Біосфера реферат

---

Біосфера – особлива оболонка Землі. Основи вчення В.І. Вернадського про біосферу та ноосферу.

2.19, 2.23. В. Вернадський писав, що “Біосферу можна розглядати як простір над земною корою, зайнятий “трансформаторами”, що перетворюють космічне випромінювання на корисну земну енергію – електричну, механічну, хімічну, термічну та інші”.

2.20. Сукупність усіх живих організмів на планеті, біомаса яких становить мізерну частку біосфери (~ 0,001 %) В. Вернадський назвав “живою речовиною”.

Планету населяє приблизно 500 тис. видів рослин і 1,5 млн. видів тварин.

Якщо зрівняти поверхню землі і рівномірно розподілити на ній існуючі рослини, тварини і мікроорганізми, то вони утворять шар завтовшки всього 2 см.

Жива речовина – невід’ємна складова біосфери, що об’єднує всі її компоненти в єдине ціле, є її функцією , і одночасно “однією з наймогутніших геохімічних сил на нашій планеті”. (В. Вернадський)

Жива речовина розміщена на планеті дуже нерівномірно, що пов’язано з різними умовами існування. Біомаса – кількісна оцінка живої речовини.

2.21. Біомаса – виражена в одиницях маси чи енергії живої речовини тих чи інших організмів (популяцій, видів, окремих живих організмів, угруповань у цілому), яка припадає на одиницю площі чи об’єму.

2.22. Слово “ноосфера” (грец. ноос – розум) вперше у 1927 р. запропонував французький філософ і математик Е. Леруа, який разом із своїм колегою – геологом, палеонтологом і теологом П. Тейяром де Шарденом дуже схвально і палко сприйняли й підтримали ноосферні ідеї В. Вернадського, а саме:

• · людство – це велика геологічна сила;
• · ця сила є розум і воля людини як істоти соціально організованої;
• · рівень антропогенних змін довкілля на планеті став настільки попутним, що почав впливати на біохімічний метаболізм (перетворення);
• · людство могутнішає і дедалі більше відділяється від інших компонентів біосфери, намагаючись ними керувати.

2.24. За В. Вернадським ноосфера.

“Вокруг искры первых рефлектирующих сознаний стал разгораться огонь… В конечном итоге пламя охватило всю планету. Только одно истолкование, только одно название в состоянии выразить этот великий феномен – ноосфера… Она действительно новый покров, “мыслящий пласт”, который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных – вне биосферы и над ней”.

Приклади наших робіт (р. П. Буг – малі ГЕС, інж.-біот. упорядкування ВЗ (ПЗС) на р. Тарган)

Отже, ноосфера – це утопія або реальна стратегія виживання? Праці Вернадського дозволяють більш обґрунтовано відповісти на це питання, оскільки в них зазначено ряд конкретних умов необхідних для становлення та існування ноосфері. Перерахуємо ці умови:

1. заселення людиною усієї планети;
2. різке переобладнання засобів зв’язку та обміну між країнами;
3. посилення зв’язків, у тому числі політичних, між всіма країнами Землі;
4. початок переважання геологічної ролі людини над іншими геологічними процесами, що відбуваються в біосфері;
5. розширення границь біосфери та вихід в космос;
6. відкриття нових джерел енергії;
7. рівність людей усіх рас і релігій;
8. збільшення ролі народних мас у вирішенні питань зовнішньої та внутрішньої політики;
9. свобода наукової думки та наукового пошуку від тиску релігійних, філософських і політичних будов і створення у державному устрою умов, сприятливих для свободної наукової думки;
10. обґрунтована система народної освіти та підйом рівня життя людей. Створення реальної можливості не допускати голоду, злиднів і значно послабити хвороби;
11. розумне перетворення первинної природи Землі з метою створення її здатності задовольнити усі матеріальні, естетичні та духовні потреби чисельно зростаючого населення;
12. виключення війн з життя суспільства.

 

2.25. Сучасні уявлення про біосферу

1. Основні поняття, визначення

Ідея про вплив життя на природні процеси на великих просторах Землі вперше була обґрунтована наукою на рубежі ХІХ і XX ст. у працях В. В. Докучаєва, який вказував на залежність типу ґрунтоутворення не тільки від клімату, а й від сукупного впливу рослин і тварин.

Вперше термін “біосфера” – “сфера життя” був використаний австрійським вченим-геологом Едуардом Зюссом ще в 1875 році. Однак він не дав визначення цього поняття.

Сучасне його тлумачення, яке прийнято у всьому світі, належить В.І. Вернадському – першому президенту Української Академії Наук (1919).

Він у 20-х роках розробив у своїх працях уявлення про біосферу як глобальну єдину систему Землі, де основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визначається життям.

Ідеї Вернадського набагато випередили стан сучасної йому науки і по-справжньому були оцінені лише у другій половині століття, після виникнення концепції екосистеми. Більшість процесів, що протягом геологічного періоду змінюють зовнішній вигляд нашої планети, розглядалися раніше як суто фізичні, хімічні або фізико-хімічні явища.

Вернадський вперше створив уявлення про геологічну роль живих організмів, показав, що діяльність живих істот є головним фактором перетворення земної кори.

В.І. Вернадський розглядає життя як вищу форму розвитку матерії на Землі. Живі організми, – стверджує вчений, – перетворюють космічну сонячну енергію у земну, хімічну, і створюють нескінченну різноманітність нашого світу.

В.І. Вернадський довів, що провідним фактором, який перетворює образ Землі, є життя

2.26. Біосфера – оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами.

Іншими словами, біосфера – це велетенська екосистема, яку утворює сукупність усіх біогеоценозів (екосистем) нашої планети.

Наука, яка вивчає структуру і динаміку біосфери, глобальні енергетичні і геохімічні потоки, називають біосферологією або глобальною екологією.

2.27. Відмінні особливості біосфери:

а) біосфера являє собою оболонку життя – ділянку існування живої речовини;

б) біосферу можна розглядати як ділянку Земної кори, зайнятої трансформаторами, які переводять космічні випромінювання в діяльну земну енергію – електричну, хімічну, механічну, теплову і т.д.

Усю сукупність організмів на планеті В.І. Вернадський назвав живою речовиною, розглядаючи сумарну масу, хімічний склад та енергію як головні її характеристики.

Біосфера у сучасному розумінні – це глобальна відкрита система зі своїм “входом”(потік сонячної енергії, що надходить з космосу) і “виходом” утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, що із-за різних причин “випали” із біологічного колоообігу – кам’яне вугілля, нафта, осадові породи тощо).

Ця Система кібернетична, вона мас підсистему – живі організми – яка відіграє центральну, домінуючу роль у функціонуванні системи в цілому.

Згідно із законом необхідної різноманітності Віннера-Шеннона-Ешбі, який вважають основним кібернетичним законом, кібернетична система лише тоді володіє стійкістю для блокування зовнішніх і внутрішніх збурень, коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття. Це різноманіття в основному і створюється живими організмами.

Сьогодні на землі існує близько 2 млн. видів організмів, з них рослин -500 тис. видів, а тварин – 1,5 млн. видів.

Виходячи із екосистемних уявлень, видове різноманіття – це не просто якась арифметична величина, нижче якої не мав би опускатися живий світ, а реальна потреба буквально кожного сущого на планеті виду в трофічних ланках біогеоценозів і біосфери в цілому.

(Програма збереження генетичних ресурсів, Каліфорнія, 1986): “Біологічне різноманіття тварин, рослин і мікроорганізмів являє собою фактор фундаментальної важливості для виживання людства”.

 

2.29.    2. Еволюція біосфери

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом:

а) алогенних (зовнішніх) сил, таких, як геологічні і кліматичні зміни;

б) автогенних (внутрішніх) процесів, зумовлених активністю живих компонентів екосистеми.

Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гетеротрофами (дріждеподібні анаероби, які одержували енергію, необхідну для дихання шляхом бродіння), які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Потім відбувся, за образним висловом Ю. Одума, “популяційний вибух” – виникли автотрофні водорості, які перетворили атмосферу із відновлювальної в кисневу.

Еволюція організмів і кисневої атмосфери зробили біосферу Землі надзвичайно унікальним явищем в Сонячній системі.

Вчені вважають, що таксономічний склад біосфери ще не стабілізувався, а підтвердження цьому й дають спряжена еволюція і груповий відбір.

Спряжена еволюція - це тип еволюції угруповання, який характеризується взаємодією великих груп організмів, які перебувають у тісному екологічному взаємозв’язку, такому, як рослини і рослиноїдні тварини і їх мікроскопічні симбіонти або паразити та їх господарі.

Взаємний відбір зумовлює еволюцію в напрямі різноманітності, взаємозалежності і гомеостазу (пристосування екосистем одна до одної).

Груповий відбір – це природний відбір в групах організмів. При цьому відборі можуть відмирати цілі популяції, а не окремий генотип.

Характерна особливість біосфери як “плівки життя” – це її гетерогенність (різнорідність), мозаїчність, причому кожна окрема однорідна ділянка (“біогеоценоз”, “екосистема”) здатна до саморегуляції і повного самовідновлення біоти. Екосистеми перебувають у постійній взаємодії одна з одною, створюючи разом гігантський кругообіг речовин в межах біосфери.

У структурі біосфери розрізняють:

–     просторову (вертикальна та горизонтальна структура біосфери);

–     часову (минуле, сучасне і майбутнє).

Системний час - це час, який ми розглядаємо в аспектах періоду існування даної системи, або процесів, які в ній відбуваються.

2.30. Вертикальна структура біосфери:

Сучасне життя поширене у верхній частині земної кори (літосфері), у шарах повітряної оболонки Землі (атмосфері) та у водній оболонці Землі (гідросфері).

За Вернадським, до біосфери можна віднести ті зони Землі, де існують аборигенні (корінні мешканці) угруповання живих організмів.

 

3. Структура біосфери

Межі поширення живих організм:

У літосфері: на глибині 1,5-15 км уже t перевищує +100 °С; найбільша глибина, де у літосфері виявлені бактерії – 4 км.

У гідросфері: до 10-11 км (океанічні западини), де t близько 0 °С.

В атмосфері: (верхня межа біосфери – спори грибів і бактерій – до висоти 20-22 км (на висоті 25-27 км – озоновий шар) – організми тут не живуть, вони сюди лише залітають.

Террабіосфера (або геобіосфера) –

Гідробіосфера –

Аеробіосфера – Основна частина – 1-1,5 км. Від 50-300 м – за М. Реймерсом – екотон між террабіосферою і гідробіосферою з одного боку і аеробіосферою – з іншого),

Парабіосфера – зона, яка прилягає до біосфери, і в якій випадково з’являються мікроорганізми і їх спори, не здатні до активного метаболізму (перетворення).

В середньому, шар планетарного життя сягає всього близько 20 км: вся земна поверхня (крім вершин понад 6 000 м, вкритих льодовиками) та товща води в морях і океанах.

У всесвітніх масштабах – проводять аналогію з тоненькою плівкою, яку легко пошкодити.

Горизонтальна структура біосфери

Основою для уявлення про горизонтальну структуру біосфери служать межі біогеоценозів та їх просторове розміщення.

Структурні одиниці біосфери (класифікація в сторону збільшення рангу):

Біогеоценоз – біокомплекс – біолокус (біом) – біозона – біоорбіс – царство – террабіосфера – біосфера.

За М Ф. Реймерсом: вищий рівень поділу біосфери – це біогеографічне царство (суша чи Світовий океан). Далі йде нижчий ранг – біогеографічна область (біоорбіс). Області розпадаються на природні пояси або біозони, в рамках яких історичну форму біотичного обміну на суші формують біоми. Якщо природна зона (біозона) – це фізгеографічна одиниця, то біом -біоценотична.

Біом – це сукупність біоценозів, видів рослин і тварин однієї природної зони, яка характеризується певним типом структури угруповання, що є відбитком комплексу адаптації виду до умов середовища.

Схожі біоми об’єднують в типи (тайга, лісостеп, степ).

Біолокус – фізгеографічна одиниця.

 

4. Основні екосистеми біосфери.

Наземні екосистеми біосфери об’єднують у три основні типи.

1)  наземні біоми;

2)  прісноводні екосистеми;

3)  морські екосистеми.

Наземні біоми: природні (ліси, луки, інші – пустелі, тундри) і штучні (пасовища, орні землі, інші – урбаністичні комплекси тощо),

Лісові екосистеми:

а) північна позатропічна рослинність (тайгові ліси, хвойно-широколистяні ліси, широколистяні, гірські та субтропічні ліси);

б) тропічна рослинність (вологі вічнозелені тропічні ліси, мангрові ліси, тропічні савани тощо);

в) південна позатропічна рослинність (араукарієві та евкаліптові ліси тощо).

Екосистеми трав’яних ландшафтів - природні (степи, луки) і штучні (культурні пасовища, сінокоси, агробіоценози).

3.4. Прісноводні екосистеми

Озера:

(за трофністю):

– оліготрофні (як правило, глибокі, з підвищеними берегами, бідні на мінеральний азот і фосфор, вода в них прозора, синього або зеленого кольору);

– автотрофні (невеликої глибини, багаті на азот і фосфор, багатство організмів призводить до виснаження кисню і зеленувато-коричневого забарвлення води, має широкий пояс прибережної рослинності);

– дизтрофні (неглибокі озера з берегами, порослими торфоутворюючою рослинністю, вода мало прозора, бурого кольору, має кислу реакцію).

Ці типи водойм можуть мати перехідні (змішані) типи.

Водотоки:

екосистеми потоків, річок, рік, їх різних ділянок.

Екосистеми Світового океану

Характерною особливістю океанічних екосистем є:

а) глобальність розмірів і величезні глибини, заповнені життям; безперервність (усі океани пов’язанні один з одним);

б) постійна циркуляція (наявність сильних вітрів, що дмуть протягом року у одному і тому ж напрямку, наявність глибинних течій);

в) панування різних хвиль і приливів, що зумовлює помітну періодичність життя угруповань, особливо в прибережних зонах;

г) солоність і сильна буферність;

д) наявність розчинених біогенних елементів, що є лімітуючими факторами, що визначають розміри популяції.

Три великі комплекси організмів: планктон, бентос, нектон (плаваючі тварини).

Екосистеми океанів відзначаються своєю великою продуктивністю, відіграють важливу роль гігантських регуляторів клімату Землі.

1. Термін «біосфера» з’явився у науковій літературі у 1875 році. Його автором був Едуард Зюсс, з яким В.І. Вернадський був знайомий особисто. Зюсс, зокрема, писав: «Одне здається іншорідним на цьому великому, яке складається зі сфер, небесному тілі, а саме – органічне життя. … На поверхні материків можна виділити самостійну біосферу…»

Під біосферою розуміють все те, що нас оточує, ту «природу», в якій ми живемо. Сам В.І. Вернадський дав наступне визначення біосфери: «Біосфера є оболонкою життя – область існування живої речовини».

Струнке вчення про біосферу було розроблене у 1926 році В.І. Вернадським і цим же роком датована його книга «Біосфера», яка вийшла у Ленінграді. Вчений виділив три головних компоненти біосфери:

– живі організми;

– мінеральні речовини, які включені живою речовиною у біогенний кругообіг;

– продукти діяльності живої речовини, які тимчасово не беруть участі у біогенному кругообізі.

Таким чином, вся сукупність організмів на планеті називається живою речовиною. Сукупність тих речовин у біосфері, в утворенні яких живі організми не приймають участі, називають кістяковою речовиною.

Біогенна речовина створюється і переробляється життям, сукупностями живих організмів. Біокістякова речовина планети це ґрунт, кора вивітрювання, усі природні води, властивості яких залежать від діяльності речовин. Жива речовина як біогенний фактор характеризується елементарним хімічним складом, масою та енергією. Вона трансформує сонячну енергію і залучає неорганічну матерію у безперервний кругообіг. В кінцевому рахунку жива речовина породила склад атмосфери, гідросфери, ґрунтів і у значній мірі осадових порід нашої планети. Жива речовина акумулює енергію космосу, трансформує її в енергію земних процесів (хімічну, механічну, теплову, електричну) і у безперервному обміні речовин з кістяковою матерією планети забезпечує утворення нової живої речовини, яка привносить нові якості, визначаючи тим самим процес еволюції органічного світу. Оновлення всієї живої речовини Землі здійснюється у середньому за 8 років. При цьому речовина наземних рослин оновлюється приблизно за 14 років. У океані циркуляція речовини відбувається у багато разів швидше: вся маса живої речовини оновлюється тут за 33 доби, у той час як фітомаса океану – щодобово. Процес повної заміни вод у гідросфері здійснюється за 2800 років. У атмосфері зміна кисню відбувається за декілька тисяч років, а вуглекислого газу за 6.3 роки.

“Вчення про ноосферу також створене академіком В.І. Вернадським. Декілька слів про «ноосферу» з’явилось у його останніх публікаціях у суворі часи 1944 року. У них він, зокрема, писав: «Людство, взяте в цілому, стає могутньою геологічною силою. І перед ним, перед його думкою і працею, постає питання про перебудову біосфери в інтересах вільно мислячого людства як єдиного цілого. Цей новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього наближуємося, і є ноосфера».

Ноосфера, за В.І. Вернадським, – це біосфера, яка розумно керується людиною. У поетичній формі цю ідею розвинув М. Заболоцький:

Два мира есть у человека:

Один, который нас творил,

Другой, который мы от века,

Творим по мере наших сил.

Він вказував, що біосфера 20 століття стає ноосферою, яка створюється усім розумом науки і соціальною працею.

В.І. Вернадський розумів під ноосферою новий план розвитку біосфери і закликав до розумного регулювання взаємовідносин людини, та природи, що ноосфера – це біосфера, перероблена науковою думкою, і що вона «не є короткочасним і перехідним явищем».

Спочатку людина брала у біосфері засоби до існування і віддавала їй те, що могли використати інші організми. Тому діяльність людей на цьому етапі лише у незначній мірі відрізнялась від діяльності інших організмів. У міру розвитку людського суспільства воно починало чинити все більш руйнівну дію на біосферу. У сучасних умовах людина вже усвідомлює, що вона повинна рахуватись із законами розвитку біосфери та її можливостями.

При переході біосфери в ноосферу перед людством виникає велика за своїми масштабами і значенню задача – навчитись свідомо регулювати взаємовідносини між суспільством і природою. Тільки цілеспрямована, свідома і планомірна діяльність людей може забезпечити гармонійний розвиток природи і суспільства.

2. Біосфера утворилась у результаті виникнення життя (живих організмів) як прямий результат загального розвитку нашої планети. Тривалість існування життя на Землі визначається часом від 1,5-2 до 4-5 млрд. років.

Біосфера включає нижню частину газоподібної оболонки тропосферу, всю водну та верхню частину твердої оболонки – кору вивітрювання. Неорганічне середовище біосфери поділяється на літосферу, гідросферу та атмосферу.

Літосфера – це тверда поверхнева оболонка Землі. Життя у літосфері концентрується тільки у поверхневому шарі земної кори – у ґрунті. В.І. Вернадський характеризує ґрунт як біокістякове тіло, яке одночасно складається із живих та неживих тіл.

3.13. Гідросфера – це водна, рідка оболонка Землі. Усі океани, моря (сукупність їх називають Світовим океаном), які становлять 70,8% поверхні Землі, а також озера і річки разом утворюють гідросферу.

3.12. Атмосфера є газоподібною оболонкою Землі. Нижній шар атмосфери у середньому висотою до 15 км називають тропосферою. Над нею розрізняють стратосферу висотою до 100 км. На її межі виникають північні сяйва. У стратосфері на висоті 15-35 км вільний кисень під впливом сонячної радіації перетворюється на озон. Мешканцями повітряного середовища насамперед вважаються тварини, які пристосувались до активного польоту (птахи, більшість комах). Верхня межа біосфери знаходиться приблизно на висоті 20-22 км, де ще спостерігається; наявність живих організмів: бактерій, спор грибів, найпростіших. Верхня межа життя в атмосфері зумовлена збільшенням з висотою рівня ультрафіолетової радіації. На висоті 25-30 км більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця поглинає тонкий шар озону – озоновий екран. Хоча основна частина живих істот концентрується на висоті 1-1,5 км. У горах межа розповсюдження наземного життя сягає біля 6 км над рівнем моря.

3.14. Нижньою межею біосфери є літосфера. У літосфері життя обмежене насамперед температурою підземних вод та гірських порід, яка поступово зростає і на глибині 1,5-15 км (гейзери-материнська порода) вже перевищує 100 °С. Найбільша глибина, на якій в шарах земної кори знайдені бактерії становить 4 км. У нафтових родовищах на глибині 2-2,5 км бактерії реєструються в значній кількості. У океані життя розповсюджується до більш значних глибин і зустрічається навіть на дні океанських западин         (10-11 км від поверхні), де температура близько 0 °С.

В.І. Вернадський підкреслював повсюдність життя. Заселеними є самі неймовірні місця існування: термальні джерела, температура у яких сягає до 100 °С, вікові сніги Гімалаїв, де на висоті 8300 м існують дев’ять видів бактерій, безводні пустелі та надсолоні озера, де вирують ціанобактерії та один із видів креветок.

На поверхні Землі у наш час повністю відсутнє життя лише в областях значних зледенінь та у кратерах діючих вулканів.

Одна із основних особливостей живої речовини – це її неймовірно різноманітне розподілення у різних частинах біосфери. Життя слабо розвинене у пустелях, тундрах, на глибині океану, високо у горах, тоді як в інших ділянках біосфери – дуже щільне і різноманітне.

Найбільш висока концентрація живої речовини знаходиться на межах розподілу головних середовищ – у ґрунті як граничному шарі між атмосферою та літосферою; у поверхневих шарах океану; на дні водойм і, особливо, у лиманах, на літоралі, де всі три середовища – ґрунт, вода та повітря знаходяться поряд. Місця найбільшої концентрації організмів називають «плівками життя».

3. Біомаса всіх живих організмів, які одночасно живуть на Землі становить приблизно 2.423·10¹² т (сухої речовини), частка сухопутних організмів – 2.42·10¹² т, а частка водних – всього 0.003·10¹² т. Маса рослин на Землі становить 2.4·10¹² т, а тварин – 0.023·10¹² т.

Уся маса живої речовини, яка була на Землі, хоча й протягом 1 млрд. років, уже переважає масу земної кори. Дійсно, біомаса Землі (у сухій речовині) за останніми даними становить 2.44·10¹² т, тобто 0.00001 земної кори (2·10¹⁹ т). Щорічно у результаті фотосинтезу утворюється близько 100 млрд. тонн рослинної біомаси (у перерахунку на суху речовину). З неї; з урахуванням витрат на дихання залишається щорічно у вигляді «нетто-продукту» близько 80 млрд. т. На поверхні суші, починаючи від полюсів у напрямку до екватора біомаса поступово збільшується.

Своєрідні екосистеми ґрунтів укривають майже всю поверхню суші. Ґрунт не тільки середовище, що необхідне для життя рослинних та тваринних організмів, а й складна екосистема з усіма притаманними їй властивостями. Утворення живої (органічної) речовини відбувається на земній поверхні, розклад органічних речовин, їх мінералізація здійснюється головним чином у ґрунті. Потужність ґрунту, поряд з поверхневою біомасою, і під її безпосереднім впливом, збільшується від полюсів до екватора. У середніх широтах особливе значення має гумусний шар, потужність якого у підзолистих ґрунтах – 5-10 см, а у чорноземах – 0,7-1,5 м.

Ґрунти дуже щільно заселені живими організмами. Біомаса одних дощових червів становить 1,2 т на 1 га або 2,5 млн. особин. У верхньому орному шарі фунту жива маса бактерій, грибів і водоростей становить 10 т на 1 га.

Гідросфера Землі, або Світовий океан, займає 2/3 поверхні планети. Об’єм води Світового океану у 15 разів більший об’єму суші, яка піднімається над рівнем моря. На океан припадає близько 1/3 фотосинтетичних процесів планети. Водорості поверхневого шару океану – потужні трансформатори сонячної енергії у хімічну.

В океані, крім планктону та вільно живучих тварин, є багато організмів, які прикріплені до дна або рухаються по ньому. Населення дна називається бентосом.

Життя в океані розподілене досить нерівномірно: найбільша густина його спостерігається у прибережних та придонних зонах, у поверхневих шарах (планктон), а також у місцях проживання коралових поліпів, які утворюють коралові рифи, атоли та острови. У товщі води плавають риби, морські ссавці, кальмари тощо. В цілому у Світовому океані у 1000 разів менше біомаси, ніж на поверхні суші. Це стосується і використання сонячної енергії: на площах океану вона становить 0,04 %, а на суші – 0,1 %.

В океані, особливо на його дні, розповсюджені різноманітні бактерії та детритофаги, які перетворюють органічні рештки (детрит) на неорганічну речовину. Оскільки організми, які гинуть, осідають на дно. Велика кількість з них укрита кремнієвими або вапняковими оболонками, чи має вапнякові черепашки. На дні океану вони утворюють осадові породи. Так, на місці моря, яке вкривало 100 млн. років тому Центральну Європу, знаходять у землі крейду та вапняки. У цих осадових породах можна знайти мікроскопічні черепашки древніх тварин.

3.6. 4. Кругообіг речовин – це багаторазова участь речовин у процесах, які відбуваються в атмосфері, гідросфері, літосфері, у тому числі у тих її шарах, які входять до складу біосфери планети. Хоча в дійсності повний кругообіг речовин здійснюють не самі речовини, а хімічні елементи.

Для постійного існування біосфери, для запобігання припинення розвитку життя на Землі у природі повинні постійно відбуватись безпе­рервні процеси перетворення її живої речовини.

3.7. Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав В.І. Вернадський. Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають природі все, що взяли у неї протягом життя.

У біосфері відбувається постійний кругообіг активних елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Елементи, які вивільняються мікроорганізмами при гнитті, надходять у ґрунт і атмосферу, знову включаються в кругообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх вивільнення у результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція викликається трьома процесами: обміном речовин в організмах, ростом і розмноженням їх.

Розрізняють два типи біогенної міграції, перший з них здійснюється мікроорганізмами, а другий – багатоклітинними організмами. Величина міграції першого типу переважає над другим. Людство оволоділо міграцією третього типу, яка іде під впливом його діяльності.

У кригообізі речовин жива речовина виконує ряд біогенних функцій: газову, концентраційну, окисно-відновну та біохімічну.

3.8. Газова функція здійснюється зеленими рослинами у процесі фотосинтезу – при цьому атмосфера поповнюється киснем, а також рослинами і тваринами, які виділяють вуглекислий газ у процесі дихання. Відбувається також кругообіг азоту, який тісно пов’язаний з життєдіяльністю мікроорганізмів.

3.9. Концентраційна функція проявляться у здатності живих організмів акумулювати різноманітні хімічні елементи, у тому числі мікроелементи, із зовнішнього середовища (ґрунт, вода, атмосфера). Так, морські водорості концентрують йод, діатомові водорості і злаки – кремній, молюски та ракоподібні – мідь тощо.

3.10. Окислювально-відновна функція виражається у хімічних перетвореннях речовин у процесі життєдіяльності організмів. У ґрунті, водному та повітряному середовищах утворюються солі, оксиди, різноманітні нові речовини як результат окислювально-відновних реакцій. З діяльністю мікроорганізмів пов’язане формування залізних та марганцевих руд, вапняків і т.п.

Геохімічна функція здійснюється у процесі обміну речовин у живих організмах (живлення, дихання, виділення), розкладу відмерлих організмів і продуктів їх життєдіяльності до простих вихідних речовин.

З появою живої речовини на основі кругообігу в атмосфері води, розчинених у ній мінеральних сполук, тобто на базі абіотичного, геологічного кругообігу виник кругообіг органічної речовини або малий біологічний кругообіг.

Поява на Землі живої матерії зумовила постійну циркуляцію хімічних елементів у біосфері, їх перехід із зовнішнього середовища до організмів і знову у навколишнє середовище. Циркуляція, яка відбувається за більш-менш замкненим шляхом, називається біогеохімічним циклом.

3.11. Основними біогеохімічними циклами є кругообіги води, кисню, вуглецю, азоту, фосфору та біогенних елементів.

Для ілюстрації різноманітних перетворень енергії та речовини у біосфері видатні дослідники П.П. Второв та М.М. Дроздов використали наочний образ – водяний млин. Його колесо крутиться, залишаючись на місці, і символізує занесення речовини у біосфері. Хоча для постійного обертання колеса необхідне постійне надходження води. Подібно до неї потік сонячної енергії, який надходить із космосу, крутить «колесо життя» на нашій планеті.

Міграцію речовин у біогеохімічних циклах можна розглянути на прикладі кругообігу вуглецю. На суші він починається з фіксації вугле­кислого газу рослинами у процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин та побічним виділенням кисню. Частина зв’язаного вуглецю виділяється під час дихання рослин у складі вуглекислого газу.

Ґрунтові гриби в залежності від швидкості росту виділяють від 200 до 2000 см³ вуглекислого газу на 1 т сухої маси. Значну кількість вуглекислого газу виділяють бактерії, які у перерахунку на живу масу дихають у 200 разів інтенсивніше, ніж людина.

Вуглекислий газ виділяється живими організмами, які мешкають у всіх середовищах Землі. У результаті процесів розкладу органічної речовини у лісах помірного клімату з 1 га ґрунту виділяється 70-80 т вуглекислого газу.

Відмерлі рослини та тварини розкладаються мікроорганізмами, у результаті чого вуглець мертвої органічної речовини окислюється і знову надходить в атмосферу. Подібний кругообіг вуглецю відбувається і у водному середовищі. Фіксований у рослинах вуглець у значній кількості споживають і тварини, які під час дихання виділяють його у вигляді вуглекислого газу. Усі зелені рослини Землі щорічно споживають з атмосфери до 300 млрд. т вуглекислого газу (100 млрд. т вуглецю).

Кругообіг вуглецю в гідросфері є більш складним у порівнянні з континентальним. Це пов’язане з тим, що повернення цього елемента у формі вуглекислого газу залежить від надходження кисню у верхні шари води як з атмосфери, так і з нижче розташованих шарів. В цілому показники річного кругообігу вуглецю у Світовому океані майже у 2 рази нижчі, ніж на суші. Сумарна кількість вуглекислого газу у атмосфері планети становить 2,3·10¹³ т, тоді як у Світовому океані – 1,3·10¹⁴ т.

Значну роль у природі відіграє кругообіг азоту. У кругообізі азоту основною ланкою є мікроорганізми: азотфіксатори, нітрифікатори та денітрифікатори. Бобові рослини постійно фіксують азот за допомогою бактерій-симбіонтів (симбіоз – співжиття одних бактерій з іншими).

Встановлено, що для кругообігу азоту необхідний елемент молібден. який входить до складу системи азотфіксуючих ферментів. Фіксувати азот здатна лише незначна кількість родів мікроорганізмів: вільноживучі аеробні бактерії роду азотобактер, анаеробні роду клострідіум, симбіотичні бульбочкові бактерії бобових рослин.

Загальна кількість азоту в атмосфері приблизно дорівнює 3.8·10¹⁵ т, а у водах Світового океану – 2·10¹³ т. У кругообізі азоту зі значного запасу цього елемента в атмосфері та осадовій оболонці літосфери приймає участь лише фіксований азот, що може засвоюватись живими організмами. На великих масивах, де діяльність людини майже відсутня, рослини беруть необхідний для них азот з ґрунту, що надходить туди з дощами (нітрати) або з повітря (аміак), внаслідок розкладу решток тварин та рослин, екскрементів тварин, а також з різноманітних азотфіксуючих мікроорганізмів.

Маса зв’язаного азоту біомаси суші становить 14020 млн. т, а у біомасі фітопланктону Світового океану – 2762 млн. т.

Біогеохімічний цикл кисню є планетарним процесом, який зв’язує атмосферу та гідросферу з земною корою. Головними ланками кругообігу кисню є утворення вільного кисню під час фотосинтезу, споживання його для здійснення дихання всіма живими організмами, для реакцій окислення органічних решток та неорганічних речовин (наприклад, спалювання палива) та інших хімічних перетворень.

У кругообізі кисню чітко просліджується активна геохімічна діяльність живої речовини. Щорічно зеленими рослинами планети продукується     300·10⁹ т кисню. Біля 3/4 цієї кількості кисню виділяється рослинами суші і лише трохи більше як 1/4 – фотосинтезуючими організмами Світового океану.

Вільний кисень присутній не тільки в атмосфері, частина його розчинена і у природних водах. Так, у 1 л води може міститись від 2 до 8 см³ розчиненого кисню. Таким чином у водах Світового океану знаходиться від 2,7 до 10,9·10¹²т розчиненого кисню.

Необхідно також враховувати і те, що значна частина запасів кисню витрачається внаслідок різного роду антропогенної діяльності. За всю історію людства до 1970 року світове споживання палива становило: 7,3 трильйона м³ природного газу, 84 млрд. т кам’яного вугілля, 30 млрд. т нафти. На спалювання цієї кількості палива було витрачено близько 273 млрд. т кисню. До цього слід додати витрати кисню, які забезпечують дихання рослин, тварин і людей.

Таким чином, біосфера є унікальною оболонкою Землі, яка заселена живими організмами. Саме ця властивість відрізняє її від інших геологічних оболонок. Біосфера функціонує за всіма законами, що характерні для живих організмів різного рівня організації (клітинного, тканинного, органного, організменного, популяційно-видового). Біосфера може існувати тільки за умови безперервного хімічного перетворення її живої речовини та кругообігу різноманітних хімічних елементів. З розвитком суспільства біосфера може стати ноосферою, тобто біосферою, яка розумно використовується і керується людиною.