Tijdens de vernietiging en verdere verwerking van gesteenten door micro-organismen wordt een losse, vruchtbare schil van de aarde gevormd, de zogenaamde bodem. De wortels van grote planten halen minerale elementen uit diepe horizonten, verrijken daarmee de bovenste lagen van de bodem en verhogen hun vruchtbaarheid. De bodem ontvangt organische verbindingen van de dode wortels en stengels van planten, evenals de uitwerpselen en karkassen van dieren. Deze verbindingen zijn voedsel voor bodemorganismen die organisch materiaal mineraliseren en daarbij koolstofdioxide, organische zuren en ammoniak produceren.
Ongewervelde dieren, insecten en hun larven spelen de belangrijkste structuurvormende rol. Ze maken de grond los en geschikt voor planten. Gewervelde dieren (mollen, spitsmuizen en anderen) maken de aarde los en dragen bij aan de succesvolle groei van struiken erin. 'S Nachts dringt gekoelde perslucht de grond binnen, wat nodig is voor de ademhaling van wortels en micro-organismen.
Zo'n verbazingwekkende structuur van de biosfeer.
