Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Структура та розподіл життя у біосфері





Біосфера охоплює три геологічні сфери — частини атмосфери й літосфери та всю гідросферу. Межі біосфери визначаються межами поширення й активної роботи живої речовини.

 

Основні компоненти геосфери Землі представлені в табл.1.

Таблиця 1

Основні компоненти геосфери Землі

Показники Атмосфера Гідросфера Літосфера Мантія Ядро Землі
Глибина (товщина), км   1000-1300 (до 2000)     Середня для океану - 3,8 Максимум 11,022 (за іншими даними - 11,034) Середня — близько 17, континенти – в середньому 35 (до 70), під океанами - 5-7 до 2900     2900-6371    
Об’єм, 1018 м2   1,4 10,2   896,6 175,2
Щільність, г/см3   У поверхні Землі -10-3, на висоті 750 км – 10-16 0,99-1,03     2,7-3,32   3,32-5,68   9,43-17,20    
Маса, Ю^г 5,15 - 5,9     1455,8     5×104     405×104     188×104    
Відсоток від Загальної маси Землі Близько 10-6     0,02     0,48     67,2     32,3    

 

Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших геосфер, зосереджена в порівняно невеликому прошарку – біострумі. Біострома лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні зосереджено 98 % всієї живої речовини планети.

Загалом у структурі біосфери виділяють шість головних речовин (за Вернадським):

1. Жива речовина, що представлена організмами різних видів

2. Біогенна речовина створюється і переробляється сукупністю живих організмів. Це джерело надзвичайно потужної потенційної енергії (кам'яне вугілля, бітуми, вапняки, нафта).

3. Косна (нежива) речовина, за Вернадським, - сукупність речовин в біосфері, в утворенні яких живі організми не беруть участь (гірські породи, мінерали та ін.).



4. Біокосна речовина, що вона «створюється в біосфері одночасно живими організмами і косною речовиною, представляючи систему динамічної рівноваги тих і інших». Організми в біокосній речовині відіграють провідну роль. Біокосна речовина планети - це грунт, кора вивітрювання, усі природні води, властивості яких залежать від діяльності на Землі живої речовини.

Радіоактивна речовина.

6. Космічна речовина (наприклад, метеорити).

Отже, біосфера - це та область Землі, яка охоплена впливом живої речовини. Біосферу як місце сучасного проживання організмів разом із самими організмами можна розділити на три підсфери (рис. 2):

аеробіосферу, населену аеробіонтамі, субстратом життя яких служить волога повітря;

гідробіосферу - глобальний світ води (водна оболонка Землі без підземних вод), населений гідробіонтами;

геобіосферу - верхню частину земної кори (літосфера), населену геобіонтамі.

Гідробіосфера поділяється на світ континентальних, головним чином прісних, вод - аквабіосферу (з аквабіонтами) і область морів і океанів -марінобіосферу (з марінобіонтамі).

Рис. 2. Загальна структура біосфери

 

Геобіосфера складається:

з області життя на поверхні суші - террабіосфери (з террабіонтамі), яка поділяється на фітосферу (від поверхні землі до верхівок дерев) і педосферу (грунту і лежачим під ним підґрунтям, нерідко сюди включають всю кору вивітрювання) з педобіонтами; узлітобіосфери - життя в глибинах Землі (з літобіонтами, що живуть в порах гірських порід).

Літобіосфера складається з двох шарів: гіпотерра-біосфери - шар, де можливе життя аеробів (або подтеррабіосфера) і теллуробіосферу - шар, де можливе проживання анаеробів (або глибинобіосфера). Життя в товщі літосфери існує в основному в підземних водах.

Подібні шари існують і в гідробіосфері, але вони пов'язані головним чином з інтенсивністю світла. Виділяють три шари: фотосферу - яскраво освітлену, дісфотосферу - спостерігаються сутінки (до 1% сонячної інсоляції), афотосферу - абсолютна темрява, де неможливий фотосинтез.

Лімітуючим фактором розвитку життя в аеробіосфері служить наявність крапель води і позитивних температур, а також твердих аерозолів, що піднімаються з поверхні Землі. Від вершин дерев до висоти найбільш частого розташування купчастих хмар простягається тропобіосфера (з тропобіонтамі). Вище тропобіосфери лежить шар мікробіоти - альтобіосфера (з альтобіонтами). Над нею тягнеться простір, куди життя проникає лише випадково і не часто, де організми не розмножуються, - парабіосфера.

На великих висотах в горах, там, де вже неможливе життя вищих рослин і взагалі організмів-продуцентів, але куди вітри приносять з більш низьких вертикальних поясів органічну речовину і де при негативних температурах повітря ще досить тепле від прямої сонячної інсоляції для існування життя, розташована висотна частина террабіосфери - еолова зона. Це царство членистоногих і деяких мікроорганізмів - еолобіонтів.

Життя в океані досягає його дна. У глибинах літосфери є два теоретичних рівня поширення життя - ізотерма 100 ° С, нижче якої при нормальному атмосферному тиску вода кипить, а білки згортаються, і ізотерма 460 ° С, де при будь-якому тиску вода перетворюється на пару. Життя в глибинах Землі фактично не існує нижче 3-4 км, максимум 6-7 км і лише випадково в неактивних формах може проникнути глибше - в гіпобіосферу («під-біосферу» - аналог парабіосфери в атмосфері). Слід зазначити, що де залягають біогенні породи, розташована метабіосфера. Метабіосфера, починається з поверхні Землі, простирається далеко в глиб літосфери та плавно зникає в тих місцях, де процеси метаморфозу гірських порід стирають ознаки життя.

Між верхньою межею гіпобіосфери і нижньої парабіосфери лежить власне біосфера - зубіосфера. Її найбільш насичений життям шар називають біофільмом, або, за В. І. Вернадського (1926), «плівкою життя».

Вище парабіосфери розташована апобіосфера, або «над-біосфера», де спостерігаються надмірні біогенні речовини (її верхню межу важко визначити). Під метабіосферою розташована абіосфера («небіосфера»).

Весь шар сучасного або минулого впливу життя на природу Землі називають мегабіосферою, а разом з артебіосферою (простором людської експансії в навколоземному космосі) - панбіосферою.

Таким чином, «поле існування життя», особливо активного, за новітніми даними, обмежене у вертикальному відношенні до висоти близько 6 км над рівнем моря, до якої зберігаються позитивні температури в атмосфері і можуть жити хлорофільні рослини (6,2 км в Гімалаях, 10 км над рівнем моря), на думку інших, — досягає нижніх шарів стратосфери (30 км), де ще трапляються вдосить великій кількості спори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активно вегетують. Іноді верхньою межею біосфери вважають озоновий шар (25-30 км над поверхнею планети), вище від якого живе зазвичай гине під дією космічних випромінювань. Вище, в еоловій зоні, мешкають лише жуки, деякі кліщі, які харчуються зернами рослинного пилку, спорами рослин, мікроорганізмами та іншими органічними частинками, занесеними вітром та ін. Ще вище живі організми потрапляють лише випадково (мікроорганізми можуть зберігати життя у вигляді спор).

Нижня межа існування активного життя традиційно обмежують дном океану і ізотермією 100 °С в літосфері, розташованою відповідно на позначках близько 11 км (10 км на рівнинах і 7—8 км у горах) і, за даними надглибокого буріння на Кольському півострові, близько 6 км. Фактично життя в літосфері поширене до глибини 3-4 км. Починаючи з глибин 0,5-2 м від земної поверхні кількість живої речовини зменшується в логарифмічній послідовності. На глибинах понад 10 м породи, як правило, вже стерильні. Та навіть у товщі стерильної породи іноді трапляються острівці життя. Найбільші глибини, де знайдено живу речовину — 2-3 км. У нафтових родовищах на цих глибинах виявлено свою, «нафтову», мікрофлору. Нафта залягає також і на значно більших глибинах — до 5-7 км. Припускають, що й у таких глибинних родовищах можна знайти «нафтові» бактерії. Таким чином, вертикальна потужність біосфери в океанічній області Землі сягає більше 17 км, в сухопутній - 12 км.

Парабіосфера ще більш асиметрична, оскільки верхню її межу визначає озоновий екран. Більш значні коливання товщі мегабіосфери, що охоплює осадові породи, але вона не опускається на материках глибше відміток найбільших глибин океану, тобто 11 км (тут температура досягає 200 °С), і не піднімається вище найбільшої щільності озонового екрана (22-24 км), отже, її максимальна товщина 33-35км.

Теоретично межі біосфери ширші, оскільки в гідротермах дна океану (їх назвали «чорними курцями» через темний колір вивергаючої води) на глибинах близько 3 км виявлені організми при температурі до 250 °С (рис. 3).

 

Рис. 3. «Чорний курець», його висота близько 120 м (для порівняння

наведено силует «Адміралтейства» в Санкт-Петербурзі)

При тиску близько 300 атмосфер вода тут не кипить (межі життя обмежені точками перетворення води в пару і згортання білків). Перегріта рідка вода виявлена в літосфері до глибин 10,5 км. Глибше 25 км, за оцінками, повинна існувати критична температура 460 ° С, при якій при будь-якому тиску вода перетворюється на пару і життя принципово неможливе.

У цілому екологічний діапазон поширення живої речовини досить великий.

♦ У 1977 р. в океані на глибині кількох кілометрів було знайдено гарячі вулканічні зони, в яких за температури 350 °С існують численні термофільні бактерії (вода там не кипить через високий тиск і велику концентрацію солей).

♦ В експериментах американського дослідника Р. Камерона синьозелені водорості протягом кількох місяців не втрачали життєздатності в умовах, що відповідали марсіанським.

♦ Жива речовина не гине в рідкому азоті (на цій властивості
грунтуються методи кріоконсервації всіляких живих організмів).

♦ Деякі види, наприклад ті ж таки синьозелені водорості, не гинуть під дією потужного іонізуючого випромінювання й оселяються в епіцентрі ядерного вибуху вже через кілька днів після його здійснення.

Жива речовина здатна зберігатися навіть в умовах відкри­того Космосу. Так, третя експедиція американських астронавтів забула на Місяці телекамеру. Коли через півроку її повернули на Землю, на внутрішньому боці кришки було виявлено земні бактерії, котрі без будь-яких шкідливих наслідків пережили тривале перебування за межами рідної планети.

Проте слід пам'ятати, що, незважаючи на свої великі потенційні можливості, «працює» жива речовина лише в межах біосфери.

 

 

Жива речовина біосфери

Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку часто називають також біотою. Поняття «жива речовина» ввів у науку В. І. Вернадський і розумів під ним сукупність усіх живих організмів планети.

Функції живої речовини. Використовуючи прямо й непрямо сонячну енергію, жива речовина створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетично впорядкованіші сполуки — вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та інші — або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окислює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки.

♦ Наприклад, бактерії однієї з груп — залізобактерії — дістають необхідну для життя енергію за рахунок окиснення двовалентного заліза до тривалентного. При цьому в процесі утворення 1 г біомаси цих бактерій відбувається окиснення до 500 г солей двовалентного заліза. Кінцеві продукти — солі тривалентного заліза — відкладаються навколо бактеріальної клітини й утворюють так звану болотну руду. Саме з болотної руди за часів Київської Русі виплавляли чавун.

На прикладі залізобактерій ми простежуємо кілька функцій живої речовини: • окиснення; • концентрація; • перерозподіл хімічних елементів.

Кількість живої речовини.Суха маса живої речовини оціню­ється в 2—3 трлн т — приблизно в мільярд разів менше за масу Землі. Проте жива речовина відрізняється від неживої надзвичай­но високою активністю, зокрема дуже швидким кругообігом речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса, тобто маса рослин, — щодня. Життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між біотою та зовнішнім середовищем, унаслідок чого всі атоми земної кори, атмосфери й гідросфери протягом історії Землі багаторазово входили до складу живих організмів. Образно кажучи, ми п'ємо воду, що колись входила до складу тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів, і дихаємо по­вітрям, яким дихали не лише наші далекі предки, а й динозаври.

Основні властивості живої речовини:

високоорганізована внутрішня структура;

здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансфор­мувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;

здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середо­вища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього,
якщо ці коливання сумісні з життям;

здатність до самовідтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць — організмів (індивідів),які, своєю чергою, групуються вбільш або менш дискретні одиниці існування матерії — види.

Кожен організм має свою програму розвитку й діяльності, записану у вигляді певної сукупності генів, — генотип. Ця про­грама реалізується в характерних, притаманних лише даному організмові зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці. Сукупність усіх ознак та властивостей, що визначаються генотипом, називається фенотипом. За рахунок фенотипу організм оптимальною мірою пристосовується до зовнішнього середовища, перебуває з ним у найбільш гармоній­них відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча й не ідентичні генотипи й фенотипи. Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд (це майже синонім терміна «видова різноманітність»). Отже, втрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності й порушує гармонію у взаємовідносинах живої та неживої речовин.

Жива речовина по своїй масі займає незначну частку в порівнянні з будь-який з верхніх оболонок земної кулі. За сучасними оцінками, загальна кількість маси живої речовини в наш час становить 2420 млрд т. Цю величину можна порівняти з масою оболонок Землі, в тій чи іншій мірі охоплених біосферою (табл. 2).

Таблиця 2

Підрозділи біосфери Маса,т Порівняння
Жива речовина Атмосфера Гідросфера Земная кора 2,4.1012 5,15.1015 1,5.1018 2,8.1019 602 500 1 670000

 

При оцінці середнього хімічного складу живої речовини, за даними А. П. Виноградова (1975), В. Лархер (1978) та ін. Головні складові частини живої речовини - це елементи, широко поширені в природі (атмосфера, гідросфера, космос): водень, вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка (табл. 2.3, рис. 2.5).

 

Таблиця 3

Елементарний склад зоряної і сонячної речовини в порівнянні з вмістом рослин і тварин

Хімічний елемент Вміст, %
Зоряна речовина Сонячна речовина Рослини Тварини
Гідроген (Н) 81,76 87,00 10,0 10,00
Гелій (Не) 18,17 12,90    
Нітроген (N)     0,28 3,00    
Карбон (С) 0,33 0,33 3,00 18,00
Магній (Мg)     0,08 0,05    
Оксиген (0) 0,03 0,25 79,00 65,00
Кремній (Si)                
Сірка (S) 0,01 0,04 0,15 0,254
Ферум (Fe)                
Інші елементи 0,001 0,04 7,49 3,696

 

 

Жива речовина біосфери складається з найбільш простих і найбільш поширених в космосі атомів.

Середній елементарний склад живої речовини відрізняється від складу земної кори високим вмістом вуглецю. За змістом інших елементів живі організми не повторюють вміст середовища свого проживання. Вони вибірково поглинають елементи, необхідні для побудови їх тканин.

У процесі життєдіяльності організми використовують найбільш доступні атоми, здатні до утворення стійких хімічних зв'язків. Як вже було зазначено, водень, вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка є головними хімічними елементами земної речовини. Їх атоми створюють в живих організмах складні молекули в поєднанні з водою і мінеральними солями. Ці молекулярні споруди представлені вуглеводами, ліпідами, білками і нуклеїновими кислотами. Перераховані частини живої речовини знаходяться в організмах у тісній взаємодії. Навколишній світ живих організмів біосфери являє собою поєднання різних біологічних систем різної структурної впорядкованості та різного організаційного становища. У зв'язку з цим виділяють різні рівні існування живої речовини - від великих молекул до рослин і тварин різних організацій.

1. Молекулярний (генетичний) - найнижчий рівень, на якому біологічна система проявляється у вигляді функціонування біологічно активних великих молекул - білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів. З цього рівня спостерігаються властивості, характерні виключно для живої матерії: обмін речовин, що протікає при перетворенні променистої і хімічної енергії, передача спадковості за допомогою ДНК і РНК. Цьому рівню властива стійкість структур в поколіннях.

2. Клітинний - рівень, на якому біологічно активні молекули поєднуються в єдину систему. Відносно клітинної організації всі організми підрозділяються на одноклітинні і багатоклітинні.

3. Тканинний - рівень, на якому поєднання однорідних клітин утворює тканину. Він охоплює сукупність клітин, об'єднаних спільністю походження і функцій.

4. Органний - рівень, на якому кілька типів тканин функціонально взаємодіють і утворюють певний орган.

5. Організменний - рівень, на якому взаємодія ряду органів зводиться в єдину систему індивідуального організму. Представлений певними видами організмів.

6. Популяційно-видовий, де існує сукупність певних однорідних організмів, пов'язаних єдністю походження, способом життя й місцем проживання. На цьому рівні відбуваються елементарні еволюційні зміни в цілому.

7. Біоценоз і біогеоценоз (екосистема) - вищий рівень організації живої матерії, який об'єднує різні за видовим складом організми. В біогеоценозах вони взаємодіють один з одним на певній ділянці земної поверхні з однорідними абіотичними факторами.

8. Біосферний - рівень, на якому сформувалася природна система найбільш високого рангу, яка охоплює всі прояви життя в межах нашої планети. На цьому рівні відбуваються всі кругообіги речовини в глобальному масштабі, пов'язані з життєдіяльністю організмів. За способом живлення жива речовина поділяється на автотрофні, гетеротрофні організми.

Автотрофами (від грец. Autos - сам, trof- годуватися, харчуватися) (продуценти) - організми, що створюють органічну речовину з води, вуглекислого газу й мінеральних солей, використовуючи для цього сонячну енергію (наприклад, зелені рослини).

Автотрофи підрозділяються на фотоавтотрофи і хемоавтотрофи. Фотоавтотрофи використовують як джерело енергії сонячне світло, хемоавтотрофи використовують енергію окислення неорганічних речовин.

До автотрофних організмів відносяться водорості, наземні рослини, бактерії, здатні до фотосинтезу, а також деякі бактерії, здатні окисляти неорганічні речовини (хемоавтотрофи). Автотрофи є первинними продуцентами органічної речовини в біосфері.

Гетеротрофи (від грецького geter - інший) (консументи) - організми, що отримують життєву енергію, харчуючись рослинами та іншими тваринами. Гетеротрофи здатні розкладати всі речовини, утворені автотрофами. Це травоїдні тварини, хижаки паразити, хижі рослини та гриби.

Редуценти – організми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук – води, вуглекислого газу й мінеральних солей, замикаючи кругообіг речовин у біосфері.

 









Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.