Характеристика і склад біосфери
Живі організми з моменту своєї появи (3 – 3,5 млрд.рр. тому назад) впливали на еволюцію земної кори і атмосфери. завдяки діяльності рослин, з атмосфери було вилучено СО2 , з”явився вільний кисень. подальший розвиток життя на Землі проходив у аеробних умовах під захистом озонового екрану, який захищає живі клітини від згубного впливу короткохвильового УФ – випромінювання. Вимерлі організми утворили великі поклади вапняків, кам”яного вугілля, нафти. Запаси енергії у вигляді кам”яного вугілля і нафти обумовили можливість швидкого технічного прогресу, без якого немислиме життя сучасної людини. Вивчення біосфери, її властивостей і закономірностей розвитку стає актуальним завданням, оскільки від його успішного розв”язання залежить подальший розвиток людства.
Під біосферою розуміють оболонку Землі, населену живими організмами. Біосфера – це своєрідна оболонка Землі, що містить всю сукупність живих організмів і ту частину речовин планети, яка знаходиться в безперервному обміні з цими організмами.
Термін “біосфера” означає сферу життя і вперше був введений в науку в 1875 р. австрійським геологом і палеонтологом Едуардом Зюссом (1831 – 1914). Однак, задовго до цього під іншими назвами, зокрема, “простір життя”, “картина природи”, “жива оболонка Землі” і т.п., його зміст розглядався і іншими природодослідниками.
Спочатку під цими термінами розуміли тільки сукупність живих організмів, які проживають на планеті, хоча, іноді вказували на зв”язок з географічними, геологічними та космічними процесами, але при цьому звертали увагу на залежність живої природи від сил і речовин неорганічної природи. Е.Зюсс в своїй книзі “Образ Землі”, яка була опублікована в 1909р. не відмічав зворотної дії біосфери і визначив її як “сукупність організмів, обмежену в просторі і в часі , що проживає на поверхні Землі”.
Одним із перших, хто чітко вказав на роль живих організмів в утворенні земної кори, був біолог Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Він підкреслював, що всі речовини, які знаходяться на поверхні земної кулі і утворюють її кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.
Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв”язку з розвитком ботаніки, грунтознавства, географії рослин і інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знань, які стали необхідними для розуміння біосфери в цілому, виявились пов”язаними з виникненням екології як науки, яка вивчає взаємовідносини організмів і навколишнього середовища. Біосфера є визначеною природною системою, а її існування , в першу чергу, проявляється в кругообігу енергії і речовин за участі живих організмів.
Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологом Пфефером (1845 – 1920) трьох способів живлення живих організмів:
· автотрофне – побудова організма за рахунок використання речовин неорганічної природи;
· гетеротрофне – побудова організма за рахунок використання низько молекулярних органічних сполук;
· міксотрофне – змішаний тип побудови організма (автотрофно-гетеротрофний).
Біосфера(в сучасному розумінні) – своєрідна оболонка Землі, що містить всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, яка знаходиться в безперервному обміні з цими організмами.
Еволюція розвитку біосфери:
1.Гіпотеза абіогенного синтезу : на світанку геологічної історії у первісних океанах, під впливом вулканічного тепла, розрядів і інших факторів відбувся синтез більш складних сполук – амінокислот, пептидів, білків, з яких і утворилися живі організми.
Недолік цієї теорії – відсутність доказів утворення хоча боднієї живої речовини з неживої.
2.Принцип Реді : “Живе може виникнути лише від живого”. Перехід від неживої матерії до живої неможливий.
Блюменфельд довів, що ймовірність утворення за час існування Землі хоча б однієї молекули ДНК дорівнює 10 –800.
3.В.Вернадський вважав, що життя є вічною основою Космосу.
4.Релігійні теорії.
Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери.
· Атмосфера –найлегша оболонка Землі. Через атмосферу здійснюється обмін речовин і енергії з космосом.
Атмосфера має декілька шарів:
- тропосфера – нижній шар, який знаходиться ближче до поверхні Землі (висота 9 – 17 км). В ньому зосереджено приблизно 80% газового складу атмосфери і вся водяна пара;
- стратосфера;
- ноносфера – шар, в якому відсутні “живі речовини” .
Хімічний склад атмосфери: N2 (78%), О2(20%), СО2(0,03%) та інші гази.
· Гідросфера –водна оболонка Землі. Внаслідок високої рухливості вода проникає повсюдно до різних природних утворень, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр/л розчинних речовин.
Переважними елементами хімічного складу гідросфери є такі: Na+ , Mg2+, Ca2+ Cl- ,S, C. Концентрація того чи іншого елементу у воді ще нічого не говорить про те, наскільки він є важливим для рослинних і тваринних організмів, що в ній проживають. В цьому плані провідна роль належить N, P, Si, які засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому об”ємі світового океану.
· Літосфера –зовнішня тверда оболонка Землі, яка складається з осадкових і магматичних порід. Зараз земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, який розміщений над сейсмічною межею Мохоровича. Поверхневий шар літосфери, в якому здійснюється взаємодія живої матерії з неорганічною і є грунт. Залишки організмів після розкладу переходять в гумус. Складовими частинами грунту є мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази. Переважними елементами хімічного складу літосфери є : O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
Провідну роль виконує кисень, на долю якого приходиться половина маси земної кори і 92% її об”єму, однак, кисень міцно зв”язаний з іншими елементами в основних мінералах. Таким чином, в кількісному співвідношенні земна кора – це “царство” кисню, який хімічно зв”язаний в ході геологічного розвитку земної кори.
Поступово ідея про тісний взаємозв”язок між живою і неживою природою, про зворотню дію живих організмів і їх систем на навколишні фізичні, хімічні і геологічні фактори все більш наполегливіше проникала в свідомість вчених і знаходила реалізацію в їх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли і зміни, які пройшли в загальному підході природодослідників до вивчення природи . Вони все більше переконувалися в тому, що відокремлене дослідження явищ і процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін є неадекватним. Тому на рубежі ХІХ – ХХст. в науку все ширше проникають ідеї цілісного підходу до вивчення природи, які в наш час сформувались в системний метод її вивчення.
Результати такого підходу вплинули на дослідження загальних проблем впливу біотичних факторів на абіотичні умови. Так, виявилось, наприклад, що склад морської води здебільшого визначається активністю морських організмів. Рослини, які ростуть на піщаних грунтах, змінюють їх структуру. Живі організми контролюють навіть склад атмосфери. Всі приклади свідчать про наявність зворотного зв”язку між живою і неживою природою, в результаті якого жива речовина в значній мірі змінює обличчя планети. Таким чином, біосферу не можна розглядати відокремлено від неживої природи, в якій вона, з одного боку залежить, а з іншого – сама впливає на неї. Тому перед природодослідниками виникає завдання – дослідити, яким чином і в якій мірі жива речовина впливає на фізико-хімічні і геологічні процеси, які проходять на поверхні Землі і в земній корі. Тільки подібний підхід може дати чітке уявлення про концепцію біосфери. Таке завдання і поставив перед собою видатний вчений В.І Вернадський (1863 – 1945).