Kõik planeedi Maa elusolendid puutuvad tihed alt üksteise ja keskkonnaga kokku, moodustades seeläbi ökosüsteeme. Need interakteeruvate organismide kogukonnad ei ole üksteisest isoleeritud. Neid seovad erinevad suhted, eelkõige toit. Ökosüsteemide kogum moodustab ühtse planeedi ökosüsteemi, mida nimetatakse biosfääriks. Selles artiklis käsitletakse biosfääri struktuuri, koostist ja põhifunktsioone.
Teadus
Selle mõiste tutvustas teaduses esmakordselt J. B. Lamarck aastal 1803 ja see tähendas kõigi planeedil Maa elavate organismide kogumit. 19. sajandi lõpus kasutas mõistet "biosfäär" J. Zuse, kes arvas settekivimite elutu ainese biosfääri struktuuri. Biosfääri doktriin ilmus 1926. aastal, kui V. I. Vernadski võttis ühel või teisel viisil kokku tohutu hulga teaduslikku teavet.illustreerib elusa ja eluta mateeria suhet. Teadlane suutis näidata, et meie planeedil ei asu mitte ainult elusorganismid, vaid ka need muutuvad aktiivselt. Lisaks on Vernadski sõnul inimese sekkumine looduslikesse protsessidesse niivõrd märkimisväärne, et võib rääkida noosfäärist – uuest faasist biosfääri arengus. Tänapäeval ühendab biosfääri teadus erinevate teadmiste valdkondade andmeid. Nende hulgas on bioloogia, keemia, geoloogia, klimatoloogia, okeanoloogia, mullateadus ja teised.
Biosfääri struktuur on selline, et elusorganismid suudavad iseseisv alt säilitada pinnase, atmosfääri ja hüdrosfääri vajaliku koostise. Nad mängivad keskkonnas võtmerolli. Selle põhjal püstitasid teadlased hüpoteesi, et pinnase ja õhu lõid elusorganismid ise sadade miljonite aastate pikkuse evolutsiooni käigus. Uurinud Kambriumi ajast sügavamal asuvate geoloogiliste kivimite struktuuri sarnasusi hilisemate kivimitega, väitis Vernadsky, et elu planeedil eksisteeris peaaegu algusest peale kõige lihtsamate organismide kujul. Hiljem tõestasid geoloogid selle hüpoteesi ekslikkust.
Kuna päike on Maal kogu elu eksisteerimise energeetiline alus, võib biosfääri vaadelda kui kest, mille struktuur ja koostis kujunevad välja elusorganismide ühistegevuse tulemusena ning on määratud päikeseenergia sissevool. Nüüd tutvume Maa biosfääri ehitusega.
Elav ja elutu
Arvestades ennekõike biosfääri koostist ja struktuuritasub tähele panna, et see koosneb elusast ja elutust ainest (inertsest ainest). Suurem osa elusorganisme on koondunud Maa kolme geoloogilisse kesta: atmosfäär (õhukiht), hüdrosfäär (ookeanid, mered jne) ja litosfäär (kivimi pealmine kiht). Need kestad paiknevad aga suurimas ökosüsteemis ebaühtlaselt. Seega on hüdrosfäär täielikult esindatud biosfääri struktuuris, samas kui litosfäär ja atmosfäär on esindatud osaliselt (vastav alt ülemine ja alumine kiht).
Biosfääri elutu komponent koosneb:
- Biogeenne aine, mis on elusorganismide elulise aktiivsuse saadus. Siia kuuluvad: kivisüsi, nafta, turvas, looduslik lubjakivi, gaas jne.
- Bioinertne aine, mis on organismide elutegevuse ja mittebioloogiliste protsesside ühistulemus. See hõlmab: pinnast, muda, veehoidlaid ja nii edasi.
- Inertne aine, mis sisaldub bioloogilises tsüklis, kuid ei ole elusorganismide elutegevuse produkt. Sellesse rühma kuuluvad: vesi, metallisoolad, õhulämmastik jne.
Biosfääri piirid
Sellised mõisted nagu biosfääri koostis, struktuur ja piirid on üksteisega tihed alt seotud. Vaatamata sellele, et baktereid ja eoseid on leitud kuni 85 kilomeetri kõrguselt, arvatakse, et biosfääri ülempiir on 20-25 km. Suurtel kõrgustel on elusaine kontsentratsioon päikesekiirguse tugeva mõju tõttu tühine.
Hüdrosfääris on elu kõikjal. Ja isegi Mariaani süvikus, mille sügavus on 11 km, on teadlanePrantsusma alt vaatles J. Picard mitte ainult selgrootuid, vaid ka kalu. Bakterid, vetikad, foraminifera ja koorikloomad elavad enam kui 400 meetri sügavuse Antarktika jää all. Baktereid leidub kilomeetrise mudakihi all ja põhjavees. Sellest hoolimata täheldatakse elusolendite suurimat kontsentratsiooni kuni 3 km sügavusel. Seega võivad biosfääri piirid ja struktuur planeedi eri osades olla erinevad.
Atmosfäär, litosfäär ja hüdrosfäär
Atmosfäär koosneb peamiselt hapnikust ja lämmastikust. See sisaldab vähesel määral argooni, süsinikdioksiidi ja osooni. Nii maismaa- kui ka veeloomade eluiga sõltub atmosfääri seisundist. Hapnik on vajalik elusorganismide hingamiseks ja surevate orgaaniliste ainete mineraliseerimiseks. Noh, süsinikdioksiidi kasutavad taimed fotosünteesiks.
Litosfääri paksus on 50–200 km, kuid põhiline arv elusorganisme on koondunud selle mitmekümne sentimeetri paksusesse ülemisse kihti. Elu levik sügavale litosfääri on piiratud mitmete tegurite tõttu, millest peamised on: valguse puudumine, keskmise tihedus ja kõrge temperatuur. Seega on elu leviku alumiseks piiriks litosfääris 3 km sügavus, millest leiti teatud tüüpi baktereid. Aus alt öeldes tuleb märkida, et nad ei elanud maa sees, vaid põhjavee- ja naftahorisondis. Litosfääri väärtus seisneb selles, et see annab taimedele elu, toites neid kõigi vajalike ainetega.
Hüdrosfääron biosfääri oluline komponent. Umbes 90% veevarust langeb Maailma ookeanile, mis katab 70% planeedi pinnast. See sisaldab 1,3 miljardit km3 ning jõgedes ja järvedes on 0,2 miljonit km3 vett. Organismi elutegevuse olulisim tegur on hapniku ja süsihappegaasi sisaldus vees.
Põlenvad numbrid
Biosfääri koostis, struktuur ja funktsioonid üllatavad oma ulatusega. Nüüd saame teada mõned huvitavad faktid. Vesi sisaldab 660 korda rohkem süsihappegaasi kui õhk. Maal valitseb taimemaailma mitmekesisus ja merel - loomamaailm. 92 protsenti kogu maismaal olevast biomassist moodustavad rohelised taimed. Ookeanis on 94% mikroorganismid ja loomad.
Keskmiselt kord kaheksa aasta jooksul uueneb Maa biomass. Maismaa taimed vajavad selleks 14 aastat, ookeanitaimed - 33 päeva. Kogu maakera vee läbimine elusorganismidest võtab aega 3000 aastat, hapnikul kuni 5000 aastat ja süsinikdioksiidil 6 aastat. Lämmastiku, süsiniku ja fosfori puhul on need tsüklid veelgi pikemad. Bioloogiline tsükkel ei ole suletud – umbes 10% elusainest läheb setetesse ja matmistesse.
Biosfäär moodustab ainult 0,05% meie planeedi massist. See hõivab umbes 0,4% Maa mahust. Elusolendite mass moodustab ainult 0,01–0,02% inertse aine massist, kuid neil on geokeemilistes protsessides väga oluline roll.
200 miljardit tonni orgaanilist kuivmassi toodetakse aastas ja aastalFotosüntees neelab 170 miljardit tonni süsinikdioksiidi. Mikroorganismide elutähtsa aktiivsuse protsessis osaleb biogeenses tsüklis igal aastal 6 miljardit tonni lämmastikku ja 2 miljardit tonni fosforit, samuti tohutul hulgal rauda, magneesiumi, väävlit, k altsiumi ja muid elemente. Selle aja jooksul toodab inimkond umbes 100 miljardit tonni mineraale.
Oma elu jooksul annavad organismid olulise panuse ainete ringlusse, stabiliseerivad ja transformeerivad biosfääri, mille omadused ja struktuur panevad mõtlema kõrgemate jõudude olemasolule.
Energiafunktsioon
Pärast biosfääri ehituse ja koostisega tutvumist liigume edasi selle funktsioonide juurde. Alustame energiast. Nagu teate, neelavad taimed päikesekiirgust ja küllastavad biosfääri elutähtsa energiaga. Ligikaudu 10% püütud valgusest kasutavad tootjad oma vajadusteks (peamiselt rakuhingamiseks). Kõik muu jaotub toiduahelate kaudu kõigis biosfääri ökosüsteemides. Osa energiast säilib maa sooltes, küllastades neid oma jõuga (kivisüsi, nafta jne).
Isegi biosfääri funktsioone ja struktuuri lühid alt arvestades toovad nad alati välja redoksfunktsiooni energia alamliigina. Olles tootjad, võivad kemosünteetilised bakterid ammutada energiat anorgaaniliste ühendite oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonidest. Vesiniksulfiidi oksüdatsiooni protsessis toituvad väävlibakterid energiast ja raud (2-valentsest kuni 3-valentseni) - rauabakterid. Nitrifitseerivad ka ei istu ilmaasjadest. Nad oksüdeerivad ammooniumiühendid nitraatideks ja nitrititeks. Seetõttu väetavad põllumehed põldu ammooniumiühenditega, mida taimed iseenesest ei omasta. Mulda otse nitraatidega väetades küllastuvad taimede säilituskuded veega üle, mis toob kaasa nende maitseomaduste halvenemise ja nende sööjatel seedehaiguste riski suurenemise.
Keskkonda kujundav funktsioon
Elusorganismid moodustavad pinnase ning reguleerivad ka maa õhu- ja veekihtide koostist. Kui planeedil fotosünteesi ei eksisteeriks, kuluks õhuhapniku varu 2000 aastaga ära. Lisaks hakkasid organismid sõna otseses mõttes ühe sajandi jooksul süsinikdioksiidi kontsentratsiooni suurenemise tõttu õhus surema. Ühe ööpäevaga suudab mets omastada kuni 25% süsihappegaasi 50-meetrisest õhukihist. Keskmise kasvuga puu suudab hapnikuga varustada nelja inimest. Linna lähedal asuv hektar lehtmetsa hoiab aastas kinni umbes 100 tonni tolmu. Baikali järv, mis on kuulus oma kristallselguse poolest, on tänu väikestele koorikloomadele, kes seda kolm korda aastas “filtreerivad”. Ja need on vaid mõned näited sellest, kuidas elusorganismid reguleerivad ainete koostist biosfääris.
Keskendumisfunktsioon
Elusolendid ja eriti mikroorganismid on võimelised koondama paljusid biosfääris leiduvaid keemilisi elemente. Peaaegu 90% mulla lämmastikkuon sinivetikate tegevuse tulemus. Bakterid võivad kontsentreerida rauda (näiteks oksüdeerides vees lahustuva vesinikkarbonaadi keskkonda ladestunud hüdroksiidiks), mangaani ja isegi hõbedat. See hämmastav omadus võimaldas teadlastel uskuda, et tänu mikroorganismidele on maa peal nii palju metallisademeid.
Mõnes riigis ekstraheeritakse taimedest selliseid elemente nagu germaanium ja seleen. Fucus vetikad võivad koguda 10 000 korda rohkem titaani, kui seda ümbritsevas merevees sisaldub. Iga tonn pruunvetikaid sisaldab mitu kilogrammi joodi. Austraalia tamm akumuleerib alumiiniumi, mänd - berüllium, kask - baarium ja strontsium, lehis - nioobium ja mangaan ning toorium on koondunud haabasse, linnukirssi ja kuuski. Lisaks sellele "koguvad" mõned taimed isegi väärismetalle. Seega võib 1 tonnis koirohutuhas olla kuni 85 grammi kulda!
Destruktiivne funktsioon
Maa biosfääri ja selle keskkonna keemiline struktuur ei hõlma mitte ainult loovaid, vaid ka hävitavaid protsesse. Kuid neil on ka suur roll planeedi ainete reguleerimisel. Elusorganismide aktiivse eluga toimub orgaaniliste jääkide mineraliseerumine ja kivimite murenemine. Bakterid, seened, sinivetikad ja samblikud võivad süsi-, lämmastik- ja väävelhapet vabastades kõvasid kive lagundada. Söövitavad ühendid vabastavad ka puujuuri. On baktereid, mis võivad isegi klaasi ja kulda hävitada.
Transpordifunktsioon
Arvestades struktuuri jabiosfääri funktsioonide täitmisel ei saa unustada aine massiülekannet. Puu tõstab maast vett atmosfääri, mutt paiskab maa üles, kala ujub vastuvoolu, jaaniussiparv rändab – kõik see on biosfääri transpordifunktsiooni ilming.
Elusaine võib teha tohutut geoloogilist tööd, kujundades biosfäärist uue kuvandi ja osaledes aktiivselt kõigis selle protsessides.
Eraldi väärib märkimist settekivimite tekkeprotsess. Selle protsessi esimene etapp on ilmastiku mõju – litosfääri ülemiste kihtide hävimine õhu, päikese, vee ja mikroorganismide toimel. Kivi sisse tungides võivad taimede juured selle hävitada. Juurtest tekkinud pragudesse imbunud vesi lahustub ja kannab aine minema. See on tingitud taime söövitavatest komponentidest. Eriti palju on samblikes orgaanilisi happeid. Seega toimub füüsiline murenemine koos keemilise ilmaga.
Planktoniorganismide hukkumise tõttu ladestub maailmamere põhja aastas kuni 100 miljonit tonni lubjakivi. Paljud neist on keemilise päritoluga, olles näiteks happelise ja aluselise põhjavee kokkupuutealal. Üherakuliste vetikate ja radiolaariumide hukkumisel tekivad räni sisaldavad setted, mis katavad sadu tuhandeid km2 merepõhjast.
Mulda moodustav funktsioon
Biosfääri omadused ja struktuur on nii kõikehõlmavad, et kõik selle funktsioonid on omavahel tihed alt seotud. Seega on mulla moodustumine üks massivahetuse harusidja keskkonna kujunemine, kuid selle tähtsuse tõttu käsitletakse seda eraldi. Kivimite hävitamisel ja edasisel töötlemisel mikroorganismide poolt moodustub maa lahtine viljakas kest, mida nimetatakse pinnaseks. Suurte taimede juured ammutavad sügav alt silmapiirilt mineraalelemente, rikastades nendega mulla ülemisi kihte ja suurendades nende viljakust. Muld saab orgaanilisi ühendeid taimede surnud juurtest ja vartest, samuti loomade väljaheidetest ja korjustest. Need ühendid on toiduks mullaorganismidele, mis mineraliseerivad orgaanilist ainet, tekitades süsinikdioksiidi, orgaanilisi happeid ja ammoniaaki.
Selgrootud, putukad ja ka nende vastsed mängivad kõige olulisemat struktuuri kujundavat rolli. Need muudavad mulla kobedaks ja taimede eluks sobivaks. Selgroogsed loomad (muttid, väädid ja teised) kobestavad maad, aidates kaasa põõsaste edukale kasvule selles. Öösel tungib maapinda jahutatud suruõhk, mis on vajalik juurte ja mikroorganismide hingamiseks.
Selline hämmastav biosfääri struktuur.
