Головна ⇒ 📌Довідник з біології ⇒ СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ БІОСФЕРИ

СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ БІОСФЕРИ

Довідник з біології

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

ЛЮДИНА І БІОСФЕРА

Біосфера є багаторівневою системою, яка включає підсистеми різного ступеня складності. Межі біосфери визначаються областю розповсюдження організмів в атмосфері, гідросфері та літосфері. Верхня межа біосфери проходить приблизно на висоті 20 км. Таким чином, живі організми розселені в тропосфері та в нижніх шарах стратосфери.

Рис. 181. Область розповсюдження організмів

у біосфері: 1 – рівень озонового шару, який затримує жорстке ультрафіолетове випромінювання; 2 – межа снігів; 3 – грунт; 4 – тварини, що мешкають в печерах; 5 – бактерії в нафтових свердловинах.

Лімітуючим чинником розселення в цьому середовищі є наростаюча з висотою інтенсивність ультрафіолетової радіації.

Практично все живе, проникаючи вище озонового шару атмосфери, гине. У гідросферу біосфера проникає на всю глибину світового океану, що підтверджується виявленням живих організмів, і органічних відкладень до глибини 10-11 км. У літосфері область розповсюдження життя багато в чому визначається

рівнем проникнення води в рідкому стані – живі організми знайдені до глибини приблизно 7,5 км. Проникнення живих організмів углиб обмежується високою температурою і тиском, відсутністю світла.

Атмосфера. Ця оболонка складається в основному з азоту і кисню. В менших концентраціях вона містить вуглекислий газ і озон. Стан атмосфери має великий вплив на фізичні, хімічні і, особливо, біологічні процеси на земній поверхні і у водному середовищі.

Найбільше значення для біологічних процесів мають: кисень атмосфери, що використовується для дихання організмів і мінералізації органічної речовини, що омертвіла, вуглекислий газ витрачається при фотосинтезі, а також озон, екрануючий земну поверхню від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Зовні атмосфери існування живих організмів неможливе. Це видно на прикладі позбавленого життя Місяця, у якого немає атмосфери. Історично розвиток атмосфери пов’язаний з геохімічними процесами, а також життєдіяльністю організмів. Так, азот, вуглекислий газ, пари води утворилися в процесі еволюції планети, значною мірою завдяки вулканічній активності, а кисень – у результаті фотосинтезу.

Гідросфера. Вода є важливою складовою частиною всіх компонентів біосфери і одним з необхідних чинників існування живих організмів.

Основна її частина (95 %) міститься в світовому океані, який займає приблизно 70 % поверхні земної кулі. Загальна маса океанічних вод складає понад 1300 млн. км3. Близько 24 млн. км3 води міститься в льодовиках, причому 90 % цього об’єму припадає на крижаний покрив Антарктиди. Стільки ж води міститься під землею. Поверхневі води озер складають приблизно 0,18 млн. км3 (з них половина солоні), а річок – 0,002 млн. км3. Кількість води в тілах живих організмів досягає приблизно 0,001 млн. км3. Із газів, розчинених у воді, найбільше значення має кисень і вуглекислий газ. Кількість кисню в океанічних водах змінюється в широких межах залежно від температури і присутності живих організмів. Концентрація вуглекислого газу також варіює, а загальна кількість його в океані в 60 разів перевищує його кількість в атмосфері. Гідросфера формувалася у зв’язку з розвитком літосфери, що виділила за геологічну історію Землі значний об’єм водяного пару і так званих ювенільних (підземних магматичних) вод.

Літосфера. Основна маса організмів, що мешкають в межах літосфери, зосереджена в грунтовому шарі, глибина якого звичайно не перевищує 8-10 м. Грунти, будучи, за термінологією В. І. Вернадського, біовідсталою речовиною, представлені мінеральними речовинами, що утворюються при руйнуванні гірських порід, і органічними речовинами – продуктами життєдіяльності організмів.

Живі організми (жива речовина). Вся маса живої речовини Землі складає її біомасу. У даний час описано близько 300 тис. видів рослин і більше 1,5 млн. видів тварин. З цієї кількості 93 % представлено сухопутними, а 7 % водними видами тварин. Сумарна біомаса організмів сухопутних видів утворена на 99,2 % зеленими рослинами (2,4.1012 т.) і на 0,8 % – тваринами і мікроорганізмами (0,2.1011 т.). В океані, навпаки, на частку рослин припадає 6,3% (0,2.10° т.), а на частку тварин і мікроорганізмів 93,7% (0,3.1010 т.) сукупної біомаси. Не дивлячись на те, що океан покриває трохи більше 75 % поверхні планети, в ньому міститься лише 0,13 % біомаси всіх живих істот, що мешкають на Землі. Розрахунки показують, що рослини складають близько 21 % всіх врахованих видів. Проте на їх частку припадає більше 99 % біомаси, тоді як внесок в біомасу планети тварин, які складають 79 % видів, складає менше 1 %. Серед тварин 96 % видів припадає на частку безхребетних і лише 4 % на частку хребетних, серед яких ссавці складають приблизно 10%. Приведені співвідношення ілюструють фундаментальну закономірність організації біосфери: у кількісному відношенні переважають форми, що досягли в процесі еволюції низьких ступенів морфо-фізіологічного прогресу.

Жива речовина за масою складає 0,01-0,02 % від кісткової речовини біосфери, проте відіграє провідну роль у біогеохімічних процесах завдяки обміну речовин, що проходить у живих організмах. Оскільки субстрати і енергію, що використовується в обміні речовин, організми черпають з навколишнього середовища, вони перетворюють її вже тим, що живуть. Щорічна продукція живої речовини в біосфері дорівнює 232,5 млрд. т. сухої органічної речовини. За цей же час в масштабі планети в процесі фотосинтезу синтезуються 46 млрд. т органічного вуглецю. Для цього вимагається, щоб 170.109 т. вуглекислого газу прореагувало з 68.109 т. води. Таким чином, у результаті фотосинтезу щорічно утворюється 115.109 т. сухої органічної речовини і 123.109 т. кисню. У процес фотосинтезу залучається також протягом року 6.109 т. азоту, 2.109 т. фосфору й інші елементи, наприклад, калій, кальцій, магній, сіра, залізо. Наведені цифри показують, що жива речовина є найактивнішим компонентом біосфери. Вона проводить гігантську геохімічну роботу, сприяючи перетворенню інших оболонок Землі в геологічному масштабі часу.

Жива речовина здійснює найважливіші біогеохімічні функції.

Газова функція полягає в поглинанні рослинами діоксиду вуглецю і виділенні кисню в процесі фотосинтезу (при диханні рослин і тварин навпаки, поглинання кисню і виділення діоксиду вуглецю), у відновленні азоту, сірководню й інших газів, тобто в підтримці постійності газового складу атмосфери.

Концентраційна функція полягає в поглинанні і накопиченні в живих організмах різних хімічних елементів – вуглецю, азоту, водню, кисню, фосфору, сірі, йоду, заліза тощо. Завдяки цій функції на певному етапі розвитку біосфери рослини збагатили атмосферу киснем і значно понизили концентрацію діоксиду вуглецю; на місцях масової загибелі тварин і рослин ми знаходимо відкладення крейди, вапняку, нафти, вугілля й інших корисних копалин.

Окислювально-відновна функція полягає у відновленні і окисленні речовин у живих організмах (наприклад, відновлення діоксиду вуглецю до вуглеводів у процесі фотосинтезу і окислення їх до діоксиду вуглецю при диханні).

Біохімічна функція здійснюється в процесі обміну речовин у живих організмах (живлення, дихання, виділення) і руйнування, деструкції померлих організмів і продуктів їх життєдіяльності. Ці процеси приводять до круговороту речовин в природі, біогенної міграції атомів.