Биосфера и ее жизненно важные процессы

В абиотическом периоде Земли на ее поверхность и в атмосфере под воздействием процессов, как геофизических, обусловленных внутренней энергией земли, так и космических, в следствии, главным образом, энергии солнца, выходили вулканические породы, происходили их геологические и физико-химические преобразования, выветривание, перемещение. Т.е. – образование и распределение веществ в атмосфере, на поверхности и в глубине земли - геохимический круговорот веществ. Предполагается, что в результате химических реакций между неорганическими веществами возникли сложные органические соединения – предшественники живых организмов, а затем образовались и прошли длительную (4 млрд. лет) эволюцию живые организмы.

Термин биосфера введен в 1875г. австрийским ученым Э.Зюссом. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы где встречаются живые организмы. Академик В.И.Вернадский установил определяющую роль живых организмов в механизмах преобразования геологических структур, создании лито-, гидро, и атмосферных оболочек земли и включил в понятие биосферы результаты их деятельности. «По Вернадскому», под биосферой понимается все пространство атмосферы, литосферы и гидросферы где существует и существовала жизнь т.е., где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосфера представляет собой открытую, саморегулирующую систему, обладающую большим разнообразием живого вещества. Как в открытую систему в нее поступает солнечная энергия, а регулирующую функцию выполняют живые организмы, причем, их природные (выработанные за многие миллиарды лет) разнообразие и жизненные связи являются основным условием устойчивости биосферы.

Живые организмы биосферы способны получать от солнца, накапливать, передавать и запасать энергию по цепям питания, в них же перерабатывать с большой скоростью органические и неорганические вещества, создавать и поддерживать физико-химические параметры своей среды. Они накапливают определенную информацию, закрепляют и передают ее в наследственных структурах последующим поколениям.

Совокупность живых организмов можно представить как живое вещество биосферы. Особенность жизни живых организмов определяется высокой скоростью процесса образования, развития, смерти, снова образования и т.д. живого вещества. Сумма его живой массы за всю историю своего существования в 12 раз превысила массу земли.

По В.И.Вернадскому, кроме живого вещества, в биосфере находятся вещества в процессах образовании которых живые организмы не принимали участия т.е. вещества неживой природы – костные вещества, например, минералы; биокосные вещества, в образовании которых принимали участие живые и косные, например, почвы; биогенные вещества, образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов, например, осадочные породы (мел, известняк), нефть, газ, кислород атмосферы; атомы некоторых элементов встречающиеся в природе в рассеянном состоянии – «рассеянные атомы»; вещества космического происхождения - космическая пыль, метеориты. Но, вещества выделенные В.И.Вернадским иногда можно характеризовать несколькими понятиями, например, «рассеянные атомы» бывают радиоактивными и входить как в не живое, так и в живое вещество. Космическое вещество являться косным, а биокосное содержать живое и не живое.

Место живого организма в биосфере и все его личные, характерные особенности жизни, например, отношение к факторам среды, питанию, размножению, взаимоотношение с другими организмами и т.п., называют экологической нишей. Живые организмы биоценоза осуществляют непрерывное, как бы замкнутое обращение вещества, энергии и информации. Этот процесс называется малым биотическим кругом обмена или малым биологическим. В его пределах потеря массы вещества минимальна (1-2%), повторное же использование энергии едва достигает 0,24% и говорить о круговороте энергии не корректно. Информация передается полностью (генами), но часть ее может теряется при гибели видов или нарушении генетического кода.

Осуществление этого круговорота происходит в замкнутойцепи питаниябиоценоза, в пищевой цепи, в трофической цепи- в ряду видов или их групп, каждое предыдущее звено которого служит пищей для следующего..

Первое звено этой цепи-продуценты (автотрофы)- растения и водоросли, которые в процессе фотосинтеза, с помощью солнечной энергии, перерабатывают неорганические вещества из почвы, воды и атмосферы в растительную органическую массу, выделяя при этом кислород . На процесс фотосинтеза в клетках растений идет не более 1% солнечной энергии достигающей поверхности земли. Вся органическая масса продуцентов с её энергией и выделяемые биогенные летучие вещества характеризуются как первичная продуктивность. Первые растительные организмы, выделяя кислород, способствовали созданию в атмосфере слоя с повышенным содержанием трехатомного кислорода – озона. Этот слой в дальнейшем способствовал образованию более сложных живых организмов, т.к. стал предохранять их от гибельного ультрафиолетового солнечного излучения. Жизнесоставляющее свойство продуцентов заключается и в его способности поглощать из атмосферного воздуха двуокись углерода, выделяемую другими организмами в процессе своей жизнедеятельности и выделять кислород необходимый для той же жизнедеятельности.

Второе звено – консументы первого порядка- животные организмы усваивают растительную органическую массу и получают из нее и кислорода атмосферы энергию для своей жизни. Часть энергии накапливается в виде массы консументов, другая – расходуется на движение, дыхание, поддержание температуры тела и т.п., т.е. на жизнедеятельность этих организмов. Органическая масса консументов первого порядка потребляется, в свою очередь, другими животными организмами – консументами второго порядка ( третьего и четвертого) для обеспечения своей жизнедеятельности. Количество биомассы, энергии и биогенных летучих соединений производимых всеми консументами характеризуются как вторичная продукция живого вещества.

Продуктивность зависит, главным образом, от разнородности и продолжительности жизни живых организмов и от факторов среды жизни.

Органические остатки жизни и смерти продуцентов и консументов потребляются представителями третьего звена пищевой цепи - редуцентами- в основном, бактериями и грибами и перерабатывается в неорганические вещества, главным образом в двуокись углерода, воду, и растворимые соли. Продукты жизнедеятельности редуцентов поступают как пища на первое звено пищевой цепи, к продуцентам.

Считается, что с одного трофического уровня на другой передается только 10% полученной энергии, т.к. 90% энергии расходуется на процессы жизнеобеспечения, поэтому нельзя говорить о полном круговороте энергии.

Таким образом в биотический круг обмена живых веществ включается обмен с биогенными соединениями и этот общий круговорот называют биогеохимическим круговоротом.

Малые биогеохимические круговороты объединяются и создают большой биогеохимический круговорот, который, в свою очередь, является частью геологического круговорота земли.

Жизнедеятельность человека создала антропогенное направление веществ в биосфере, которую можно представить составляющими биологической жизни человека и его социально-экономической деятельности. Вторая составляющая, по количеству используемых, а затем выбрасываемых в биосферу веществ уже сравнима с геофизическими процессами земли, но она не входит в биотический круг обмена и почти полностью характеризуется как загрязнение природной среды.

Используя солнечное излучение, как постоянный источник энергии, живые организмы за многие млрд. лет организовали преобразование окружающей среды. Они создали замкнутые круговороты веществ.

Взаимодействие естественных биогеоценозов создает условия необходимые для жизни всех видов входящих в их сообщество. За многие годы сложились все необходимые жизненные процессы каждого вида и их выполнение строго связано с развитием и сохранением окружающей среды. Этот механизм заложен в генетическую информацию вида. Совокупность всех сообществ биосферы создало и поддерживает природную среду в глобальном масштабе – этот процесс называют биотической регуляцией природной среды.

Только те виды, которые обеспечивают необходимую работу по поддержанию окружающей среды, могут образовывать сообщества и составлять земную биоту. Такие виды поддерживают оптимальную численность, и производят оптимальное, а не максимальное количество потомков. Это предотвращает популяционные взрывы, разрушающие сообщества. Спонтанный переход любого вида к производству максимального количества потомков свидетельствует об искаженной генетической программе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНРОЛЯ ЗНАНИЙ.