Η μεγαλύτερη γενίκευση στο σύμπλεγμα των επιστημών της γης (γεωλογία, γεωγραφία, γεωχημεία, βιολογία) ήταν το δόγμα της βιόσφαιρας, που δημιουργήθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα V. I. Vernadsky. Έχοντας ξεκινήσει την επιστημονική του δραστηριότητα (ως γεωλόγος) με τη μελέτη των ιζηματογενών πετρωμάτων του φλοιού της γης, ο V. I. Vernadsky αποκάλυψε τον τεράστιο ρόλο των ζωντανών οργανισμών στις περίπλοκες γεωχημικές διεργασίες του πλανήτη μας. Το 1926 εκδόθηκε το βιβλίο του Βιόσφαιρα. Αυτό το έργο αναλύει σε βάθος τη σύνθετη σχέση μεταξύ των ζωντανών οργανισμών και της άψυχης φύσης της Γης. Το έργο του ήταν κάπως μπροστά από την εποχή του. Μόνο στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, με φόντο τα οξυμένα περιβαλλοντικά προβλήματα, η θεωρία του για τη βιόσφαιρα έγινε ευρέως διαδεδομένη.
Ένα σημαντικό στοιχείο της διδασκαλίας του V. I. Vernadsky για τη βιόσφαιρα είναι η ιδέα της στενής εξάρτησης της βιόσφαιρας από την ανθρώπινη δραστηριότητα και τη διατήρησή της ως αποτέλεσμα μιας λογικής στάσης του ανθρώπου στη φύση. Ο επιστήμονας έγραψε:
Η ανθρωπότητα στο σύνολό της γίνεται μια ισχυρή γεωλογική δύναμη. Μπροστά του, πριν από τη σκέψη και το έργο του βρίσκεται το ζήτημα της αναδιάρθρωσης της βιόσφαιρας προς το συμφέρον της ελεύθερα σκεπτόμενης ανθρωπότητας στο σύνολό της. Αυτή η νέα κατάσταση της βιόσφαιρας, στην οποία πλησιάζουμε χωρίς να την προσέχουμε, είναι η νοόσφαιρα. 1
Επί του παρόντος, το δόγμα της βιόσφαιρας είναι το πιο σημαντικό μέρος της οικολογίας, που σχετίζεται άμεσα με τα προβλήματα ρύθμισης της αλληλεπίδρασης μεταξύ ανθρώπου και φύσης.
Για πρώτη φορά ο όρος «βιόσφαιρα» χρησιμοποιήθηκε από τον J. B. Lamarck στις αρχές του 19ου αιώνα. Αργότερα, αναφέρθηκε στο έργο του Αυστριακού γεωλόγου E. Suess το 1875. Ωστόσο, αυτή η ιδέα δεν αναπτύχθηκε λεπτομερώς από αυτούς τους επιστήμονες, αλλά χρησιμοποιήθηκε περιστασιακά για να προσδιορίσει την περιοχή της ζωής στη Γη. Μόνο στα έργα του V. I. Vernadsky αναλύεται λεπτομερώς και προσεκτικά και γίνεται κατανοητό ως το «κέλυφος της ζωής» στον πλανήτη μας.
βιόσφαιρακαλούμε το σύνολο όλων των ζωντανών οργανισμών του πλανήτη μας και εκείνων των περιοχών των γεωλογικών κελυφών της Γης που κατοικούνται από ζωντανά όντα και έχουν εκτεθεί στην επιρροή τους κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας.
Τα όρια της βιόσφαιρας.Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι άνισα κατανεμημένοι στα γεωλογικά κελύφη της Γης: λιθόσφαιρα, υδρόσφαιρα και ατμόσφαιρα(Εικ. 1). Επομένως, η βιόσφαιρα περιλαμβάνει πλέον το πάνω μέρος της λιθόσφαιρας, ολόκληρη την υδρόσφαιρα και το κάτω μέρος της ατμόσφαιρας.
Ρύζι. 1.Η περιοχή κατανομής των οργανισμών στη βιόσφαιρα:1 - το επίπεδο της στιβάδας του όζοντος, καθυστερώντας σκληρά υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ; 2 - περίγραμμα χιονιού. 3 - χώμα? 4 - ζώα που ζουν σε σπηλιές. 5 - βακτήρια σε λάδι πηγάδια
Η λιθόσφαιρα είναι το πιο εξωτερικό συμπαγές κέλυφος της Γης. Το πάχος του κυμαίνεται μεταξύ 50-200 km. Η κατανομή της ζωής σε αυτό είναι περιορισμένη και μειώνεται απότομα με το βάθος. Η συντριπτική πλειοψηφία των ειδών συγκεντρώνεται στο ανώτερο στρώμα, το οποίο έχει πάχος αρκετές δεκάδες εκατοστά. Ορισμένα είδη διεισδύουν σε βάθος αρκετών μέτρων ή δεκάδων μέτρων (ζώα που τρυπώνουν - τυφλοπόντικες, σκουλήκια, βακτήρια, ρίζες φυτών). Το μεγαλύτερο βάθος στο οποίο έχουν βρεθεί ορισμένοι τύποι βακτηρίων είναι 3–4 km (σε υπόγεια ύδατα και πετρελαιοφόρους ορίζοντες). Η εξάπλωση της ζωής στα βάθη της λιθόσφαιρας εμποδίζεται από διάφορους παράγοντες. Η διείσδυση των φυτών είναι αδύνατη λόγω έλλειψης φωτός. Για όλες τις μορφές ζωής, η πυκνότητα του μέσου και η θερμοκρασία, που αυξάνονται με το βάθος, χρησιμεύουν επίσης ως σημαντικά εμπόδια. Κατά μέσο όρο, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι περίπου 3 ° C για κάθε 100 μ. Γι' αυτό το βάθος των τριών χιλιομέτρων θεωρείται το κατώτερο όριο της κατανομής της ζωής στη λιθόσφαιρα (όπου η θερμοκρασία φτάνει περίπου τους +100 ° C).
Υδροσφαίρα- το υδάτινο κέλυφος της Γης, είναι μια συλλογή από ωκεανούς, θάλασσες, λίμνες και ποτάμια. Σε αντίθεση με τη λιθόσφαιρα και την ατμόσφαιρα, κυριαρχείται πλήρως από ζωντανούς οργανισμούς. Ακόμη και στον πυθμένα του Παγκόσμιου Ωκεανού, σε βάθη περίπου 12 km, βρέθηκαν διάφοροι τύποι έμβιων όντων (ζώα, βακτήρια). Ωστόσο, η πλειοψηφία των ειδών κατοικεί στην υδρόσφαιρα σε απόσταση 150-200 μέτρων από την επιφάνεια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φως διεισδύει σε τέτοιο βάθος. Και κατά συνέπεια, στους κατώτερους ορίζοντες είναι αδύνατη η ύπαρξη φυτών και πολλών ειδών που εξαρτώνται από τα φυτά για τη διατροφή τους. Η εξάπλωση των οργανισμών σε μεγάλα βάθη εξασφαλίζεται από τη συνεχή «βροχή» των περιττωμάτων, τα υπολείμματα νεκρών οργανισμών που πέφτουν από τα ανώτερα στρώματα, καθώς και τα θηράματα. Τα Hydrobionts ζουν τόσο σε γλυκό όσο και σε αλμυρό νερό και χωρίζονται σε 3 ομάδες ανάλογα με το περιβάλλον τους:
1) πλαγκτόν - οργανισμοί που ζουν στην επιφάνεια των υδάτινων σωμάτων και κινούνται παθητικά λόγω της κίνησης του νερού.
2) νεκτόν - κινείται ενεργά στη στήλη νερού.
3) βένθος - οργανισμοί που ζουν στον πυθμένα των υδάτινων σωμάτων ή τρυπώνουν σε λάσπη.
Ατμόσφαιρα- το αέριο κέλυφος της Γης, το οποίο έχει μια ορισμένη χημική σύνθεση: περίπου 78% άζωτο, 21% οξυγόνο, 1 - αργό και 0,03% διοξείδιο του άνθρακα. Η βιόσφαιρα περιλαμβάνει μόνο τα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Η ζωή σε αυτά δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς άμεση σύνδεση με τη λιθόσφαιρα και την υδρόσφαιρα. Τα μεγάλα ξυλώδη φυτά φτάνουν αρκετές δεκάδες μέτρα σε ύψος, τοποθετώντας τις κορώνες τους προς τα πάνω. Τα ιπτάμενα ζώα υψώνονται εκατοντάδες μέτρα - έντομα, πουλιά, νυχτερίδες. Μερικά είδη αρπακτικών πτηνών υψώνονται 3-5 χλμ πάνω από την επιφάνεια της Γης, κοιτάζοντας τη λεία τους. Τέλος, τα ανοδικά ρεύματα αέρα μεταφέρουν παθητικά βακτήρια, σπόρια φυτών, μύκητες και σπόρους δεκάδες χιλιόμετρα προς τα πάνω. Ωστόσο, όλοι οι καταγεγραμμένοι ιπτάμενοι οργανισμοί ή τα εισαγόμενα βακτήρια βρίσκονται μόνο προσωρινά στην ατμόσφαιρα. Δεν υπάρχουν οργανισμοί που να ζουν μόνιμα στον αέρα.
Το ανώτερο όριο της βιόσφαιρας θεωρείται το στρώμα του όζοντος, που βρίσκεται σε υψόμετρο 30 έως 50 km πάνω από την επιφάνεια της Γης. Προστατεύει όλη τη ζωή στον πλανήτη μας από την ισχυρή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, απορροφώντας σε μεγάλο βαθμό αυτές τις ακτίνες. Πάνω από το στρώμα του όζοντος, η ύπαρξη ζωής είναι αδύνατη.
Έτσι, το κύριο μέρος των ειδών των ζωντανών οργανισμών συγκεντρώνεται στα όρια της ατμόσφαιρας και της λιθόσφαιρας, της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας, σχηματίζοντας ένα σχετικά «λεπτό φιλμ ζωής» στην επιφάνεια του πλανήτη μας.
Δομή και λειτουργία της βιόσφαιρας.Βιόσφαιρα - Αυτό παγκόσμιο οικολογικό σύστημα, που αποτελείται από πολλά οικοσυστήματα κατώτερης βαθμίδας, βιογεωκενόζες, η αλληλεπίδραση των οποίων μεταξύ τους καθορίζει την ακεραιότητά του. Πράγματι, οι βιογεωκαινώσεις δεν υπάρχουν μεμονωμένα - υπάρχουν άμεσες συνδέσεις και σχέσεις μεταξύ τους. Για παράδειγμα, στις υδρόβιες βιογεωκαινώσεις, ορυκτές και οργανικές ουσίες μεταφέρονται από τα χερσαία οικοσυστήματα από τον άνεμο, τη βροχή και το λιωμένο νερό. Μπορεί να υπάρχει μετακίνηση οργανισμών από τη μια βιογεωκένωση στην άλλη (για παράδειγμα, εποχιακές μεταναστεύσεις ζώων). Και τέλος, όλους ενώνει η ατμόσφαιρα της Γης, η οποία λειτουργεί ως κοινή δεξαμενή για τα ζωντανά όντα. Λαμβάνει οξυγόνο (που απελευθερώνεται από τα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση) και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζεται κατά την αναπνοή των αερόβιων οργανισμών). Τα φυτά όλων των οικοσυστημάτων αντλούν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, το οποίο χρειάζονται στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και όλοι οι αναπνέοντες οργανισμοί λαμβάνουν οξυγόνο.
Η ύπαρξη της βιόσφαιρας βασίζεται στη συνεχή κυκλοφορία ουσιών, η ενεργειακή βάση των οποίων είναι το ηλιακό φως (Εικ. 2).
Ρύζι. 2.Σχέδιο βιογεωχημικής κυκλικότητας στη βιόσφαιρα. Στα δεξιάστο διάγραμμα, ένα τμήμα λασπώδους-ποδολικού εδάφους κάτω από κωνοφόρα δάσος
Η κυκλοφορία ουσιών στη φύση μεταξύ ζωντανής και μη ζωντανής ύλης είναι ένα από τα πιο χαρακτηριστικά γνωρίσματα της βιόσφαιρας. Ο βιολογικός κύκλος είναι η βιογενής μετανάστευση ατόμων από το περιβάλλον στους οργανισμούς και από τους οργανισμούς στο περιβάλλον. Η βιομάζα εκτελεί επίσης άλλες λειτουργίες:
1) αέριο - σταθερή ανταλλαγή αερίων με το εξωτερικό περιβάλλον λόγω της αναπνοής των ζωντανών οργανισμών και της φωτοσύνθεσης των φυτών.
2) συγκέντρωση - σταθερή βιογενής μετανάστευση ατόμων σε ζωντανούς οργανισμούς και μετά το θάνατό τους - σε άψυχη φύση.
3) οξειδοαναγωγή - ανταλλαγή ύλης και ενέργειας με το εξωτερικό περιβάλλον. Κατά την αφομοίωση, οι οργανικές ουσίες οξειδώνονται, κατά την αφομοίωση χρησιμοποιείται η ενέργεια του ATP.
4) βιοχημικοί - χημικοί μετασχηματισμοί ουσιών που αποτελούν τη βάση της ζωής του οργανισμού.
