Загальна біологія. 11 клас. Кучеренко

§ 36. Біосфера та її межі

ПРИГАДАЙТЕ

  • Які ділянки виділяють у спектрі сонячного випромінювання? Що таке колообіг речовин, екологічне мислення?

Які оболонки оточують планету Земля? Розвиток Землі, як й інших планет Сонячної системи, має свою тривалу геологічну історію. За цей час сформувалися її зовнішні оболонки: тверда (літосфера), рідка (гідросфера) і газоподібна (атмосфера) (мал. 149).

Літосфера (від грец. літос - камінь і сфера - куля) - зовнішня тверда оболонка планети завтовшки 50-200 км. Вона складається з поверхневого шару осадочних порід (крейда, вапняк, кремнезем тощо), сформованого за участі живих істот, а також граніту (середній шар) і базальту (нижній шар).

Сукупність усіх водойм (океанів, морів, річок тощо) утворює водну оболонку Землі - гідросферу, яка займає майже 71% поверхні планети. Ця оболонка може бути завтовшки понад 11 км.

Газову оболонку, розташовану над поверхнею літосфери і гідросфери, називають атмосферою (від грец. атмос - пара). Її нижню частину заввишки до 15-18 км (у помірних широтах - до 8-12 км) називають тропосферою (від грец. тропос - зміна). Тут міститься зважена в повітрі водяна пара. Внаслідок нерівномірного нагрівання поверхні Землі вона формує хмари, здатні пересуватись на значні відстані. Температура тропосфери, особливо її нижніх шарів, непостійна.

Над тропосферою розташована стратосфера (від лат. стратус - шар) заввишки 80 км. Біля верхньої межі цього шару виникає північне сяйво (свічення газів, спричинене потоком електрично заряджених частинок, які випромінює Сонце). В атмосфері на висотах між 7-8 км (над полюсами), 17- 18 км (над екватором) і 50 км сформувався особливий озоновий екран (від грец. озон - пахучий). До його складу входить озон (О3), який утворився під дією сонячної радіації з кисню (O2). Озоновий екран має виняткове значення для існування наземних біогеоценозів і біосфери в цілому, оскільки відбиває короткохвильове ультрафіолетове сонячне випромінювання, яке згубно діє на живу матерію.

Мал. 149. Оболонки планети Земля:

1 - літосфера; 2 - гідросфера; 3 - тропосфера; 4 - озоновий екран; 5 - стратосфера; 6 - північне сяйво

Що таке біосфера? Поняття «біосфера» (від грец. біос - життя) запропонував 1875 року австрійський учений Едуард Зюсс. Вчення про біосферу створив видатний український учений В.І. Вернадський. На його думку, біосфера не є окремою єдиною оболонкою Землі, це лише частина її геологічних оболонок, населених живими організмами. Живі організми поширені у верхніх шарах літосфери, нижніх атмосфери і по всій глибині гідросфери. У глиб літосфери живі організми можуть проникати на відносно незначні відстані (наприклад, на глибині 2-4 км переважно в нафтоносних пластах можуть мешкати лише деякі групи бактерій). Проникнення живих істот у глиб літосфери обмежене високою температурою (понад +100° С) гірських порід і підземних вод на глибинах 1,5-15 км. Поширення організмів в атмосфері (переважно спор і цист мікроорганізмів) обмежене озоновим екраном, оскільки вище нього майже все живе гине під дією космічного випромінювання.

Тож найбільшу концентрацію живих організмів спостерігають там, де умови їхнього існування найсприятливіші: на межі окремих геологічних оболонок Землі: літосфери і атмосфери, атмосфери і гідросфери, літосфери і гідросфери.

Отже, біосфера - це сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдина глобальна екосистема вищого порядку (мал. 150).

В.І. Вернадський заклав основи нової науки - біогеохімії - вчення про геохімічну діяльність живих організмів. Біогеохімія вивчає роль живих організмів у перетворенні зовнішніх оболонок нашої планети: руйнуванні гірських порід, процесах ґрунтоутворення, формуванні осадочних порід, колообігу, перерозподілі та концентрації хімічних елементів у біосфері.

Мал. 150. Межі біосфери (м):

1 - базальт; 2 - граніт; 3 - осадочні породи; 4 - океан; 5 - припливно-відпливна зона; 6-8 - тропічні, широколисті та хвойні ліси; 9 - альпійські луки; 10 - гірська тундра; 11 - крига

Що таке ноосфера? Ще в першій половині XX століття В.І. Вернадський передбачав, що біосфера поступово розвиватиметься у ноосферу*. Спочатку він розглядав ноосферу як особливу оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов висновку, що ноосфера (від грец. ноос - розум) - це новий стан біосфери, за якого визначальним фактором стає розумова діяльність людини. За В.І. Вернадським, під впливом наукової думки і людської праці біосфера поступово переходить у свій новий стан - ноосферу. Людство все більше відрізняється від інших компонентів біосфери як нова надпотужна геологічна сила. Завдяки науковій думці, втіленій у технічних досягненнях, людина опановує ті частини біосфери, куди раніше не проникала.

* Цей термін запропонували 1927 року французькі філософи Едуард Леруа та П’єр Тейар де Шарден.

Володимир Іванович Вернадський (1863-1945)

Ноосфері як якісно новому етапу в розвитку біосфери властивий тісний зв’язок законів природи і факторів, які визначають розвиток людського суспільства. Цей зв’язок опирається на науково обґрунтоване раціональне використання природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність колообігу речовин і потоків енергії в окремих біогеоценозах і біосфері загалом. Характерною особливістю розвитку ноосфери є екологізація всіх сфер життя людини. Тому до розв’язання будь-яких проблем людина має підходити з позицій екологічного мислення.

Отже, ноосфера - це якісно нова форма організації біосфери, яка формується внаслідок її взаємодії із людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи і людини.

Що таке жива речовина біосфери? Сукупність усіх організмів нашої планети В.І. Вернадський назвав живою речовиною. Основними її характеристиками є сумарна біомаса, хімічний склад і енергія. Енергія живої речовини насамперед проявляється в здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на нашій планеті відрізняється значною стійкістю до змін інтенсивності дії різних екологічних факторів. Так, у стані анабіозу організми здатні витримувати значні коливання температури (від абсолютного нуля до +100° С й вище), тиску (від сотих часток атмосфери до 1 000 атмосфер і більше на великих океанічних глибинах). Фактично живі організми відсутні лише в товщі льодовиків і в кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін з довкіллям, під час якого через організми проходять різні хімічні елементи. Для здійснення процесів життєдіяльності живим істотам необхідні певні речовини і енергія, які вони дістають з довкілля, значно його змінюючи. Внаслідок постійного обміну речовин з навколишнім середовищем різні хімічні елементи надходять у живі організми, можуть у них накопичуватись і виходити у довкілля лише через деякий час або лише після їхньої загибелі.

Ви також пам’ятаєте, що зелені рослини виконують у біосфері космічну роль, вловлюючи енергію сонячного світла і перетворюючи її в енергію хімічних зв’язків, синтезованих ними органічних сполук. Сумарна первинна продукція автотрофних організмів у кінцевому підсумку визначає і біомасу біосфери в цілому.

Учені підрахували, що завдяки фотосинтезу продуценти щорічно створюють приблизно 160 млрд т сухої органічної речовини, з якої 1/3 припадає на екосистеми Світового океану, а 2/3 - суходолу.

Як вам уже відомо, енергія далі разом з їжею надходить від рослин до рослиноїдних організмів, від них - до хижаків і т.д. Таким чином постійний колообіг речовин і потоки енергії забезпечують функціонування біосфери як єдиної цілісної екосистеми.

Які біохімічні функції живої речовини? Жива речовина біосфери виконує різноманітні функції, пов’язані з процесами обміну речовин у живих організмах: газову, окиснювально-відновну, концентраційну.

Газова функція живої речовини полягає в тому, що живі істоти в процесі своєї життєдіяльності впливають на газовий склад атмосфери, Світового океану і ґрунту. Аеробні організми в процесі дихання поглинають із довкілля кисень і виділяють туди вуглекислий газ. Рослини і ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Деякі організми (наприклад, певні групи бактерій) можуть впливати на концентрацію в довкіллі й інших газів (метану, сірководню, азоту тощо).

Окиснювально-відновна функція живої речовини полягає в тому, що за допомогою живих організмів у атмосферному повітрі, воді та ґрунті окиснюються чи відновлюються певні хімічні сполуки. Наприклад, залізобактерії здатні окиснювати сполуки заліза, денітрифікуючі - відновлювати нітрати і нітрити до молекулярного азоту чи його оксидів.

Концентраційна функція полягає у поглинанні живими істотами з довкілля і накопиченні у своєму організмі певних хімічних елементів. Так, молюски, форамініфери, десятиногі раки, хребетні тварини накопичують у своїх організмах сполуки кальцію; радіолярії і діатомові водорості - сполуки силіцію тощо.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Які ви знаєте зовнішні оболонки Землі? Охарактеризуйте їх. 2. Що таке біосфера? Хто створив вчення про біосферу? 3. Чому біосферу вважають єдиною глобальною екосистемою нашої планети? 4. Що таке ноосфера? Чим вона характеризується? 5. Яке значення вчення В.І. Вернадського про ноосферу? 6. Що таке жива речовина біосфери? 7. Яка роль живої речовини у функціонуванні біосфери?

ПОМІРКУЙТЕ

Чому біосфера не становить окремої оболонки Землі?