Mi határozza meg a bioszféra felső határát? A földi élet határai

Különféle feltételezések léteznek arról, hogyan jelent meg az élet bolygónkon: a spontán keletkezés hipotézisétől az űrből való megjelenésének hipotéziséig. A bolygók közül csak a Földön élnek élő szervezetek, és van egy héja, amelyben az élet elterjedt.

Minden élő szervezet alkotja a Föld élőanyagát. V. I. Vernadsky meghatározása szerint az „élő anyag folytonos rétege” foglalja el a talajt a benne található növények, micéliumok, mikroorganizmusok és talajállatok gyökereivel, azt a részt, ahol a mikroorganizmusok találhatók, és a talajt. a troposzférában, ahol a szél pollenje, spórái és növényi magvak szállítják őket. Ez a réteg alkotja a Föld bioszféráját, amely a levegő, a víz és a kőzetek kölcsönhatási területén képződik.

Élő szervezetek csak akkor létezhetnek bizonyos feltételek. A légkörben ilyen körülmények 7-8 kilométeres magasságig figyelhetők meg, ahol elsősorban az élő szervezetek koncentrálódnak. Fent az élet létezését az alacsony hőmérséklet és az alacsony nyomás korlátozza. Az élő szervezetek légköri eloszlásának felső határa az „ózonernyő”. A hidroszférában az élőlények a szárazföldi vizek és a világóceán teljes vastagságán elterjedtek. A litoszférában a bioszféra alsó határa több száz métertől több kilométerig terjedő mélységben húzódik. Itt vannak olyan baktériumok, amelyeknek nincs szükségük levegőre az élethez.

Az élő szervezetek a legszokatlanabb és legzordabb körülmények között is megtalálhatók: a jégben a csúcsokon legmagasabb hegyek, száraz sivatagokban, sós tavakban és még föld alatti olajtározókban is.

Az élőlények sokfélesége

Az élő szervezeteket a növények, állatok, gombák és baktériumok birodalmai képviselik. A növények és állatok nagyon változatos alakúak és méretűek. Szokásos különbséget tenni egysejtű és többsejtű szervezetek között. Az állatok közül a rovarok, a növények közül a zárvatermők a leggyakoribbak.

A fajok sokféleségét tekintve az állatok vannak túlsúlyban a növényekkel szemben, de az élőanyag tömegét tekintve éppen ellenkezőleg, több a növény, mint az állat. Néhány növény- és állatfaj túlélt bolygónkon, miután túlélte a világot klímaváltozásés eljegesedések. Ezek ereklyék (a latin szó relictum - maradvány) - ősi fajok, amelyeknek sikerült alkalmazkodniuk az új életkörülményekhez.

Az élet nagyon egyenetlenül oszlik el. A legtöbbélőlények a szárazföldön koncentrálódnak. Itt tömegük 800-szor nagyobb, mint a Világóceán összes élő anyagának tömege. Ugyanakkor az élő növényi anyag tömege a szárazföldön körülbelül 1000-szeres több tömegállatokat.

Bioszféra- ez a Föld héja, melynek összetételét, szerkezetét és energiáját a múlt ill modern tevékenységekélő organizmusok.

■ A „bioszféra” kifejezést E. Suess vezette be (Ausztria, 1875), a bioszféra doktrínáját V.I. Vernadszkij (Oroszország, 1926).

■ A bioszféra a legnagyobb ökoszisztéma, amely egyesíti a bolygó összes biogeocenózisát, és globális ciklus anyagokat.

A bioszféra összetevői: élő anyag (lásd alább), biogén anyag, bioinert anyag, inert anyag, radioaktív anyag, kozmogén anyag.

Tápláló- az élő szervezetek által életük során létrehozott és feldolgozott vegyületek és ásványi anyagok (olaj, gáz, szén, mészkő stb.).

Bioinert anyag- ennek eredményeként keletkezett anyag közös tevékenységekélő szervezetek és abiogén folyamatok (talaj, tározók talaja).

Inert anyag- élő szervezetek részvétele nélkül keletkező vegyületek ( sziklák, ásványi anyagok stb.).

Radioaktív anyag— radioaktív ércek és bomlásuk végtermékei.

Kozmogén anyag— meteoritok, kozmikus por.

Életterület meghatározott élőlények létezéséhez szükséges feltételek megléte határozza meg.

A Földön az élet három geológiai héjban oszlik meg - légkör, hidroszféra és litoszféra . Ezeket a kagylókat egyesítik egész rendszer az anyag és az energia egymással való folyamatos cseréje révén, amelyet nemcsak abiogén folyamatok, hanem élő szervezetek tevékenysége is okoz.

Légkör — légburok Föld. A levegő sűrűsége gyorsan csökken a magassággal: a légkör tömegének 75%-a koncentrálódik a 10 km alatti rétegben, 90%-a 15 km alatt, 99%-a 30 km alatt. A száraz levegő nitrogénből (78,08%), oxigénből (20,95%), argonból (0,93%), szén-dioxidból (0,03%) és egyéb gázok szennyeződéseiből áll.

Troposzféra — alsó réteg légkörben 8-10 km magasságban sarki szélességek 16-18 km-ig az egyenlítői zónában. A troposzféra felett található a sztratoszféra.

Ózon réteg- magas ózon O 3 tartalmú terület - a sztratoszférában 15-25 km magasságban található. Elnyeli az élő szervezetekre káros rövidhullámú sugárzást. ultraibolya sugárzás Nap.

vízpára, jelen van a légkörben, részt vesz benne természetes körforgás víz;

■ kondenzálódik, eső formájában esik, biztosítva a földterületek páratartalmát;

■ a CO 2 -vel együtt a fő hozzájárulást Üvegházhatás: megtartja a bolygó felszínéről visszaverődő hosszúhullámú hősugarakat, így a légkör alsó rétegei felmelegednek.

Hidroszféra- Ezt vízhéj A Földet óceánjai, tengerei, tavai, folyói, földalatti és jégtakarói alkotják.

■ A Világóceán átlagos mélysége 3,8 km, a legnagyobb (Mariana-árok a Csendes-óceánban) 11,034 km. A hidroszféra tömegének 97%-a sós óceán vizei, 2,2% - gleccservizek, 0,8% - földalatti, tavak és folyók édesvizei.

Litoszféra- külső kemény héj a bolygó (kéreg). Három rétegből áll: a felső - egy réteg üledékes kőzetek, a középső - a gránit és az alsó, a legsűrűbb - a bazalt.

A bioszféra határaiát, ahol uralni kezdenek természetes tényezők, ami lehetetlenné teszi az élő szervezetek létezését.

A bioszféra felső határa nagy intenzitású ultraibolya határozza meg napsugárzás, alacsony környezeti hőmérséklet, oxigén- és vízhiány és a légkörben 25-27 km magasságban (az ózonréteg alsó határán) megy végbe.

■ A baktériumok és gombák egyes spórái a troposzférában akár 40 km-es magasságban is megtalálhatók.

A lényeg bioszféra a litoszférában mert a legtöbb életforma meghatározott nagy sűrűségű, szilárdság és magas környezeti ellenállás, fényhiány, oxigénhiány és több tíz méteres mélységben játszódik le.

■ Akár 4 km-es mélységben is észleltek inaktív életformákat (spórák, ciszták) és olajbaktériumokat. Ezt a határt a fent felsorolt ​​tényezőkön kívül a kőzetek és a talajvíz magas nyomása és hőmérséklete is meghatározza (3 km mélységben a hőmérséklet körülbelül +100 ° C).

A hidroszférában az élet a Világóceán teljes mélységéig terjed. Itt a korlátozó tényezők a vízoszlop nyomása és a fényhiány (a víz hőmérséklete az óceáni medencék alján körülbelül 0 ° C).

■ V.I. Vernadsky, a bioszféra alsó határa 1-2 km-rel mélyebben húzódik, mint a Világóceán feneke, az óceánban fokozatosan felhalmozódó üledékrétegben, amelynek eredete az élő szervezetek tevékenységével függ össze.

Élő anyag

Élő anyag - az összes létező összessége Ebben a pillanatbanélő szervezetek a bolygón, számszerűen kifejezve elemi kémiai összetételben, tömegben vagy energiában.

■ Mennyiségi intézkedésekélő anyag – biomassza és termékek.

Az élő anyag jellemzői. Élő anyag:

■ a bioszféra fő alkotóeleme;

■ egyenetlenül oszlik el a Földön; koncentrációja maximális az alapközeg határfelületein - a talajban, az óceán felszíni rétegeiben, a tározók alján, az úgynevezett „életfilmekben”;

■ elemi kémiai összetételében közel áll a földkéreg összetételéhez;

■ a bioszféra legaktívabb összetevője, amely biztosítja a globális keringést kémiai elemek;

■ egy óriási akkumulátor és a napenergia egyedülálló átalakítója, amely összetett kémiai kötésekbe köti szerves molekulák a fotoszintézis folyamata során.

A biomassza teljes mennyisége a Földön- 2423,2 milliárd tonna (több mint 99,2%) a kontinenseken koncentrálódik (több mint 99,8%). A fotoszintézisre képtelen élőlények 1%-át teszik ki.

A biomassza megoszlása ​​a bioszféra kontinentális és óceáni részein(száraz szervesanyagra redukálva) szerepel a táblázatban.

Termékenkénti megoszlás és a termelt oxigén mennyisége: Az oxigéntermelés és -mennyiség körülbelül felét a szárazföldi növények (főleg nedves esőerdők), a másik fele - a hidroszféra mikroszkopikus algái - a fitoplankton (a fitoplankton biomasszája körülbelül 10 000-szer kisebb, mint a szárazföldi növények biomasszája). Az ok jelentős nagyobb sebesség a fitoplankton termékképzése a szárazföldi növényekhez képest.

Biogeokémiai ciklus- többé-kevésbé zárt út, amelyen a kémiai elemek folyamatos keringése folyik a bioszférában.

A víz, szén és nitrogén körforgás főbb folyamatait a táblázat tartalmazza; az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk.

A bioszféra integritása: minden alkotóeleme a saját törvényei szerint fejlődik, nem elszigetelten létezik, hanem folyamatosan mások befolyásolják, és maga is befolyásol más összetevőket. Ezért a biosLera bármely összetevőjének változása változást okoz másokban.

A bioszféra számos összetevője, a változás mértékének csökkenő sorrendjében: állatvilág→ növényzet → talaj → víz → éghajlat → domborzat → litoszféra.

Víz és oxigén körforgása

A víz körforgása

A víz a víztestek (óceánok, tengerek stb.) felszínéről és a szárazföldről elpárolog, és a légáramlatok révén különböző távolságokra szállítja. Az elpárolgott víz nagy része csapadékként az óceánba esik, és kevesebb a szárazföldre. A föld felszínére hulló víz hozzájárul a kőzetek pusztulásához, erodálja a talaj felső rétegét, és a benne oldott és lebegő anyagokkal együtt visszatér a folyókba, tengerekbe és óceánokba.

A növények vizet vonnak ki a talajból és elpárologtatják a légkörbe. Az elpárolgott víz tömege ebben az esetben meglehetősen jelentős lehet (egy hektár erdő 20-50 tonna vizet párolog el naponta), és a nagy erdőzónákban a csapadék fő mennyisége a teljes párolgás következtében a légkörbe kerülő vízgőzből keletkezik. ugyanebből a zónából.

A növényzet a vizet is megtartja azáltal, hogy lassítja annak áramlását, állandó szinten tartja talajvíz satöbbi.

A fotoszintézis során a víz egy része hidrogénre és oxigénre hasad. A hidrogént szintézishez használják szerves vegyületekés oxigén kerül a légkörbe.

Az állatok vizet fogyasztanak az ozmotikus nyomás fenntartása érdekében, és disszimilációs termékekkel választják ki.

A víz teljesen lebomlik, és körülbelül 2 millió év alatt helyreáll a biotikus ciklusban.

Oxigén ciklus

Szinte minden légköri oxigén biogén eredetű. A szabad oxigént az aerob szervezetek légzés közben használják fel a szerves vegyületek oxidálására. Az oxidáció egyik végterméke a légkörbe kerülő szén-dioxid. A légkör oxigénpótlása akkor következik be, amikor a víz a fotoszintézis során lebomlik. A légkörben lévő összes oxigén körülbelül 2000 év alatt áthalad a szervezeteken.

Szén és nitrogén körforgása

Szénciklus a bioszférában (lásd 5.3. ábra) elsősorban a fotoszintézis és a légzés folyamatai határozzák meg. A légkörben lévő szén főként a szén-dioxid CO 2 összetételében található. A CO 2 elsődleges forrása a vulkáni tevékenység.

A bioszféra szénciklusa a légköri szén-dioxid földi ill. vízi növényekés cianobaktériumok a fotoszintézis során. Ilyenkor szénhidrátok képződnek, amelyek egy részét maguk a növények használják fel energia beszerzésére, egy részét pedig az állatok fogyasztják el. Ezenkívül a szénvegyületeket a tengeri élőlények héjak és vázszerkezetek felépítésére használják.

A szén dioxid formájában kerül vissza a környezetbe, amely az állatok és növények légzése során szabadul fel. A második visszatérési út az elhalt növények és állatok lebontása, melynek során a szöveteikben lévő szén oxidálódik és CO 2 formájában kerül a légkörbe.

A szénciklus nincs teljesen lezárva. A szén egy része hosszú idő kikerül a körforgásból, tőzeglerakódásokban koncentrálódik, szén, olaj és olajpala, az elhalt élőlények oxigénhez nem jutó bomlása során, valamint a tengerek és óceánok fenekén lévő vastag mészkő üledékekben keletkezett, elhalt tengeri élőlények kagylóinak és csontvázainak maradványaiból.

Az emberek által energiatermelésre használt fosszilis tüzelőanyagok elégetése azonban szén-dioxidot termel, amely visszakerül a légkörbe. Emiatt az elmúlt száz év során a légkör CO 2 tartalma 25%-kal nőtt, ami megzavarja a szabályozott szénciklust, és megnövekedhet. üvegházhatás. Egy szén-dioxid ciklus 300 évig tart.

Nitrogén ciklus

Nitrogén- az egyik lényeges komponensek fehérjék, nukleinsavak, ATP és mások szerves anyag. Fő tartalékai a légkörben találhatók, a növények számára hozzáférhetetlen formában molekuláris nitrogén N2. BAN BEN kis mennyiségben A légköri nitrogén a légkörben villámlás közben megköti az oxigént, majd esővel eléri a Föld felszínét.

A légköri nitrogén rögzítését a cianobaktériumok, valamint a hüvelyes növények gyökereinek sejtjeiben megtelepedő csomós nitrogénmegkötő baktériumok végzik. Nitriteket és nitrátokat szintetizálnak, amelyeket a növények felszívnak. A növények nitrogénből nukleinsavakat és fehérjéket állítanak elő, amelyeket aztán az állatok és az emberek élelmiszerként használnak fel.

Az élet folyamatában fehérje molekulák végtermékekre bomlanak le - vízre, szén-dioxidra, ammóniára, karbamidra és húgysav kerül a külső környezetbe. Amikor az elhullott állatok és növények rothadnak, ammónia is keletkezik.

A keletkező ammónia nagy része átalakul nitrifikáló baktériumok a növények által asszimilált nitritekbe és nitrátokba. Az ammónia kis része a légkörbe kerül, és a CO 2 -vel együtt vízgőz és egyéb gáznemű anyagok ellátja a bolygó hőjének megőrzésének funkcióját.

Bizonyos típusú baktériumok denitrifikáció csökkentheti a nitriteket és a nitrátokat nitrogén gáz amely belép a légkörbe. Ennek eredményeként a talaj és a víz kimerül a nitrogénvegyületektől, és a légkör molekuláris nitrogénnel telítődik.

A nitrogén ásványi műtrágyák intenzív emberi felhasználása a mezőgazdasági növények nagy terméshozamának elérése érdekében a nitrifikációs és denitrifikációs folyamatok egyensúlyának felborulásához vezet.

Az energia átalakítása

Biológiai ciklus anyagok csak állandó beáramlással és átalakulással lehetségesek napenergia , hiszen a Napból kapott energia szerves anyagokban kötődik és a lépcsők mentén haladva a tápláléklánc csökken (legtöbbször az élőlények létfontosságú folyamataira fordítódik, és hő formájában eloszlik).

Bioszféra - nyitott rendszer, folyamatosan kap napenergiát. A fotoszintézis folyamata során ez az energia szerves anyagok kémiai kötéseinek energiájává alakul. A Föld élő anyaga évente 4,2 * 10 17 J energiát hoz létre.

A felhalmozott energiát részben a növények létfontosságú folyamatok során fogyasztják el, részben pedig átadják a növényevő szervezeteknek. Ezek az élőlények az energia egy részét létfontosságú folyamatokban is felhasználják, a fennmaradó rész pedig a húsevőkhöz stb. Így az energia a növények és állatok szöveteiben raktározódik el szerves vegyületek formájában. A Föld bioszférájának energiatartalékát 4,2 * 10 18 J-ra becsülik. Az energia egy része olajban, szénben, agyagpalában és tőzegben őrződik meg.

Energia szabadul fel a szerves anyagok megsemmisülése során a légzés, az erjedés és a bomlás folyamataiban. Jelenleg a Föld élő anyaga évente 4,2 10 17 J energiát bocsát ki – ugyanannyit, mint amennyi keletkezik, i.e. az energiaegyensúly a bioszférában megmarad.

A bioszféra evolúciója

Bioszféra- összetett, viszonylag stabil, de nem fagyott, hanem fejlődő, fejlődő ökológiai rendszer.

Bizonyítékok és ismeretforrások a bioszféra fejlődésérőlősi organizmusok fosszilis maradványaiként szolgálnak.

■ Úgy tartják, hogy a bioszféra fennállása alatt mintegy 500 millió élőlényfaj lakta.

♦ A bioszféra viszonylagos stabilitásának okai:
■ a fototróf szervezetek által felhasznált napenergia folyamatos ellátása;
■ az élő szervezetek sokfélesége;
■ élőlények alkalmazkodása az élethez négy környezet különböző körülményei között;
■ folyamatos tápanyagciklus fenntartása;
■ az élőlények teljes sokféleségének - termelők, fogyasztók és lebontók - élettevékenységének egyensúlya fokozatosan alakult ki százmilliókon keresztül.

❖ A bioszféra fejlődésének fő oka- elsődleges kémiai evolúció (amely a szerves makromolekulák és az első élő szervezetek - prokarióták) megjelenéséhez vezetett, valamint a földi életkörülményeket megváltoztató geológiai és éghajlati folyamatok (amelyek a légkör oxigéntartalmának megváltozásához, a légkör kialakulásához vezettek) ózonréteg, a bolygó víztartalmának és a légkör páratartalmának változása és g.d.).

❖ Két fő történelmi szakaszok a bioszféra evolúciója:
■ biogenezis;
■ noogenezis.

Biogenezis- a bioszféra evolúciójának első és leghosszabb szakasza a prokarióták megjelenésétől a kialakulásáig emberi társadalom.

Noogenezis- a bioszféra fejlődésének második szakasza, amely az emberi társadalom kialakulásával kezdődött és a mai napig tart; az emberi tevékenységnek a bioszférára gyakorolt ​​jelentős és növekvő befolyása jellemez.

Nooszféra- „Az elme héja, szféra intelligens élet"(V. I. Vernadsky), az emberi társadalom és a természet kölcsönhatása által lefedett szféra.

A nooszféra a bioszféra új állapota, amelyben intelligens tevékenység személy válik fejlődésének fő, meghatározó tényezőjévé

A földtudományok komplexumának (geológia, földrajz, geokémia, biológia) legnagyobb általánosítása a bioszféra doktrínája volt, amelyet az orosz tudós, V. I. Miután elkezdte a te tudományos tevékenység(geológusként) a földkéreg üledékes kőzeteinek tanulmányozása során V. I. Vernadsky feltárta az élő szervezetek óriási szerepét bolygónk összetett geokémiai folyamataiban. 1926-ban jelent meg „Bioszféra” című könyve. Ez a munka mélyen elemzi az élő szervezetek közötti összetett kapcsolatokat és élettelen természet Föld. Munkája valamivel megelőzte korát. Csak a huszadik század második felében, a súlyosbodás hátterében környezeti problémák, a bioszféráról szóló tana széles körben elterjedt.

V. I. Vernadsky bioszféra-doktrínájának fontos eleme a bioszféra emberi tevékenységtől való szoros függőségének és ennek eredményeként történő megőrzésének gondolata. ésszerű hozzáállás ember a természethez. A tudós ezt írta:

Az emberiség egészének tekintve hatalmassá válik geológiai erő. Előtte, gondolkodása és munkája előtt felmerül a bioszféra átstrukturálásának kérdése a szabadon gondolkodó emberiség, mint egységes egész érdekében. A bioszférának ez az új állapota, amelyhez úgy közeledünk, hogy észre sem vesszük, a nooszféra. 1

Jelenleg a bioszféra doktrínája az ökológia fontos része, amely közvetlenül kapcsolódik az ember és a természet közötti kölcsönhatás szabályozásának problémáihoz.

A „bioszféra” kifejezést először J. B. Lamarck használta ben eleje XIX V. Később E. Suess osztrák geológus 1875-ös munkájában is megemlítették. Ezt a fogalmat azonban nem dolgozták ki részletesen ezek a tudósok, hanem mellékesen használták a földi életterület megjelölésére. Csak V. I. Vernadsky műveiben elemzik részletesen és alaposan, és úgy értelmezik, mint a bolygónkon lévő „élet héját”.

Bioszféra nevezzük bolygónk összes élő szervezetének összességét és a Föld geológiai héjainak azon területeit, amelyeket élőlények laknak, és amelyek ki vannak téve geológiai története hatásukat.

A bioszféra határai. Az élő szervezetek egyenlőtlenül oszlanak el a Föld geológiai héjában: litoszféra, hidroszféra és légkör(1. ábra). Ezért a bioszféra ma már magában foglalja felső rész litoszféra, az egész hidroszféra és alsó rész légkör.

Rizs. 1.Az élőlények elterjedési területe a bioszférában:1 - az ózonréteg szintje, amely keményen megtartja ultraibolya sugárzás; 2 - hóhatár; 3 - talaj; 4 - barlangokban élő állatok; 5 - baktériumok az olajban kutak

A litoszféra a Föld felső szilárd héja. Vastagsága 50-200 km között változik. Az élet eloszlása ​​korlátozott, és a mélységgel meredeken csökken. A fajok túlnyomó része a felső rétegben koncentrálódik, amely több tíz centiméter vastag. Egyes fajok több méter vagy több tíz méter mélységbe is behatolnak (ásó állatok - vakondok, férgek; baktériumok; növényi gyökerek). Legnagyobb mélység, ahol bizonyos típusú baktériumokat találtak, 3-4 km (talajvízben és olajtartalmú horizonton). Megakadályozzák az élet mélyen a litoszférába való terjedését különféle tényezők. A növények behatolása a fény hiánya miatt lehetetlen. Az élet minden formája számára jelentős akadályt jelent a mélységgel növekvő környezetsűrűség és hőmérséklet is. Átlagosan 100 méterenként körülbelül 3 °C a hőmérséklet-emelkedés, ezért a litoszférában az élet eloszlásának alsó határa egy három kilométeres mélység (ahol a hőmérséklet eléri a +100 °C-ot). .

Hidroszféra- a Föld vízhéja óceánok, tengerek, tavak és folyók gyűjteménye. A litoszférával és az atmoszférával ellentétben teljesen élő szervezetek fejlesztik ki. Még a Világóceán fenekén, körülbelül 12 km-es mélységben is felfedezték őket különféle típusokélőlények (állatok, baktériumok). A fajok zöme azonban a felszíntől 150-200 m-en belül a hidroszférában él. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a fény ilyen mélységig behatol. Következésképpen az alacsonyabb horizontokon olyan növények és számos faj létezése, amelyek táplálkozása a növényektől függ, lehetetlen. Az élőlények eloszlása nagy mélységek Az állandó „eső” ürülék, a felső rétegekből lehulló elhalt élőlénymaradványok, valamint a ragadozás biztosítja. A hidrobiontok édes és sós vízben is élnek, és élőhelyük szerint 3 csoportra oszthatók:

1) plankton - a víztestek felszínén élő és a víz mozgása miatt passzívan mozgó szervezetek;

2) nekton - aktívan mozog a vízoszlopban;

3) bentosz - élőlények, amelyek a tározók alján élnek, vagy iszapba fúródnak.

Légkör- a Föld gázhéja, amelynek van egy bizonyos kémiai összetétel: körülbelül 78% nitrogén, 21% oxigén, 1% argon és 0,03% szén-dioxid. A bioszféra csak a légkör legalsó rétegeit foglalja magában. Az élet nem létezhet bennük a litoszférával és a hidroszférával való közvetlen kapcsolat nélkül. A nagy fás szárú növények elérik a több tíz méter magasságot, és felfelé helyezik koronájukat. Repülő állatok több száz méter magasra emelkednek - rovarok, madarak, a denevérek. Egyes ragadozómadárfajok 3-5 km-re emelkednek a Föld felszíne fölé, és figyelik zsákmányukat. Végül az emelkedő légáramlatok passzívan szállítják a baktériumokat, növényi spórákat, gombákat és magvakat több tíz kilométerre felfelé. A felsorolt ​​repülő szervezetek vagy behurcolt baktériumok azonban csak átmenetileg vannak a légkörben. Nincsenek olyan élőlények, amelyek tartósan a levegőben élnek.

A bioszféra felső határának tekinthető ózon réteg 30-50 km-es magasságban található a Föld felszíne felett. Megvéd minden életet bolygónkon az erős ultraibolya napsugárzástól, nagyrészt elnyeli ezeket a sugarakat. Az ózonréteg felett nem létezhet élet.

Így az élőlények fajainak nagy része a légkör és a litoszféra, az atmoszféra és a hidroszféra határain koncentrálódik, és viszonylag „vékony életréteget” képez bolygónk felszínén.

A bioszféra felépítése és működése. Bioszféra - Ez globális ökológiai rendszer, amely számos alacsonyabb rangú ökoszisztémából, biogeocenózisból áll, amelyek egymás közötti kölcsönhatása határozza meg integritását. Valójában a biogeocenózisok nem léteznek elszigetelten - közvetlen kapcsolatok és kapcsolatok vannak közöttük. Például a vízi biogeocenózisokban szél, eső, olvadt víz Az ásványi és szerves anyagokat eltávolítják a szárazföldi ökoszisztémákból. Előfordulhat élőlények mozgása egyik biogeocenózisból a másikba (például az állatok szezonális vándorlása). És végül mindenkit egyesít a Föld légköre, amely az élőlények közös tározójaként szolgál. Oxigént kap (a növények által a fotoszintézis során szabadul fel) ill szén-dioxid(a légzési folyamat során keletkezik aerob organizmusok). A légkörből minden ökoszisztéma növényei szén-dioxidot szívnak fel, amelyre szükségük van a fotoszintézis folyamatában, és minden lélegző szervezet oxigént kap.

A bioszféra létezésének alapja az anyagok folyamatosan zajló körforgása, melynek energiabázisa a napfény (2. ábra).

Rizs. 2.A biogeokémiai ciklikusság sémája a bioszférában. Jobb oldalona diagramon egy tűlevelű alatti gyep-podzolos talaj egy szakasza látható erdő

Az anyagok körforgása a természetben élő és élettelen anyag között az egyik legerősebb jellegzetes vonásait bioszféra. A biológiai ciklus az atomok biogén vándorlása a környezetből az élőlényekbe és az élőlényekből a környezetbe. A biomassza más funkciókat is ellát:

1) gáz - állandó gázcsere -val külső környezet az élő szervezetek légzése és a növények fotoszintézise miatt;

2) koncentráció - az atomok állandó biogén migrációja élő szervezetekbe, és haláluk után - az élettelen természetbe;

3) redox - anyag- és energiacsere a külső környezettel. A disszimiláció során az asszimiláció során a szerves anyagok oxidálódnak, ATP energiát használnak fel;

4) biokémiai - olyan anyagok kémiai átalakulása, amelyek a test életének alapját képezik.

V. I. Vernadsky szerint az egész földgömböt lefedő bioszféra nem korlátlan, határait nagymértékben meghatározza az élő anyag létezése, és meghatározza az élet elterjedésének határait a földgömbön, mind horizontálisan, mind függőlegesen. Mivel azonban a Föld geoid alakú, beszélünk róla vízszintes határok ah következik néhány feltételezéssel. Hiszen ha az egyenlítői trópusi és mérsékelt övi szélességeken az élet elterjedt, akkor a cirkumpoláris vidékeken, pl. az Északi- és Déli-sark körül található, pontosítani kell.

Észak vizei Jeges tengerállandóval jégtakaró nagy része megfordult egész évben meglehetősen bőségesen benépesült tengeri állatokkal. Az alacsony hőmérséklet nem akadályozza az élő szervezetek jégtakaró feletti terjedését. Még Verhojanszkban is, amelyet egészen a közelmúltig a hideg pólusának tartottak és hol abszolút minimum elérte a -71 °C-ot, vörösfenyős északi tajgaerdők nőnek. A mohák, gombák, zuzmók és algák spóráinak behurcolása, amelyek még alacsonyabb hőmérsékletet is bírnak, meglehetősen valószínű északi sark. Ahol például sziklás aljzat van északi partok szigetek Szevernaja Zemljaés a Spitzbergákon, a moha-zuzmó növényzet megtelepszik, bár ritkán. Az Antarktiszon a zuzmók még 360 km-re is megtalálhatók Déli-sark 2000 m tengerszint feletti magasságban. Ezért vitatható, hogy bár az élő szervezetek koncentrációja és sokfélesége a különböző területeken természeti viszonyok A területek és vizek meglehetősen jelentős határok között változnak, élet az egész világon létezik. Ebből következően a bioszférának nincsenek vízszintes határai, és csak a függőleges dimenziójáról, a felső, atmoszférikus és alsó litoszférikus határokról kell beszélnünk.

BAN BEN fizikai földrajz Az A. A. Grigorjev által 1937-ben javasolt koncepciót használják - „földrajzi burok”, amely a lito-, hidro-, bio- és atmoszféra közötti kölcsönhatás területét jelöli. A héj felső határát általában valamivel a maximális ózonkoncentráció rétege alatt határozzák meg - a sztratoszférában 20-25 km magasságban. Néha függőleges kiterjedése 70-80 km magasságban a mezopauzaig szűkül vagy tágul. A földrajzi héj alsó határa a kéreg alatti rétegben található, valamivel a „Mohorovic felszín” alatt.

BAN BEN földrajzi művek, amelyet a földrajzi burkolatnak szenteltek, a bioszférát régóta élő szervezetek vagy szerves anyagok gyűjteményének tekintik. Ezzel a megközelítéssel a bioszféra mint bolygóképződmény jellemzőit nem vették teljes mértékben figyelembe. BAN BEN modern ötlet geográfusok szerint a „bioszféra” fogalma csak egy privát, biocentrikus szemléletet tükröz földrajzi boríték, amely a Föld egyetlen bolygószintű georendszere (Isachenko, 1991).

A légkörben az élet eloszlásának felső határa láthatóan nem annyira meghatározott alacsony hőmérsékletek mekkora a sugárzás pusztító hatása. Így a virágzó és gymnosperm növények pollenje, gombák, mohák, páfrányok és zuzmók spórái, baktériumok és protozoon szervezetek folyamatosan vagy szezonális ritmussal jelen vannak a levegőben. Szárazföldön és vizeken, esőben, hóban, felhőben és ködben pollen és spórák mellett mikroorganizmusokat is találtak. A teljes levegő környezet életképes pollen, spórák és mikroorganizmusok szuszpenziója, amelyek tartalma a magassággal csökken. A keletkezett sugárzás intenzitása kozmikus sugarak, 9 km-es magasságban több tízszer nagyobb, mint a tengerszinten, 15-18 km-es magasságban pedig több százszorosára nő. A mikroorganizmusok nagy magasságban történő eloszlását korlátozza a Napból érkező kemény ultraibolya sugárzás, amely minden élőlényt elpusztít.

A földi élet sugárzás elleni védelmében a fő jelentősége az ózoné, amelynek nagy része ózonszféra réteg formájában 10-50 km magasságban helyezkedik el, maximális koncentrációja 20-25 km magasságban (az ún. -úgynevezett ózonképernyő). Az ózonoszférában az ózon elhanyagolható mennyiségben található: rétegének vastagsága 101,3 mPa nyomáson és 0 °C hőmérsékleten az egész Földön átlagosan 2,5-3 mm, az egyenlítői régiókban körülbelül 2, és magas szélességi fokok- 4 mm-ig. Az ózon nagyon intenzíven nyeli el a 290 nm-nél kisebb hullámhosszú sugárzást a spektrális tartományban. Ezért a napsugárzás biológiailag legaktívabb része nem éri el a földfelszínt.

V. I. Vernadsky megjegyezte, hogy a bioszféra határait elsősorban az élet létezésének területe határozza meg, vagyis az a mező, ahol lehetséges az élőlények szaporodása. Elmondható, hogy a teljes troposzféra, amelynek magassága a sarki szélességeken 8-10 km, az egyenlítőn pedig 16-18 km, nagyobb, ill. kisebb mértékben ideiglenesen vagy tartósan benne tartózkodó élőlények lakják. Már a tropopauzában élesen megváltoznak a bioszféra fizikai és hőmérsékleti jellemzői, különösen az intenzív turbulens keveredés leáll. légtömegek. A tropopauza felett elhelyezkedő sztratoszféra aligha alkalmas mikroorganizmusok létezésére. A bioszféra, vagyis az élet létmezőjének felső határa egészen jól látható a tropopauzában. A spórák és mikroorganizmusok bejutásának felső határa, amely meghatározza az „élet stabilitásának mezőjét” (élő szervezetek léteznek, de nem szaporodnak), a sztratoszféra felső határáig lehetséges.

Így az élő szervezetek elterjedési területe elsősorban a troposzférára korlátozódik. Például a sasok repülésének felső határa 7 km-es magasságban van; növények be hegyi rendszerekés a levegőben lévő rovarok nem gyakoriak 6 km felett; az állandó emberi tartózkodás felső határa 5, az általa művelt területek 4,5 km, az erdők a trópusok hegyrendszereiben nem nőnek 4 km fölé.

A troposzféra egy légkör, amelyben csak az élőlények mozgása megy végbe, gyakran speciálisan ehhez alkalmazkodó szervek segítségével. Úgy tűnik, nincs igazi aeroplankton, amely állandóan a levegőben él és szaporodik. BAN BEN másképp a troposzféra egy „zselé” lenne, amely maximálisan telített mikroorganizmusokkal. Az élőlények teljes fejlődési ciklusukat, beleértve a szaporodást is, csak a litoszférában és a hidroszférában, valamint a határokon hajtják végre. levegő környezet ezekkel a kagylókkal.

A légkör és a sztratoszféra felső rétegei, amelyekbe mikroorganizmusok kerülhetnek, valamint a leghidegebb és legmelegebb területek földgolyó, ahol az organizmusok csak nyugalmi állapotban létezhetnek, parabioszférának nevezzük (J. Hutchinson szerint).

A bioszféra teljesen magában foglalja a hidroszférát - tavakat, folyókat, tengereket és óceánokat. A tengerekben és óceánokban az élet legnagyobb koncentrációja az eufotikus zónában korlátozódik, ahová a napfény behatol. Mélysége általában nem haladja meg a 200 métert a tengerekben és a kontinentális édesvízi medencékben. Ebben a zónában, ahol a fotoszintézis lehetséges, minden fotoszintetikus organizmus koncentrálódik, és elsődleges biológiai termékek keletkeznek.

A 200 m mélységben kezdődő diszfotikus zónát teljes sötétség és a fotoszintetikus növények hiánya jellemzi. Ő képviseli vízi környezetélőhelyek az aktívan mozgó állatok számára. Ugyanakkor elhalt növények, ürülékek és állati tetemek hullanak rajta keresztül folyamatos folyamban a tengerek és óceánok fenekére.

A bioszféra alsó, litoszférikus határáról még nincs egyértelmű elképzelés. A legtöbb bioszférával foglalkozó munka azt jelzi, hogy a bioszféra alsó határa a kontinenseken átlagosan 2-3 km. Itt a mélyebb rétegekhez képest alacsony hőmérséklet és nyomás mellett, de élő szervezetek (mikroorganizmusok) és víz részvételével a kémiai elemek migrációja leáll. Mikrobiológiai vizsgálatok azt mutatják, hogy az olajat körülvevő formációs vizekben is jelen vannak mikroorganizmusok, bár maga az olaj steril. Az óceánok alatt a bioszféra litoszféra határa 0,5-1,0 km-re, és talán 3,0 km-rel a fenekük alá nyúlik! Az életnek a litoszférába való mélyebb behatolásáról az intenzív fúrási munkák ellenére még nincs megbízható információ.

A troposzférában és a litoszférában az anyag szilárd, folyékony és gázfázisa kölcsönhatásba lép mindenre természetes folyamatok. A földgömbnek a légkör határán lévő héját, a hidrolitoszférát, amelyen a bolygó élőanyaga összpontosul, biogeoszférának nevezik (szinonimák: „életfilm” (V. I. Vernadsky), „epigenema”, „vitaszféra”. ” - az élet szférája (A. I. Tyuryukanov és V. D. Aleksandrova), „fotogeoszféra” (E. M. Lavrenko), „fitoszféra” (V. B. Szochava)). A „biogeoszféra” fogalma tartalmilag közel áll F. N. Milkov „táj borítékának” fogalmához. Csak a biogeoszférában lehetséges állandó jelenlét az ember és átfogó tevékenységei.

A bioszféra az élőlények élőhelye. Az élet keletkezése szorosan összefügg a földhéjak fejlődésével. Körülbelül 4 milliárd éve kezdődött kialakulása, ekkor jelentek meg bolygónkon az élet első jelei.

A bioszféra kialakulása és annak fokozatos kialakulása számos tényező hatása miatt: a kozmikus energia hatása a Földre, az élő szervezetek és az emberiség fejlődése.

A bioszféra kifejezést Suess osztrák tudós vezette be még a 19. században, ő azonosította a Föld összes héját, de részletes leírást készített róluk a 20. században. hazai tudós V.I. Vernadszkij (az Ukrán Tudományos Akadémia első elnöke). Leírta a bioszféra határait, és kidolgozta a bioszféra egységes doktrínáját.

A bioszféra tulajdonságai, amelyek az élet kialakulásához és fennmaradásához szükségesek

• CO 2 és oxigén rendelkezésre állása;
• a víz a földi élet forrása, édes és sós víztestek jelenléte egyaránt;
• hőmérséklet szabályozás: nincs hirtelen változás, ultra-magas és alacsony értékek;
• minden élőlény ellátása élelmiszerrel;

Még mindig nincs egységes definíció. A bioszféra három változata létezik:

1. A Föld héjában élő összes élőlény össztömege a bioszféra.
2. Az élőlények és azok a helyek, ahol együtt élnek, alkotják a bioszférát.
3. Ez a jóval napjaink előtt élt lények hosszú életének a következménye.

A geológusok az első álláspontot tartják helyesnek, mivel a többinek nincs elméleti alátámasztása.

A bioszféra a Föld teljes felületére kiterjed (hegyek, mezők, folyók, tengerek, óceánok), és feltételeket teremt minden élőlény életéhez. Az ember is alkotóelem.

Határok

A bioszféra határai km-ben

Hogyan határozzák meg a bioszféra határait?

Mivel az Élő a bioszféra fő alkotóeleme, határait az egyedek környezeti körülmények közötti túlélési képessége határozza meg. BAN BEN felső rétegek az ultraibolya gyógyulás nem teszi lehetővé az élő szervezetek fejlődését - ez határozza meg a bioszféra felső határát. Magas hőmérséklet a föld mélyén megállapítják az élet alsó határát.

Légkör– a földgömb légrétege, nitrogénből, oxigénből, szén-dioxidból stb. áll. Megvédi a Földet a túlmelegedéstől, akció kozmikus sugárzás, ultraibolya sugárzás, meteoritok. A légkör két részre oszlik: troposzféra, sztratoszféra és ionoszféra.

Troposzféra(a föld ózonrétege) a bioszféra felső határa, 20 km-es magasságban található.

Sztratoszféra– 50 km-es tengerszint feletti magasságban található, a levegő elvékonyodik, felmelegszik, növekszik az ózonkoncentráció, életre alkalmatlanná válnak a körülmények.

Ionoszféra – felszíni réteg légkör, érzékeny a befolyásra kozmikus sugárzás ezért erősen ionizált.

Litoszféra – földkéreg, szilárd réteg, amely 200 km mélységig megy. A bioszféra az élő szervezetek által lakott felső szférára utal. A litoszféra alsó határa eléri a 4 km-t, azt a mélységet, ahol a baktériumokat találták. Ha lejjebb esik, a hőmérséklet emelkedik, eléri a 100 fokot, ami összeegyeztethetetlen az élő szervezetek létezésével, fehérje denaturálódik, és minden élőlény elpusztul.

Hidroszféra– felszíni és felszín alatti vizek halmaza. Ez bolygónk egyik héja, amely kontinenseket és szigeteket vesz körül, és a Föld felszínének 70%-át teszi ki. A bioszféra alsó határa körülbelül 11 km-es mélységben található. (a csendes-óceáni térségben).

A bioszféra rétegei

Eubioszféra– a bioszféra fő rétege. Az élőlények 99,9%-a állandóan lakik ezt a réteget. Az eubioszféra szélessége 12-17 km.

Parabioszféra, metabioszféra– az eubioszférából hozzák a biszféra felső és alsó rétegét, ahová véletlenül esik az élet.

ApobioszféraÉs abioszféra- a legfelső és legalsó rétegek, ahová még véletlenül sem tud belépni az élet.

Az élő szervezetek élőhelyétől függően megkülönböztetik őket:

• Aerobioszféra(az élet a légköri nedvesség és a napenergia hatására megy végbe, a fák tetejétől a sztratoszféráig);
• geobioszféra(az élőlények a talajban, földfelszínen, fákon élnek);
• hidrobioszféra(valamennyi hidrobiontok által lakott vízszerkezet, a talajvíz kivételével).

A bioszféra szerkezete és összetétele

Élő anyag Vernadsky leírta, hogyan teljes szám a bolygón egy adott időpontban élő összes élő szervezet.

Alaptulajdonságok:

• Koncentrál nagy mennyiség energia;
• a reakciók sebessége egy élő szervezetben gyorsabb, mint a mesterségesen létrehozott körülmények között;
• az élő anyag összetevői csak életképes szervezetben stabilak;
• különböző körülmények között való létezés képessége, minden teret kitöltve. Vernadsky ezt a jelenséget „az élet mindenütt jelenvalóságának” nevezte;
• az egyének mindig egy ökoszisztéma részei;
• az élő anyag fejlődik, új tulajdonságokat szerez, és alkalmazkodik a külső környezet változékonyságához.

Tápláló- az élőlények létfontosságú tevékenységének termékei. Az élőlények életük során többször áthaladnak a bioszféra összes alkotóelemén, így keletkeznek olaj-, gáz-, szén-, tőzeg- stb. lerakódások.

Inert anyag– élő anyag (nem biogén kőzetek, ásványok) részvétele nélkül jön létre.

Bioinert anyag– élő és élettelen dolgok (víz, talajlégkör, talaj) kölcsönhatása révén jön létre.

Az élő anyag nem egyenletesen oszlik el a Föld hatalmas területein, koncentrációja az egyenlítői sík közelében növekszik, a bolygó sarkain kevés az élet.

Az élő szervezetek akkumulációi a bioszféra rétegeinek határain helyezkednek el: az óceán fenekén - határ van a litoszféra és a hidroszféra között, felszíni vizek A világ óceánjai a határ a hidroszféra és az atmoszféra között, a litoszféra és a légkör határán van a talaj - mikroorganizmusok, rovarok és más állatok élőhelye. Ezek a helyek kedvező feltételeket teremtenek a létezéshez: magas koncentráció oxigén, napfény, nedvesség, tápanyagok hozzáférése.

Az élőlények fajainak aránya a növényzet túlsúlyát mutatja, az összes élőlény 99%-át foglalja el, az állatok - 1%, az emberek - 0,0002%.

A bioszféra funkciói

Energia– a napsugárzás felhalmozódása a fotoszintézis folyamata során (energiaátvitel napfény növényi pigmentek felhasználásával szerves kapcsolatokat) és átalakulása, majd eloszlása ​​az összes élő szervezet között.

Gázképző- stabil tartás gázösszetétel atmoszféra (oxigénkibocsátás, szén-dioxid abszorpció).

Koncentráció- koncentrálódik a szervezetben vegyi anyagok, ezt követően ásványokat képezve.

Az anyag körforgása a bioszférában

A növények használata ásványok a talajból gyökerek segítségével vizet adszorbeál, napenergiát dolgoz fel, szervetlenekből szerves anyagokat képez, légköri levegő A levelek abszorbeálják a szén-dioxidot, és fotoszintézis révén oxigént szabadítanak fel.

Az állatok és az emberek oxigént lélegeznek be, és szerves anyagokat használnak növények alkotják. A halál után a növények és állatok szerves anyagainak felhalmozódása mikroorganizmusok hatására lebomlik, és szervetlen állapotba kerül.

Az energia és az anyag átalakulásának folyamata újra kezdődik – ez az élet körforgása.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete