ОСНОВИ ВЧЕННЯ ПРО БІОСФЕРУ

Найбільш значущим природним комплексом, від якого в визначальною мірою залежить все стан навколишнього середовища людини, є біосфера. Дане поняття введено в науковий обіг австрійським геологом Е. Зюссом в 1875 р Значний внесок у розвиток теорії біосфери внесли праці Ж.Б. Ламарка, А. Гумбольдта, В. Пфеффера, Е. Вармінга, В. Докучаєва, С. Сукачова. Загальне вчення про біосферу створено в 20-30 ГТ. XX ст. В. Вернадським.

Біосфера буквально означає «сфера життя». Біосфера - оболонка Зеліі, структура і енергетика якої визначається сукупною діяльністю всіх живих організмів, що взаємодіють з неорганічної середовищем і перетворюють її в напрямок жизнепригодности

Основні характеристики біосфери.

• 1. Вергікальние кордону біосфери визначаються наявністю умов, необхідних для життя організмів. Шар найбільш активного життя, або власне біосфера, розташований по вертикалі в просторі протяжністю близько 20-25 км. Верхня межа активного життя біосфери обмежений межами інтенсивної концентрації згубних для життя ультрафіолетових променів, природним щитом від яких виступає озоновий шар, максимальна концентрація якого розташовується на висоті 20-25 км. Нижні межі активного життя визначаються температурними межами земних надр (понад 100 ° С), що відповідає глибині від 3 до 6 км.
• 2. З даної точки зору, біосфера в основному розташована в нижній частина атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери.

Атмосфера - оболонка Землі, що граничить з космічним простором і складається з суміші газів, зважених твердих і рідких речовин. Через атмосферу здійснюється обмін речовиною та енергією з космосом. Головними складовими частинами атмосфери є азот, кисень і вуглекислий газ. Кисень атмосфери найістотнішим чином пов'язаний з виникненням і розвитком живого, біосфери. Людина не може жити без кисню більше 5 хвилин - така одна з природних констант його існування. Кисень є основою виникнення озону, що захищає людину від смертоносної ультрафіолетової радіації. Атмосфера зазвичай ділиться на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу і екзосферу. Примикає до поверхні Землі нижній шар атмосфери - близько 15 км називається тропосферою. У ній зосереджено близько 80 % всієї маси атмосфери. Над нею - на висоті до 40 км, розташовується стратосфера, в якій розташований шар максимальної концентрації озону (на висоті близько 20-25 км). Шар атмосфери, що лежить вище стратосфери в межах 40-80 км над Землею, називається мезосферою. Дуже розріджений шар атмосфери в межах від 80 до 1000 км від поверхні Землі, що характеризується швидким зростанням температури до висот 200-300 км (до 1500К), називається термосферою. Ще вище (на висоті понад 1000 км) знаходиться екзосфера, звідки атмосферні гази розсіюються в світовий простір і де відбувається поступовий перехід атмосфери до міжпланетного простору. Шар атмосфери, розташований вище мезосфери (вище 80 км), що тягнеться до зовнішньої частини магнітосфери Землі і відрізняється значною кількістю іонізованих молекул і атомів атмосферних газів і вільних електронів - називають іоносферою. Апобіосферой називають шари атмосфери (вище 60-80 км) у які ніколи не піднімаються живі організми і куди біологічні речовини заносяться лише в незначній кількості.

Гідросфера - водна оболонка Землі. Маючи високу розчинюючої здатністю, проникністю і рухливістю, вода знаходиться в тісному взаємозв'язку з літосферою і атмосферою. Багато в чому завдяки воді відбувається грандіозний процес обміну і трансформації енергії і речовини планети за допомогою постійно повторюваних гідрологічних циклів. Вода займає 71% земної поверхні. Переважна частина маси води (94%) припадає на Світовий океан.

Літосфера - неоднорідна тверда оболонка Землі, сложет1ая різними мінеральними асоціаціями у вигляді магматичних (70,8%), метаморфічних (20%) і осадових (9,2%) порід, що досягає потужності під материком 70 км, а під океаном - 10 км. Загальний хімічний склад земної кори визначають вісім основних її елементів - кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, магній, натрій, калій. Причому провідним елементом, що становить основну частку обсягу земної кори, є кисень, хімічно пов'язаний з іншими елементами в головних природообразующих мінералах. Літосфера є фізичний простір існування людини, джерело неорганічних ресурсів і ресурсів органічного походження, необхідних для метаболізму живих систем елементів. В результаті перетворення поверхневих шарів літосфери під спільним впливом води, повітря і живих організмів формується грунт.

3. Загальна маса живої речовини на Землі дорівнює близько 10 ¹⁵ т і становить V 11 000 000 частина маси земної кори. Переважна частина біомаси континентів формується за рахунок рослин суші і перевищує біомасу Світового океану (формується в основному за рахунок морських тварин) в 800 раз. Незважаючи на те, що маса тваринного вещесгва мізерна щодо маси земної кори, в якісному відношенні жива речовина являє найбільш високоорганізованої частина матерії Землі і вирішальний фактор динаміки речовини верхніх горизонтів нашої планети, потужну геологічну силу.

Найістотніша особливість біосфери, на думку В.І. Вернадського, - це біогенна міграція атомів хімічних елементів, що викликаються променистою енергією Сонця і здійснювана за допомогою обміну речовин, росту, розмноження організмів. Ця біогенна міграція атомів підпорядковується двом біогеохімічним принципам: прагненню до максимального прояву «всюдности» життя і виживання тих організмів, які максимально збільшують биогенную міграцію атомів.

До основних біогеохімічним функцій живої речовини біосфери В. І. Вернадський відносив біохімічну , пов'язану з ростом, розмноженням і переміщенням живих організмів, міграцією атомів; газову - більшість газів верхніх горизонтів планети породжене життям; концентрационную - організми накопичують у своїх тілах ті чи інші хімічні елементи; окислювально-відновну , пов'язану зі здатністю живого речовини прискорювати окіслітельновосстановітельние реакції і грає важливу роль в історії хімічних елементів зі змінною валентністю. Перераховані функції в сукупності утворюють средообразующую і средорегулірующую функції біосфери. Що ж стосується функцій біосфери в житті людини, то до них можна віднести всі ті функції, які ми називали, кажучи про природу в цілому, пам'ятаючи про те, що біосфера є ядром природного місця існування людини, першоджерелом його життя, непереборним підставою його буття в як живої істоти.

• 4. Структура біосфери може бути представлена наступним чином:
  • • з точки зору елементарного складу живої речовини, переважають водень, вуглець, кисень, азот, фосфор, сірка, що створюють в організмі складні молекули в поєднанні з водою і мінеральними солями. Ці молекулярні освіти представлені вуглеводами, ліпідами, білками і нуклеїновими кислотами;
  • • з точки зору рівня організації живого - клітинним, тканинним, організмовому, популяцій, біоценотічсскім і біогео- ценотическая, біосферним рівнями;
  • • за способом харчування автотрофні і гетеротрофні організми;
  • • з точки зору місця в харчових ланцюгах - продуценти (виробники), консументи (споживачі) і редуценти (відновники), завершальні цикл біологічного кругообігу речовини;
  • • з точки зору видового різноманіття біосфера містить близько двох млн. Видів живих істот, з них - 500 тис. Видів рослин і 1,5 млн видів тварин. Причому 90% всієї біомаси дають рослини суші;
  • • з точки зору біопродукгівності і розподілу живої речовини по масі і видам, виділяють вертикальні і горизонтальні зони як в Світовому океані, так і на материках. Так, в рамках розподілу біомаси по материковим географічним поясам і зонам виділяють арктичні пустелі, тундру, лесотундру, тайгу, степи, пустелі, тропічні савани, екваторіальні ліси, врахування особливостей яких має найсуттєвіше значення для природокористування і охорони природи,
  • • в залежності від ставлення до характеру речовини в рамках біосфери різні вчені виділяють наступні компоненти: біогенні, абіогенні і антібіогенние; біогенні, відсталі і біокосні (В. І. Вернадський);
  • • з точки зору динамічної, біосфера може бути, перш за все, представлена рядом циклів і кругообігів речовини. З моменту виникнення планети Земля відбулася диференціація її речовини на ряд сфер (атмосферу, гідросферу, біосферу, літосферу), між якими і всередині яких постійно відбувається обмін речовиною. Кругообіг речовин забезпечується потоками енергії Сонця і радіоактивної енергією Землі. Головний енергетичний джерело біосфери - промениста енергія Сонця. Із загальної кількості енергії, одержуваної Землею, 33% відбивається хмарами, поверхнею Землі, тонкодисперсной пилом у верхніх шарах атмосфери. Ця частина становить альбедо (лат. Albus «свепіий» - величина, що характеризує відбивну здатність поверхні) Землі. З залишаються 67% енергії атмосферою поглинається (22%) і земною поверхнею (45%).

Виділяють глобальний кругообіг речовини (магматична порода - осадова порода - метаморфічна порода - переплавлені і нове утворення магми), кругообіг води, біотичний кругообіг, круговорот кисню, вуглецю, кальцію, азоту, сірки.

В процесі фотосинтезу щорічно споживається 480 млрд т речовини, в результаті чого створюється 238 млрд т живої речовини і 248 млрд кисню йде в атмосферу. У зв'язку з фотосинтезом до кругообігу речовини втягується 1 млрд т азоту, 260 млн т фосфору, 200 млн т сірки. Підраховано, що час повного обороту всього вуглекислого газу дорівнює 300 рокам, кисню 2000 років, води - 10 ⁶ років, азоту - 10 * років; речовини континентів в процесі вивітрювання - 10 ⁸ років.

Серед різноманітних ритмів, що роблять істотний вплив на живу речовину планети, виділяють ритми льодовикових епох з інтервалом 150-250 млн років, пульсації вулканічної активності; зміни часу настання рівнодення (21000 років), нахилу осі обертання до екліптики (40 000 років), ексцентриситету земної орбіти (40 000 років); зміни клімату (1800-1900 років) в якому виділяють фази прохолодного і вологого клімату - трансгресивного (300 -500 років), перехідну (700 -800 років) і сухого і теплого клімату - регресивну (600 - 800 років). Серед внутрівековие ритмів виділяють цикли зміни клімату в 11,35-50 і 20-50 років. Виділяють також ритми, пов'язані зі зміною пір року, часу доби та ін.

Кругообіг речовин в біосфері пов'язаний з біогенної міграцією атомів. Ця міграція є потужною геологічною силою. З нею пов'язано виникнення верхній частині земної кори, грунту, підтримання та розвиток умов життя. З перетворенням людства в потужну геологічну силу (він витягує щорічно із земних надр 100 млрд т корисних копалин, розсіює на полях 500 млн т добрива, щорічно викидає в навколишнє середовище 20 млрд т вуглекислого газу і 700 млн т інших з'єднань) виникає ланцюг неконтрольованих, незворотних змін в природному середовищі існування людини, що закономірно висуває питання про перспективи біосфери як основи середовища проживання людини.