Wszyscy jesteśmy częścią żywej skorupy - biosfery. To unikalny ekosystem nie tylko naszej planety, ale całej galaktyki. Oczywiście ostatnie badania potwierdziły, że na Marsie i na różnych asteroidach znaleziono substancje organiczne, ale taka różnorodność form życia jest unikalna na Ziemi. Jeśli jesteś gotowy nieco poszerzyć swoje horyzonty i wyjść poza szkolny program nauczania, czas omówić bardziej szczegółowo cechy biosfery, jej strukturę i główne funkcje.
Pojęcie biosfery i jej istota
Biosfera to warunkowa powłoka Ziemi zamieszkana przez żywe organizmy. Dlaczego warunkowe? Faktem jest, że inne muszle planety (ziemskie, wodne i powietrzne) otaczają planetę ciągłą warstwą. Najpierw pojawia się ziemia i skorupa oceaniczna (litosfera), następnie hydrosfera (łączy wszystkie zbiorniki wodne), a następnie - atmosfera(koperta powietrza płynnie przechodząca w przestrzeń kosmiczną). Trudno wyobrazić sobie biosferę jako konkretną warstwę, ponieważ żywe organizmy są równomiernie rozmieszczone na całej powierzchni Ziemi i mogą żyć we wszystkich trzech elementach.
Podstawowe cechy biosfery sięgają starożytności, ale nadal jest to „najmłodsza” skorupa naszej planety. Życie na Ziemi powstało stosunkowo niedawno, zaledwie 3,8 miliarda lat temu, co w porównaniu z wiekiem planety jest błahostką. Istnieją dwie koncepcje biosfery:
- Pierwszy definiuje powłokę jako całość całej materii organicznej na planecie. To właśnie on posłużył za podstawę terminu, który jest używany do dziś.
- Druga koncepcja została zaproponowana przez V. I. Vernadsky'ego, który uważał, że biosfera jest nierozłączną jednością i interakcją natury ożywionej i nieożywionej, w szerokim znaczeniu tych definicji.
Jednak główne cechy biosfery są dokładnie określone przez jej składnik organiczny. W końcu jest to jego zasadnicza różnica w stosunku do innych powłok Ziemi.
Doktryna biosfery i pochodzenie terminu
Koncepcję żywej muszli zaproponowano w XIX wieku. Jean-Baptiste Lamarck podał krótki opis biosfery, podczas gdy oficjalna nazwa jeszcze nie istniała. W 1875 roku austriacki paleontolog i geolog Eduard Suess po raz pierwszy ukuł termin „biosfera”, który jest używany do dziś.
Sowiecki filozof i biogeochemik V. I. Vernadsky wniósł ogromny wkład w badanie wszelkiego życia na Ziemi, zasłynął dzięki stworzeniu holistycznej doktryny biosfery. Ww jego pismach żywe organizmy działają jako potężna siła, która nieustannie uczestniczy w transformacji planety Ziemia.
Granice organizmów żywych
Ogólny opis biosfery zaczyna się od opisu granic, w których mogą żyć żywe organizmy. Niektóre z nich są dość wytrwałe i mogą wytrzymać nawet najbardziej krytyczne warunki.
Granice biosfery:
- Górna ramka. Decyduje o tym atmosfera, a konkretnie warstwa ozonowa Ziemi, ma około 15-20 kilometrów. Im bliżej równika, tym silniejszy ekran ochronny planety. Powyżej warstwy ozonowej życie jest po prostu niemożliwe, ponieważ promieniowanie ultrafioletowe jest niezgodne z życiową aktywnością komórek organizmu. Ponadto wraz ze wzrostem znacznie zmniejsza się ilość tlenu, co jest również szkodliwe dla istot żywych.
- Dolna granica. Określona przez litosferę maksymalna możliwa głębokość nie przekracza 3,5 - 7,5 km. Wszystko zależy od krytycznego wzrostu temperatury, w którym następuje denaturacja struktur białkowych. Jednak większość żywych organizmów jest skoncentrowana na głębokości zaledwie kilku metrów, jest to system korzeniowy roślin, grzybów, mikroorganizmów, owadów i zwierząt żyjących w dziurach.
- Granice w hydrosferze. Żywe organizmy mogą istnieć w absolutnie każdej części oceanu: od powierzchni wody (plankton, glony) po dno głębinowych rowów. Na przykład naukowcy udowodnili, że życie istnieje nawet w Rowie Mariańskim na głębokości 11 kilometrów.
Struktura aktywnej powłoki
Główne cechy biosfery obejmująjego struktura. Vernadsky wyróżnił kilka rodzajów substancji, które tworzą żywą muszlę. Ponadto mogą mieć zarówno pochodzenie organiczne, jak i nieorganiczne:
- Żywa substancja. Obejmuje to wszystko, co ma strukturę komórkową. Jednak masa żywej materii w strukturze biosfery jest niewielka i wynosi dosłownie jedną milionową całej muszli. Cechą żywej materii biosfery jest to, że jest ona najważniejszą częścią naszej planety. W końcu to żywe organizmy nieustannie wpływają na wygląd Ziemi, zmieniając strukturę jej powierzchni.
- Substancja biogenna. Są to struktury tworzone i przetwarzane przez żywe organizmy. Co zaskakujące, przez miliony lat żywe istoty przeszły przez systemy swoich narządów prawie cały światowy ocean, ogromną ilość gazów atmosferycznych i dużą masę minerałów. W wyniku tych procesów powstają minerały pochodzenia organicznego, takie jak ropa naftowa, skały węglanowe i węgiel.
- Substancja obojętna. Są to produkty natury nieożywionej, które powstały bez bezpośredniego udziału organizmów żywych. Obejmuje to skały, minerały i nieorganiczną część gleby.
- Bio-obojętna substancja. Pamiętamy, że żywe organizmy nieustannie wpływają na planetę. W efekcie powstają substancje będące produktami rozpadu i niszczenia struktur obojętnych. Do tej grupy należą gleba, wietrzejąca skorupa oraz skały osadowe pochodzenia organicznego.
- Ponadto struktura biosfery może zawierać substancje, które są wstan rozpadu promieniotwórczego.
- Oddzielną grupę stanowią atomy, które powstają w sposób ciągły w procesie jonizacji pod wpływem promieniowania kosmicznego.
- Niedawno w strukturę biosfery zostały włączone substancje pochodzenia pozaziemskiego (kosmicznego).
Żywa materia w innych skorupach Ziemi
Jeśli szczegółowo zastanowimy się nad charakterystyką i składem biosfery, to nie można nie rozważyć cech żywotnej aktywności organizmów żywych w innych powłokach planety:
Aerosfera. Żywe organizmy nie mogą być zawieszone w warstwach atmosfery, mikroskopijne krople wody służą jako podłoże do życia aerobiontów, a aktywność słoneczna i aerozole są źródłem niewyczerpanej energii. Organizmy żyjące w atmosferze dzielą się na trzy grupy. Trobobionty - są aktywne w kosmosie od wierzchołków drzew po chmury cumulus. Altobionty to organizmy, które mogą przetrwać w powietrzu. Parabionty - przypadkowo wpadają w najwyższe warstwy atmosfery. Na tej wysokości tracą zdolność do reprodukcji, a ich cykl życiowy jest znacznie skrócony
Geobiosfera. Skorupa ziemska służy jako podłoże i siedlisko dla geobiontów. Ta powłoka zawiera również kilka poziomów, na których żyją określone formy życia. Terrabionty to organizmy żyjące bezpośrednio na powierzchni ziemi. Z kolei terrabiosfera dzieli się na kilka kolejnych muszli: fitosferę (strefę od wierzchołków drzew dopowierzchni ziemi) i ipedosferze (warstwa gleby i skorupa wietrzeniowa). Strefa eolska - obszary wysokogórskie, na których życie jest niemożliwe nawet dla roślin wyższych. Eolobionty są typowymi przedstawicielami tej strefy. Litobiosfera - głębokie warstwy skorupy ziemskiej. Strefa ta podzielona jest na hipoterrabiosferę (miejsce, w którym mogą żyć tlenowe (wymagające tlenu) formy życia) i tellurobiosferę (przetrwają tu tylko organizmy beztlenowe (beztlenowe). Ponadto w litobiosferze można znaleźć lithobionty, które żyją w porach wód gruntowych i skalnych
Hydrobiosfera. Obszar ten obejmuje wszystkie zbiorniki wodne (z wyjątkiem wód gruntowych i wilgoci atmosferycznej) naszej planety, w tym lodowce. Mieszkańcy mórz i oceanów nazywani są hydrobiontami, które z kolei dzielą się na: Akwabionty - mieszkańcy wód kontynentalnych. Marinobionty to żywe organizmy mórz i oceanów. W słupie wody wyróżnia się trzy poziomy życia, w zależności od ilości światła słonecznego, które wnika do środka: Fotosfera jest najbardziej oświetloną strefą. Dysfotosfera to zawsze obszar oceanu o zmierzchu (nie więcej niż 1% nasłonecznienia). Afotosfera - strefa absolutnej ciemności
Od tundry do lasów tropikalnych. Klasyfikacja biomów planetarnych
Charakterystyka biosfery jest nierozerwalnie związana z pojęciem biomu. Termin ten odnosi się do dużych systemów biologicznych, które charakteryzują się pewnym dominującym typem roślinności lub specyficznymi cechami krajobrazu. W sumie jest ich dziewięć. Poniżej znajduje się krótki opis głównychbiosfera bios:
- Tundra. Ogromna bezdrzewna przestrzeń, która zajmuje północne części Eurazji i Ameryki Północnej. Roślinność tej strefy nie jest bogata, głównie porosty, sezonowe trawy i mchy. Fauna jest bardziej zróżnicowana, zwłaszcza w ciepłych miesiącach roku, kiedy rozpoczyna się sezon migracji wielu gatunków ptaków i zwierząt.
- Tajga. Głównym typem roślinności na tym terenie są lasy iglaste. Biom zajmuje około 11% całej powierzchni lądu. Pomimo trudnych warunków pogodowych tajga ma niezwykle zróżnicowaną florę i faunę.
- Zdecydowane lasy. położony w strefie umiarkowanej. Sezonowość klimatu i odpowiednia ilość wilgoci pozwoliły na wykształcenie się w tym biomie pewnego rodzaju roślinności. Są to głównie gatunki drzew liściastych. Ponadto lasy te są domem dla wielu ssaków, ptaków i grzybów, nie mówiąc już o owadach i mikroorganizmach.
- Stepy. Ten biom jest reprezentowany przez azjatyckie stepy i klasyczne prerie Ameryki Północnej. Najczęściej są to otwarte przestrzenie bezdrzewne, na które wpływa znaczny niedobór wilgoci. Ale świat zwierząt jest wciąż zróżnicowany.
- Strefa śródziemnomorska. Obszar wokół morza o tej samej nazwie charakteryzuje się gorącymi i raczej suchymi latami oraz bardzo przyjemnymi chłodnymi zimami. Typową roślinność reprezentują lasy liściaste, cierniste krzewy i trawy.
- Pustynie. Niestety ponad 30% powierzchni zajmują tereny, które w ogóle nie sprzyjają bytowaniu organizmów żywych. Strefy pustynne znajdują się wzdłużw całej Afryce i Australii, w Ameryce Południowej, a także na południu, południowym zachodzie iw centrum Eurazji. Flora i fauna tych regionów jest raczej nieliczna.
- Sawanny. Ten biom to otwarta przestrzeń całkowicie pokryta trawą i pojedynczymi drzewami. Pomimo tego, że są to dość ubogie gleby, fauna tej strefy uderza swoją różnorodnością. Sawanny są charakterystyczne dla Afryki, Ameryki Południowej i Australii.
- Kłujące (tropikalne) lasy. Strefę tę wyróżniają przedziwne formy ciernistych krzewów i wielowiekowe drzewa - baobaby. Ze względu na nierównomierny rozkład opadów roślinność tego biomu jest dość rzadka. Lasy tropikalne można znaleźć w południowo-zachodniej Azji i Afryce.
Lasy tropikalne. To najbardziej wilgotny obszar naszej planety. Roślinność tego biomu uderza swoją skalą i różnorodnością. Liściaste lasy deszczowe znajdują się w dorzeczach dużych, pełnych rzek, takich jak Amazonka, Orinoko, Niger, Zambezi, Kongo. Obejmują również półwyspy i archipelagi Azji Południowo-Wschodniej
Podstawowe funkcje żywej powłoki w przyrodzie
Czas zastanowić się nad głównymi funkcjami biosfery i ich charakterystyką:
- Energia. Funkcję tę pełnią rośliny uczestniczące w procesie fotosyntezy. Gromadząc energię słoneczną, albo rozdzielają ją pomiędzy inne składniki żywej powłoki, albo gromadzą ją w martwych cząstkach organicznych. Tak powstają minerały palne (węgiel, torf, ropa).
- Gaz. Żywe organizmy biorą udział w trwającej wymianie gazowej.
- Koncentracja. Niektóre formy życia mają zdolność do selektywnego gromadzenia pierwiastków biogennych ze środowiska zewnętrznego. W dalszej kolejności mogą służyć jako źródło tych substancji.
- Destrukcyjny. Żywe organizmy nieustannie wpływają na środowisko, rozkładając i przetwarzając jego powierzchnię. W ten sposób powstaje materia obojętna i bio-obojętna.
- Kształtowanie środowiska. Biosfera utrzymuje równowagę korzystnych i niesprzyjających warunków środowiskowych, które są niezbędne do pełnego życia organizmów.
Właściwości biosfery
Ponieważ żywa powłoka jest bardzo złożonym systemem, charakterystyka biosfery nie może obejść się bez podstawowych właściwości, które decydują o jej specyfice:
- Centralizacja. Wszystkie procesy zachodzące w żywej powłoce koncentrują się wokół żywych organizmów, zajmują centralne miejsce w doktrynie biosfery.
- Otwartość. Biosfera może istnieć tylko dzięki energii z zewnątrz, w tym przypadku jest to aktywność słoneczna.
- Samoregulacja. Biosfera to „organizm holistyczny”, który podobnie jak żywa istota ma zdolność do homeostazy.
- Różnorodność. Na ziemi żyje ogromna liczba zwierząt, roślin, mikroorganizmów i grzybów.
- Zapewnienie obiegu substancji. To dzięki żywym organizmom odbywa się fotosynteza i krążenie substancji. W charakterystyce biosfery te dwa procesy zajmują jedno z głównych miejsc.
Ewolucja i historiarozwój żywej powłoki Ziemi
Jeśli scharakteryzujemy biosferę z punktu widzenia ewolucji, możemy powiedzieć, że jest to jedyna powłoka, która stale się rozwija i ulepsza. Chodzi o żywą materię, która nieustannie ewoluuje. Nieorganiczna część żywej muszli nie ma zdolności do rozwoju. Jeśli mówimy o cechach biosfery w przyszłości, wszystko jest trochę bardziej skomplikowane. Powłoka staje się coraz bardziej niestabilna i bardzo trudno jest przewidzieć dalszy rozwój sytuacji.
Sztuczna biosfera
Osoba nie może istnieć poza żywą powłoką, bardzo trudno jest odtworzyć wszystko, co może nam dać. Cechy biosfery są tak wyjątkowe, że ludzkość wciąż nie jest w stanie w pełni odtworzyć swoich warunków w sztucznym środowisku. Jednak nauka nie stoi w miejscu i być może w przyszłości naukowcy odniosą pewien sukces w tym kierunku.
