Tots els éssers vius del planeta Terra entren en contacte estret entre ells i amb el medi ambient, formant així ecosistemes. Aquestes comunitats d'organismes que interactuen no estan aïllades entre si. Estan interconnectats per diverses relacions, principalment l'alimentació. La totalitat dels ecosistemes formen un únic ecosistema planetari, que s'anomena biosfera. Aquest article tindrà en compte l'estructura de la biosfera, la seva composició i les funcions principals.
Ciència
Aquest concepte va ser introduït per primera vegada a la ciència per J. B. Lamarck l'any 1803 i significava la totalitat de tots els organismes vius del planeta Terra. A finals del segle XIX, el terme "biosfera" va ser utilitzat per J. Zuse, que va incloure la matèria inanimada de les roques sedimentàries en l'estructura de la biosfera. La doctrina de la biosfera va aparèixer l'any 1926, quan V. I. Vernadsky va resumir una gran quantitat d'informació científica, d'una manera o altra.il·lustrant la relació entre la matèria viva i la no viva. El científic va poder demostrar que el nostre planeta no només està habitat per organismes vius, sinó que també està sent transformat activament per ells. A més, segons Vernadsky, la intervenció humana en els processos naturals és tan significativa que es pot parlar de la noosfera, una nova fase en el desenvolupament de la biosfera. Actualment, la ciència de la biosfera combina dades de diferents camps del coneixement. Entre ells hi ha la biologia, la química, la geologia, la climatologia, l'oceanologia, les ciències del sòl i altres.
L'estructura de la biosfera és tal que els organismes vius poden mantenir independentment la composició necessària del sòl, l'atmosfera i la hidrosfera. Tenen un paper ambiental clau. A partir d'això, els científics van plantejar la hipòtesi que el sòl i l'aire van ser creats pels mateixos organismes vius durant centenars de milions d'anys d'evolució. Després d'haver estudiat les similituds en l'estructura de les roques geològiques que es troben més profundes que el Cambrià, amb les roques posteriors, Vernadsky va suggerir que la vida al planeta existia en la forma dels organismes més simples gairebé des del principi. Més tard, els geòlegs van demostrar la fal·làcia d'aquesta hipòtesi.
Com que el sol és la base energètica per a l'existència de tota la vida a la Terra, la biosfera es pot considerar com una closca, l'estructura i la composició de la qual es formen a causa de l'activitat conjunta dels organismes vius i estan determinades per l'afluència d'energia solar. Ara familiaritzem-nos amb l'estructura de la biosfera de la Terra.
Vius i no vius
Tenint en compte, en primer lloc, la composició i l'estructura de la biosferaval a dir que està format per matèria viva i no viva (matèria inert). La major part dels organismes vius es concentra en tres capes geològiques de la Terra: l'atmosfera (capa d'aire), la hidrosfera (oceans, mars, etc.) i la litosfera (capa superior de roca). No obstant això, aquestes petxines estan distribuïdes de manera desigual a l'ecosistema més gran. Així, la hidrosfera està totalment representada a l'estructura de la biosfera, mentre que la litosfera i l'atmosfera estan representades parcialment (capes superior i inferior, respectivament).
El component no viu de la biosfera consta de:
- Substància biogènica, que és un producte de l'activitat vital dels organismes vius. Inclou: carbó, petroli, torba, pedra calcària natural, gas, etc.
- Substància bioinert, que és un resultat conjunt de l'activitat vital dels organismes i processos no biològics. Això inclou: terra, llim, dipòsits d'aigua, etc.
- Substància inert, que està inclosa en el cicle biològic, però no és producte de l'activitat vital dels organismes vius. Aquest grup inclou: aigua, sals metàl·liques, nitrogen atmosfèric, etc.
Límits de la biosfera
Conceptes com la composició, l'estructura i els límits de la biosfera estan estretament relacionats entre si. Malgrat que s'han trobat bacteris i espores a altituds de fins a 85 quilòmetres, es creu que el límit superior de la biosfera és de 20-25 km. A gran altitud, la concentració de matèria viva és insignificant a causa de la forta influència de la radiació solar.
A la hidrosfera, la vida és present a tot arreu. I fins i tot a la fossa de les Mariannes, la profunditat de la qual és d'11 km, el científicde França, J. Picard va observar no només invertebrats, sinó també peixos. Bacteris, algues, foraminífers i crustacis viuen sota més de 400 metres de gel antàrtic. Els bacteris es troben sota una capa quilòmetre de llim i a les aigües subterrànies. No obstant això, la major concentració d'éssers vius s'observa a una profunditat de fins a 3 km. Per tant, els límits i l'estructura de la biosfera en diferents parts del planeta poden ser diferents.
Atmosfera, litosfera i hidrosfera
L'atmosfera es compon principalment d'oxigen i nitrogen. Conté petites quantitats d'argó, diòxid de carboni i ozó. La vida tant de les criatures terrestres com aquàtiques depèn de l'estat de l'atmosfera. L'oxigen és necessari per a la respiració dels organismes vius i la mineralització de les substàncies orgàniques moribundes. Bé, les plantes fan servir el diòxid de carboni per a la fotosíntesi.
La litosfera té un gruix de 50 a 200 km, però, el nombre principal d'espècies d'organismes vius es concentra a la seva capa superior de diverses desenes de centímetres de gruix. La propagació de la vida a les profunditats de la litosfera està limitada a causa d'una sèrie de factors, els principals dels quals són: manca de llum, alta densitat de la temperatura mitjana i alta. Així, el límit inferior de la distribució de la vida a la litosfera és una profunditat de 3 km, a la qual es van trobar alguns tipus de bacteris. Per ser justos, cal assenyalar que no vivien a terra, sinó a horitzons d'aigua subterrània i petroli. El valor de la litosfera rau en el fet que dóna vida a les plantes, nodrint-les amb totes les substàncies necessàries.
Hidrosferaés un component essencial de la biosfera. Al voltant del 90% del subministrament d'aigua cau a l'oceà mundial, que ocupa el 70% de la superfície del planeta. Conté 1.300 milions de km3 i els rius i llacs contenen 0,2 milions de km3 d'aigua. El factor més important en l'activitat vital de l'organisme és el contingut d'oxigen i diòxid de carboni a l'aigua.
Nombres fascinants
La composició, l'estructura i les funcions de la biosfera sorprenen per la seva escala. Ara coneixerem alguns fets interessants. L'aigua conté 660 vegades més diòxid de carboni que l'aire. A la terra, preval la diversitat del món vegetal, i al mar, el món animal. El 92 per cent de tota la biomassa terrestre són plantes verdes. A l'oceà, el 94% són microorganismes i animals.
De mitjana, una vegada cada vuit anys, la biomassa de la Terra es renova. Les plantes terrestres necessiten 14 anys per a això, les plantes oceàniques - 33 dies. Caldrà 3.000 anys perquè tota l'aigua del planeta passi a través dels organismes vius, l'oxigen, fins a 5.000 anys, i el diòxid de carboni, 6 anys. Per al nitrogen, el carboni i el fòsfor, aquests cicles són encara més llargs. El cicle biològic no està tancat: aproximadament el 10% de la matèria viva passa als dipòsits sedimentaris i als enterraments.
La biosfera només representa el 0,05% de la massa del nostre planeta. Ocupa aproximadament el 0,4% del volum de la Terra. La massa dels éssers vius és només el 0,01-0,02% de la massa de matèria inert, però, tenen un paper molt important en els processos geoquímics.
Es produeixen 200.000 milions de tones de pes sec orgànic anualment i enLa fotosíntesi absorbeix 170.000 milions de tones de diòxid de carboni. En el procés d'activitat vital dels microorganismes, 6.000 milions de tones de nitrogen i 2.000 milions de tones de fòsfor, així com una gran quantitat de ferro, magnesi, sofre, calci i altres elements participen cada any en el cicle biogènic. Durant aquest temps, la humanitat produeix uns 100.000 milions de tones de minerals.
Al llarg de la seva vida, els organismes contribueixen de manera important a la circulació de substàncies, estabilitzant i transformant la biosfera, les propietats i l'estructura de la qual fan pensar en la presència de poders superiors.
Funció energètica
Després de familiaritzar-nos amb l'estructura i la composició de la biosfera, passem a les seves funcions. Comencem per l'energia. Com sabeu, les plantes absorbeixen la radiació solar i saturen la biosfera amb energia vital. Aproximadament el 10% de la llum captada és utilitzada pels productors per a les seves necessitats (principalment per a la respiració cel·lular). Tota la resta es distribueix a través de les cadenes alimentàries per tots els ecosistemes de la biosfera. Part de l'energia es conserva a les entranyes de la terra, saturant-les amb el seu poder (carbó, petroli, etc.).
Fins i tot tenint en compte breument les funcions i l'estructura de la biosfera, sempre destaquen la funció redox com a subespècie d'energia. En ser productors, els bacteris quimiosintètics poden extreure energia de les reaccions d'oxidació i reducció de compostos inorgànics. En el procés d'oxidació del sulfur d'hidrogen, els bacteris del sofre s'alimenten d'energia i el ferro (de 2-valent a 3-valent) - bacteris de ferro. Nitrificant també no seure senseassumptes. Oxiden els compostos d'amoni a nitrats i nitrits. És per això que els agricultors fertilitzen els seus camps amb compostos d'amoni, que no són absorbits per les plantes soles. Quan s'abona directament el sòl amb nitrats, els teixits d'emmagatzematge de les plantes estan sobresaturats d'aigua, la qual cosa comporta un deteriorament del seu gust i un augment del risc de mal alties digestives en els qui els mengen.
Funció de formació del medi ambient
Els organismes vius formen el sòl i també regulen la composició de l'aire i les closques d'aigua de la terra. Si la fotosíntesi no existís al planeta, el subministrament d'oxigen atmosfèric s'esgotaria en 2000 anys. A més, literalment en un segle, a causa d'un augment de la concentració de diòxid de carboni a l'aire, els organismes començarien a morir. En un dia, un bosc pot absorbir fins a un 25% del diòxid de carboni d'una capa d'aire de 50 metres. Un arbre de mida mitjana pot proporcionar oxigen a quatre persones. Una hectàrea de bosc caducifoli, situada prop de la ciutat, reté anualment unes 100 tones de pols. El llac Baikal, famós per la seva claredat cristal·lina, ho és gràcies als petits crustacis que el "filtren" tres vegades a l'any. I aquests són només alguns exemples de com els organismes vius regulen la composició de les substàncies a la biosfera.
Funció de concentració
Els éssers vius, i especialment els microorganismes, són capaços de concentrar molts elements químics que es troben a la biosfera. Gairebé el 90% de nitrogen del sòlsón el resultat de l'activitat de les algues blau-verdoses. Els bacteris poden concentrar ferro (per exemple, oxidant el bicarbonat soluble en aigua a hidròxid dipositat al seu entorn), manganès i fins i tot plata. Aquesta característica sorprenent va permetre als científics creure que és gràcies als microorganismes que hi ha tants dipòsits metàl·lics a la terra.
En alguns països, elements com el germani i el seleni s'extreuen de les plantes. Les algues fucus poden acumular 10.000 vegades més titani del que conté l'aigua de mar que l'envolta. Cada tona d'algues marrons conté diversos quilograms de iode. El roure australià acumula alumini, pi - beril·li, bedoll - bari i estronci, làrix - niobi i manganès, i el tori es concentra en tremols, cireres d'aus i avets. A més, algunes plantes fins i tot "recollien" metalls preciosos. Per tant, en 1 tona de cendra d'absenc hi pot haver fins a 85 grams d'or!
Funció destructiva
L'estructura química de la biosfera de la Terra i el seu entorn implica no només processos creatius, sinó també destructius. Tanmateix, també tenen un paper important en la regulació de les substàncies al planeta. Amb la vida activa dels organismes vius es produeix la mineralització de residus orgànics i la meteorització de les roques. Els bacteris, els fongs, les algues blau-verdoses i els líquens poden trencar les roques dures alliberant àcids carbònic, nitrós i sulfúric. Els compostos corrosius també alliberen arrels dels arbres. Hi ha bacteris que fins i tot poden destruir el vidre i l'or.
Funció de transport
Tenint en compte l'estructura ifuncions de la biosfera, no es pot perdre de vista la transferència de massa de matèria. Un arbre aixeca l'aigua de la terra a l'atmosfera, un talp llança la terra cap amunt, un peix neda contra corrent, un eixam de llagostes migra, tot això és una manifestació de la funció de transport de la biosfera.
La matèria viva pot fer un treball geològic enorme, formant una nova imatge de la biosfera i participant activament en tots els seus processos.
Per separat val la pena destacar el procés de formació de les roques sedimentàries. La primera etapa d'aquest procés és la meteorització: la destrucció de les capes superiors de la litosfera sota l'acció de l'aire, el sol, l'aigua i els microorganismes. Introduint-se a la roca, les arrels de les plantes poden destruir-la. L'aigua que es filtra a les esquerdes que formen les arrels es dissol i s'emporta la substància. Això es deu als components corrosius de la planta. Els líquens són especialment abundants en àcids orgànics. Per tant, la meteorització física es produeix juntament amb la meteorització química.
A causa de la mort dels organismes plànctons, es dipositen fins a 100 milions de tones de pedra calcària anualment al fons dels oceans del món. Molts d'ells són d'origen químic, trobant-se, per exemple, a la zona de contacte entre les aigües subterrànies àcides i alcalines. Amb la mort de les algues unicel·lulars i els radiolaris, es formen llims que contenen silici que cobreixen centenars de milers de km2 del fons marí.
Funció de formació de sòls
Les propietats i l'estructura de la biosfera són tan completes que totes les seves funcions estan estretament relacionades. Així, la formació del sòl és una de les branques de l'intercanvi de massesi la formació ambiental, però es considera per separat per la seva importància. Durant la destrucció i el processament posterior de les roques per part dels microorganismes, es forma una closca de la terra solta i fructífera, anomenada sòl. Les arrels de les grans plantes extreuen elements minerals d'horitzons profunds, enriquint amb ells les capes superiors del sòl i augmentant la seva fecunditat. El sòl rep compostos orgànics de les arrels i tiges mortes de les plantes, així com dels excrements i les carcasses dels animals. Aquests compostos són aliment per als organismes del sòl que mineralitzen la matèria orgànica, produint diòxid de carboni, àcids orgànics i amoníac.
Els invertebrats, els insectes, així com les seves larves, tenen el paper més important en la formació d'estructura. Fan el sòl solt i adequat per a la vida vegetal. Els animals vertebrats (talps, musaranyas i altres) afluixen la terra, contribuint al creixement exitós dels arbustos. A la nit, l'aire comprimit refrigerat penetra al terra, que és necessari per a la respiració de les arrels i els microorganismes.
Una estructura tan sorprenent de la biosfera.
