Ada berbagai asumsi tentang bagaimana kehidupan muncul di planet kita: dari hipotesis generasi spontan hingga hipotesis masuknya kehidupan dari luar angkasa. Di antara planet-planet, hanya Bumi yang dihuni organisme hidup dan mempunyai cangkang tempat kehidupan tersebar luas.
Semua organisme hidup adalah materi hidup Bumi. “Lapisan materi hidup yang berkesinambungan”, menurut definisi V.I. Vernadsky, menempati dan mencakup dalam komposisinya tanah dengan akar tanaman, miselium, mikroorganisme, dan hewan tanah yang terletak di dalamnya, bagian di mana mikroorganisme ditemukan, dan bagian dasar dari tanah. troposfer, di mana serbuk sari, spora, dan benih tanaman dibawa oleh angin. Lapisan ini menyusun biosfer bumi, terbentuk pada daerah interaksi antara udara, air dan batu.
Organisme hidup hanya dapat hidup dalam kondisi tertentu. Di atmosfer, kondisi seperti itu diamati hingga ketinggian 7-8 kilometer, di mana sebagian besar organisme hidup terkonsentrasi. Di atas, keberadaan kehidupan dibatasi oleh suhu rendah dan tekanan rendah. Batas atas sebaran organisme hidup di atmosfer adalah “lapisan ozon”. Di hidrosfer, organisme tersebar di seluruh ketebalan perairan daratan dan lautan. Di litosfer, batas bawah biosfer tergambar pada kedalaman ratusan meter hingga beberapa kilometer. Di sini terdapat bakteri yang tidak membutuhkan udara untuk hidup.
Organisme hidup ditemukan dalam kondisi yang paling tidak biasa dan sangat keras: di es di puncak gunung tertinggi, di gurun gersang, di danau garam, dan bahkan di reservoir minyak bawah tanah.
Keanekaragaman makhluk hidup
Organisme hidup diwakili oleh kerajaan tumbuhan, hewan, jamur dan bakteri. Tumbuhan dan hewan sangat beragam bentuk dan ukurannya. Merupakan kebiasaan untuk membedakan uniseluler dan organisme multiseluler. Di antara hewan, yang paling umum adalah serangga, dan di antara tumbuhan, angiospermae.
Oleh keanekaragaman spesies hewan mendominasi tumbuhan, tetapi dalam hal massa makhluk hidup, sebaliknya, jumlah tumbuhan lebih banyak daripada hewan. Beberapa spesies tumbuhan dan hewan telah bertahan hidup di planet kita, setelah bertahan hidup secara global perubahan iklim dan glasiasi. Ini adalah peninggalan (dari kata Latin relictum - sisa) - spesies purba yang berhasil beradaptasi dengan kondisi kehidupan baru.
Distribusi kehidupan sangat tidak merata. Sebagian besar organisme terkonsentrasi di darat. Di sini massa mereka 800 kali lebih besar dari massa seluruh materi hidup di Samudra Dunia. Pada saat yang sama, massa tumbuhan hidup di darat kira-kira 1000 kali lipat lebih banyak massa binatang.
Lingkungan- ini adalah cangkang bumi, yang komposisi, struktur dan energinya ditentukan oleh masa lalu dan kegiatan modern organisme hidup.
■ Istilah “biosfer” diperkenalkan oleh E. Suess (Austria, 1875), doktrin biosfer diciptakan oleh V.I. Vernadsky (Rusia, 1926).
■ Biosfer adalah ekosistem terbesar yang menyatukan semua biogeocenosis di planet ini dan melaksanakannya siklus global zat.
Komponen biosfer: materi hidup (lihat di bawah), zat biogenik, zat bioinert, zat inert, zat radioaktif, zat kosmogenik.
Gizi- senyawa dan mineral yang diciptakan dan diproses oleh organisme hidup dalam proses aktivitas vitalnya (minyak, gas, batu bara, batu kapur, dll).
Zat bioinert- suatu zat yang terbentuk sebagai hasilnya kegiatan bersama organisme hidup dan proses abiogenik (tanah, tanah waduk).
Zat inert- senyawa yang terbentuk tanpa partisipasi organisme hidup (batuan, mineral, dll).
Zat radioaktif — bijih radioaktif dan produk akhir dekomposisinya.
Zat kosmogenik— meteorit, debu kosmik.
Bidang kehidupan ditentukan oleh adanya kondisi yang diperlukan bagi keberadaan organisme hidup tertentu.
Kehidupan di Bumi terbagi menjadi tiga cangkang geologis — atmosfer, hidrosfer, dan litosfer . Kerang-kerang ini digabungkan menjadi satu sistem keseluruhan melalui pertukaran materi dan energi yang terus menerus satu sama lain, yang disebabkan tidak hanya oleh proses abiogenik, tetapi juga oleh aktivitas organisme hidup.
Suasana — amplop udara Bumi. Kepadatan udara berkurang dengan cepat seiring ketinggian: 75% massa atmosfer terkonsentrasi di lapisan di bawah 10 km, 90% di bawah 15 km, 99% di bawah 30 km. Udara kering terdiri dari nitrogen (78,08%), oksigen (20,95%), argon (0,93%), karbon dioksida(0,03%) dan pengotor gas lainnya.
Troposfer- lapisan atmosfer bagian bawah dengan ketinggian 8-10 km di garis lintang kutub hingga 16-18 km di zona khatulistiwa. Di atas troposfer terdapat stratosfer.
Lapisan ozon - kawasan dengan kandungan ozon O 3 yang tinggi - terletak di stratosfer pada ketinggian 15-25 km. Ia menyerap radiasi ultraviolet gelombang pendek dari Matahari, yang berbahaya bagi organisme hidup.
uap air, hadir di atmosfer, berpartisipasi dalam siklus air alami;
■ mengembun, jatuh dalam bentuk hujan, menyediakan rezim kelembaban untuk wilayah bumi;
■ bersama dengan CO 2 memberikan kontribusi utama Efek rumah kaca: menahan sinar panas gelombang panjang yang dipantulkan dari permukaan planet, sehingga lapisan bawah atmosfer menjadi hangat.
Hidrosfer- ini adalah cangkang air Bumi, yang dibentuk oleh perairan samudera, lautan, danau, sungai, bawah tanah, dan lapisan es.
■ Kedalaman rata-rata Samudra Dunia - 3,8 km, maksimum (Palung Mariana di Samudera Pasifik) — 11,034 km. 97% massa hidrosfer bersifat asin perairan laut, 2,2% - perairan glasial, 0,8% - air tawar bawah tanah, danau dan sungai.
Litosfer- eksternal cangkang keras(kerak) planet ini. Terdiri dari tiga lapisan: bagian atas adalah lapisan batuan sedimen, bagian tengah adalah granit dan bagian bawah, yang paling padat adalah basal.
Batas-batas biosfer melewati tempat mereka mulai mendominasi faktor alam, membuat keberadaan organisme hidup menjadi mustahil.
Batas atas biosfer ditentukan oleh ultraviolet intensitas tinggi radiasi sinar matahari, suhu lingkungan rendah, kekurangan oksigen dan air dan terjadi di atmosfer pada ketinggian 25-27 km (pada batas bawah lapisan ozon).
■ Spora bakteri dan jamur ditemukan di troposfer pada ketinggian hingga 40 km.
Batas bawah biosfer di litosfer bagi sebagian besar bentuk kehidupan ditentukan kepadatan tinggi, kekuatan dan ketahanan lingkungan yang tinggi, kekurangan cahaya, kekurangan oksigen dan terjadi pada kedalaman beberapa puluh meter.
■ Bentuk kehidupan tidak aktif (spora, kista) dan bakteri minyak telah tercatat di kedalaman hingga 4 km. Batasan ini, selain faktor-faktor yang disebutkan di atas, juga ditentukan tekanan tinggi dan suhu batuan dan air tanah(pada kedalaman 3 km suhunya sekitar +100 °C).
Di hidrosfer kehidupan meluas ke seluruh kedalaman Samudra Dunia. Di sini, faktor pembatasnya adalah tekanan kolom air dan kurangnya cahaya (suhu air di dasar cekungan laut sekitar 0 °C).
■ Menurut V.I. Vernadsky, batas bawah biosfer memanjang 1-2 km lebih dalam dari bagian bawah Lautan di dunia, dalam lapisan batuan sedimen yang terakumulasi secara bertahap di lautan, yang asal usulnya dikaitkan dengan aktivitas organisme hidup.
Materi hidup
Materi hidup- totalitas semua yang ada di saat ini organisme hidup di planet ini, dinyatakan secara numerik dalam komposisi unsur kimia, massa atau energi.
■ Ukuran kuantitatif materi hidup - biomassa dan produk.
Ciri-ciri makhluk hidup. Materi hidup:
■ merupakan komponen utama biosfer;
■ tersebar tidak merata di seluruh bumi; konsentrasinya maksimum pada antarmuka media dasar - di dalam tanah, di lapisan permukaan laut, di dasar waduk, dalam apa yang disebut “film kehidupan”;
■ dengan cara yang mendasar komposisi kimia dekat dengan komposisi kerak bumi;
■ merupakan komponen biosfer paling aktif yang menjamin sirkulasi global unsur kimia;
■ adalah baterai raksasa dan pengubah energi matahari yang unik, mengikatnya dalam ikatan kimia molekul organik kompleks dalam proses fotosintesis.
Jumlah total biomassa di Bumi- 2423,2 miliar ton. Sebagian besar terkonsentrasi di benua (lebih dari 99,8%) pada tanaman lahan hijau (lebih dari 99,2%). Organisme yang tidak mampu melakukan fotosintesis berjumlah 1%.
Distribusi biomassa melintasi benua dan bagian samudera lingkungan(direduksi menjadi bahan organik kering) disajikan dalam tabel.
Distribusi berdasarkan produk dan jumlah oksigen yang dihasilkan: sekitar setengah dari produksi dan volume oksigen dihasilkan oleh tanaman darat (terutama tanaman basah hutan hujan), separuh lainnya adalah alga mikroskopis hidrosfer - fitoplankton (biomassa fitoplankton kira-kira 10.000 kali lebih kecil dari biomassa tanaman darat). Alasannya adalah tingkat produksi fitoplankton yang jauh lebih tinggi dibandingkan tanaman darat.
Siklus biogeokimia- jalur yang kurang lebih tertutup di mana terdapat sirkulasi unsur-unsur kimia yang terus menerus di biosfer.
Proses utama siklus air, karbon dan nitrogen ditunjukkan pada tabel; mereka dibahas lebih rinci di bawah ini.
Integritas biosfer: masing-masing komponennya, yang berkembang menurut hukumnya sendiri, tidak berdiri sendiri-sendiri, tetapi senantiasa dipengaruhi oleh komponen lain dan dengan sendirinya mempengaruhi komponen lainnya. Oleh karena itu, perubahan pada komponen biosLera menyebabkan perubahan pada komponen lainnya.
Sejumlah komponen biosfer, tersusun dalam urutan laju perubahan yang menurun: dunia Hewan→ tumbuh-tumbuhan → tanah → air → iklim → relief → litosfer.
Siklus air dan oksigen
Siklus air
Air menguap dari permukaan badan air (samudera, lautan, dll) dan daratan dan diangkut oleh arus udara ke berbagai jarak. Sebagian besar air yang menguap jatuh sebagai presipitasi ke laut, dan lebih sedikit lagi yang jatuh ke daratan. Air yang jatuh ke permukaan tanah berkontribusi terhadap rusaknya batuan, erosi lapisan atas tanah dan kembali, bersama dengan zat terlarut dan tersuspensi di dalamnya, ke sungai, laut dan samudera.
Tumbuhan mengambil air dari tanah dan menguapkannya ke atmosfer. Massa air yang diuapkan dalam hal ini bisa sangat signifikan (satu hektar hutan menguapkan 20-50 ton air per hari), dan di kawasan hutan yang luas, jumlah utama curah hujan terbentuk dari uap air yang masuk ke atmosfer akibat penguapan total. dari zona yang sama.
Tutupan vegetasi juga menahan air dengan memperlambat alirannya, mempertahankan tingkat air tanah yang konstan, dll.
Selama fotosintesis, sebagian air dipecah menjadi hidrogen dan oksigen. Hidrogen digunakan untuk sintesis senyawa organik, dan oksigen dilepaskan ke atmosfer.
Hewan mengkonsumsi air untuk pemeliharaannya tekanan osmotik dan mengeluarkannya dengan produk disimilasi.
Air benar-benar terurai dan dikembalikan ke dalamnya siklus biotik dalam waktu sekitar 2 juta tahun.
Siklus oksigen
Hampir semua oksigen di atmosfer berasal dari biogenik. Oksigen bebas digunakan oleh organisme aerobik selama respirasi untuk mengoksidasi senyawa organik. Salah satu produk akhir oksidasi adalah karbon dioksida yang masuk ke atmosfer. Pengisian kembali oksigen di atmosfer terjadi ketika air terurai selama fotosintesis. Semua oksigen di atmosfer melewati organisme dalam waktu sekitar 2000 tahun.
Siklus karbon dan nitrogen
Siklus karbon di biosfer (lihat Gambar 5.3) terutama ditentukan oleh proses fotosintesis dan respirasi. Karbon di atmosfer terutama terkandung dalam komposisi karbon dioksida CO 2. Sumber utama CO 2 adalah aktivitas gunung berapi.
Siklus karbon biosfer dimulai dengan asimilasi karbon dioksida di atmosfer oleh terestrial dan tanaman air dan cyanobacteria selama fotosintesis. Dalam hal ini terbentuklah karbohidrat, sebagian digunakan oleh tumbuhan itu sendiri untuk memperoleh energi, dan sebagian lagi dikonsumsi oleh hewan. Selain itu, senyawa karbon digunakan oleh organisme laut untuk membangun cangkang dan struktur kerangka.
Karbon dikembalikan ke lingkungan dalam bentuk dioksida yang dilepaskan selama respirasi hewan dan tumbuhan. Jalur kembali kedua adalah dekomposisi tanaman mati dan hewan, yang karbon dalam jaringannya teroksidasi dan memasuki atmosfer dalam bentuk CO 2.
Siklus karbon tidak sepenuhnya tertutup. Sebagian karbon dikeluarkan dari siklus untuk waktu yang lama, terkonsentrasi di endapan gambut, batu bara, minyak dan serpih minyak, terbentuk selama penguraian organisme mati tanpa akses oksigen, serta dalam endapan batu kapur tebal di dasar laut dan samudera, terbentuk dari sisa-sisa cangkang dan kerangka organisme laut yang mati.
Namun, pembakaran bahan bakar fosil yang digunakan manusia sebagai energi menghasilkan karbon dioksida, yang dilepaskan kembali ke atmosfer. Oleh karena itu, selama seratus tahun terakhir, kandungan CO 2 di atmosfer telah meningkat sebesar 25%, yang mengganggu siklus karbon yang diatur dan dapat menyebabkan peningkatan efek rumah kaca. Satu siklus karbon dioksida membutuhkan waktu 300 tahun. 
Siklus nitrogen
Nitrogen- satu dari komponen penting protein, asam nukleat, ATP dan zat organik lainnya. Cadangan utamanya terkandung di atmosfer dalam bentuk molekul nitrogen N2, yang tidak dapat diakses oleh tanaman. DI DALAM jumlah kecil Nitrogen di atmosfer berikatan dengan oksigen selama pelepasan petir di atmosfer, dan kemudian mencapai permukaan bumi melalui hujan.
Fiksasi nitrogen atmosfer dilakukan oleh cyanobacteria, serta bakteri pengikat nitrogen bintil yang menetap di sel akar tanaman polong-polongan. Mereka mensintesis nitrit dan nitrat, yang diserap oleh tanaman. Tumbuhan menggunakan nitrogen untuk membangun asam nukleat dan protein, yang kemudian digunakan sebagai makanan oleh hewan dan manusia.
Dalam proses kehidupan molekul protein dipecah menjadi produk akhir - air, karbon dioksida, amonia, urea dan asam urat, dilepaskan ke dalam lingkungan luar. Ketika hewan dan tumbuhan mati membusuk, amonia juga diproduksi.
Sebagian besar amonia yang dihasilkan diubah bakteri nitrifikasi menjadi nitrit dan nitrat, diasimilasi oleh tanaman. Sebagian kecil amonia lepas ke atmosfer dan, bersama dengan CO 2, uap air dan lainnya zat berbentuk gas melakukan fungsi menahan panas planet.
Beberapa jenis bakteri denitrifikasi dapat mereduksi nitrit dan nitrat menjadi gas nitrogen yang memasuki atmosfer. Akibatnya, tanah dan air kehabisan senyawa nitrogen dan atmosfer menjadi jenuh dengan molekul nitrogen.
Penggunaan nitrogen secara intensif oleh manusia pupuk mineral untuk memperoleh hasil tanaman pertanian yang besar menyebabkan ketidakseimbangan dalam proses nitrifikasi dan denitrifikasi. 
Konversi energi
Siklus biologis zat hanya mungkin terjadi dengan masuknya dan transformasi yang konstan energi matahari , karena energi yang diterima dari Matahari terikat dalam zat organik dan ketika bergerak secara bertahap rantai makanan berkurang (sebagian besar dihabiskan untuk proses vital organisme dan hilang dalam bentuk panas).
Biosfer - Sistem terbuka, terus-menerus menerima energi matahari. Selama proses fotosintesis, energi ini diubah menjadi energi ikatan kimia zat organik. Materi hidup di bumi setiap tahunnya menghasilkan energi 4,2 * 10 17 J.
Akumulasi energi sebagian dikonsumsi oleh tanaman dalam proses vital, dan sebagian lagi ditransfer ke organisme herbivora. Organisme ini juga menggunakan sebagian energinya dalam proses kehidupan, dan sisanya digunakan untuk karnivora, dll. Dengan demikian, energi disimpan dalam jaringan tumbuhan dan hewan dalam bentuk senyawa organik. Cadangan energi di biosfer bumi diperkirakan mencapai 4,2 * 10 18 J. Sebagian energinya disimpan dalam minyak, batu bara, serpih, dan gambut.
Energi dilepaskan selama penghancuran zat organik dalam proses respirasi, fermentasi dan pembusukan. Saat ini, materi hidup di Bumi setiap tahunnya melepaskan 4,2 · 10 17 J energi - jumlah yang sama dengan saat ia diciptakan, yaitu. keseimbangan energi tetap terjaga di biosfer.
Evolusi biosfer
Lingkungan- sistem ekologi yang kompleks, relatif stabil, tetapi tidak beku, tetapi berkembang dan berkembang.
Bukti dan sumber pengetahuan tentang perkembangan biosfer berfungsi sebagai sisa-sisa fosil organisme purba.
■ Dipercaya bahwa selama keberadaan biosfer, sekitar 500 juta spesies organisme hidup di dalamnya.
♦ Alasan stabilitas relatif biosfer:
■ pasokan energi matahari secara terus-menerus yang digunakan oleh organisme fototrofik;
■ keanekaragaman organisme hidup;
■ adaptasi organisme terhadap kehidupan dalam berbagai kondisi di empat lingkungan;
■ menjaga siklus nutrisi yang berkesinambungan;
■ keseimbangan aktivitas vital seluruh keanekaragaman organisme - produsen, konsumen dan pengurai - secara bertahap berkembang selama ratusan juta.
❖ Alasan utama evolusi biosfer- evolusi kimia primer (yang menyebabkan munculnya makromolekul organik dan organisme hidup pertama - prokariota) dan proses geologi dan iklim yang mengubah kondisi kehidupan di Bumi (yang menyebabkan perubahan kandungan oksigen di atmosfer, pembentukan oksigen lapisan ozon, perubahan kandungan air di planet ini dan kelembaban atmosfer dan g.d.).
❖ Dua yang utama tahapan sejarah evolusi biosfer:
■ biogenesis;
■ noogenesis.
Biogenesis- pertama dan terbanyak tahap yang panjang evolusi biosfer dari kemunculan prokariota hingga pembentukannya masyarakat manusia.
Noogenesis- tahap kedua perkembangan biosfer, yang dimulai dengan pembentukan masyarakat manusia dan berlanjut hingga saat ini; ditandai dengan pengaruh aktivitas manusia yang signifikan dan terus meningkat terhadap biosfer.
Noosfer- “cangkang pikiran, bola kehidupan cerdas(V.I. Vernadsky), lingkup yang dicakup oleh interaksi masyarakat manusia dan alam.
Noosfer adalah keadaan baru biosfer di mana aktivitas cerdas seseorang menjadi faktor utama dan penentu dalam perkembangannya
Dihuni oleh organisme hidup, yang secara aktif mengubahnya dalam proses aktivitas hidupnya.
Sejarah penelitian
Konsep biosfer sebagai wilayah kehidupan diperkenalkan ke dalam ilmu pengetahuan oleh Jean Baptiste de Lamarck pada paruh pertama abad ke-19. Dialah yang paling dekat untuk memahaminya. Namun istilah itu sendiri dikemukakan oleh ilmuwan Austria Edward Suess. Ia bekerja di bidang geologi dan memahami biosfer sebagai totalitas seluruh organisme. Nah, inilah arti yang melekat pada istilah “biota”. Suess menguraikan hipotesis dan hasil penelitiannya yang terkenal karya ilmiah“Wajah Bumi,” di mana ia menggambarkan geologi Pegunungan Alpen.
Konsep modern biosfer dirumuskan oleh ilmuwan geokimia Rusia dengan pengetahuan ensiklopedis di banyak cabang ilmu pengetahuan - Vladimir Ivanovich Vernadsky. Sebagai profesor mineralogi di Universitas Moskow, ia menjadi penulis karya besar "Biosphere", yang diterbitkan pada tahun 1926. Dalam karyanya inilah dia pertama kali memberikan definisi rinci tentang istilah ini.
V.M. Vernadsky benar percaya bahwa biosfer adalah wilayah konsentris besar di bumi, yang memainkan peran kekuatan geokimia utama. Jadi, ini adalah ruang di mana kehidupan saat ini ada atau pernah ada, yaitu biosfer yang dicirikan oleh keberadaan organisme hidup atau produk aktivitas vitalnya.
Jenis zat di biosfer
V.I. Vernadsky mengidentifikasi beberapa jenis zat yang menjadi dasar biosfer.
- Sebenarnya materi hidup, yang dibentuk oleh kumpulan organisme.
- Zat biogenik yang terbentuk selama dan tersisa setelah kehidupan organisme. Ini tentang tentang gas atmosfer, batu bara, minyak, dll.
- yang terbentuk tanpa campur tangan organisme.
- - ini adalah senyawa yang merupakan hasil aktivitas vital organisme yang dikombinasikan dengan proses abiogenik.
Batas-batas biosfer ditentukan sesuai dengan keberadaan totalitas zat-zat di atas dalam cangkang bumi.
Materi hidup di biosfer
Jelas, proses geokimia dan energi utama terjadi dengan partisipasi wajib V.I. Vernadsky merumuskan konsepnya sebagai berikut. Materi hidup - segala sesuatu yang ada pada saat ini, merupakan satu kesatuan, yang dinyatakan dalam komposisi kimia dasar, berat, energi.
Sifat utama makhluk hidup adalah aktivitasnya, karena hubungannya dengan lingkungan aliran biogenik yang konstan. Aliran tersebut terbentuk selama pernapasan, nutrisi, dan reproduksi. Dalam konteks ini, aktivitas vital organisme dapat dianggap sangat kuat proses geologi bersifat planet.
Migrasi unsur-unsur kimia yang konstan antara tubuh dan lingkungan di kedua arah terjadi secara terus menerus. Proses ini dimungkinkan karena kedekatan komposisi kimia dasar organisme dengan komposisi kimia kerak bumi.
Tumbuhan, melakukan fotosintesis, menciptakan kompleks molekul organik memiliki stok besar energi. Dengan demikian, materi hidup mengakumulasi dan mengubah energi radiasi Matahari yang terkait. Pergerakan energi menjadi mungkin karena pertumbuhan dan perkembangan tubuh yang konstan. Laju reproduksi, seperti yang diyakini oleh V.I. Vernadsky, adalah laju perpindahan energi geokimia di biosfer.
Perbatasan
Bagian biosfer yang saat ini terdapat organisme hidup biasa disebut neobiosfer. Dengan kata lain, modern. Dan ruang yang menjadi habitat organisme purba adalah paleobiosfer.
Total massa geosfer planet ini kira-kira 2420 miliar ton. Nilai ini 200 kali massa atmosfer. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa lapisan materi hidup di massa total Geosfernya sangat kecil.
Kisaran kemampuan potensial dan skala kemampuan adaptasi suatu organisme menentukan “keberadaan kehidupan di mana pun”. Makhluk hidup lambat laun menetap di lautan dan samudera, kemudian menetap di darat. Menurut Vernadsky, komposisi dan batas-batas biosfer terus berubah hingga saat ini.
Perlu dicatat bahwa, tidak seperti yang lain cangkang bumi, hanya biosfer yang dapat dianggap kompleks. Ia juga berfungsi sebagai “penutup” makhluk hidup dan merupakan habitat banyak organisme, termasuk manusia.
Batas-batas biosfer didefinisikan sebagai berikut. Ini mencakup zona bawah atmosfer, zona atas litosfer dan seluruh hidrosfer. Dan ketinggian atmosfer, yang ditandai dengan dingin, tekanan rendah, dan kedalaman lautan, yang tekanannya bisa mencapai 12.000 atmosfer - semua ini adalah biosfer. Batas-batas biosfer begitu luas karena batas toleransi suhu organisme yang sangat luas.
Perlu dicatat bahwa ada juga bakteri yang bisa hidup dalam ruang hampa. Batasan adaptasi terhadap kondisi kimia juga sangat luas. Keberadaan organisme, misalnya, berada di bawah pengaruh yang konstan radiasi pengion. Penelitian menunjukkan bahwa beberapa makhluk hidup sangat tangguh sehingga, menurut kriteria tertentu, kemampuannya bahkan berada di luar biosfer.
Selain kondisi dasar di atas, kehidupan organisme ditentukan oleh keteguhan arus biogenik atom.
Batas atas biosfer
DI DALAM bagian yang berbeda Di planet ini, kehidupan di atmosfer berada pada ketinggian yang berbeda-beda. Di Selatan dan kutub utara nilai ini adalah 8-10 km, dekat khatulistiwa - 17-18 km, di atas semua wilayah lainnya - 20-25 km. Jadi, hanya troposfer - bagian bawah atmosfer - yang dipenuhi kehidupan.
Batas fisik penyebaran kehidupan di atmosfer berada pada batas bawah
Hidrosfer
Hidrosfer dibentuk oleh samudra, lautan, danau, sungai, dan lapisan es. Ada kehidupan di segala kedalaman. Sebagian besar organisme hidup menempati lapisan permukaan dan wilayah pesisir. Tetapi bahkan di kedalaman 11.022 m, di depresi terdalam di Samudra Dunia (Mariinskaya), masih ada penghuninya. Neobiosfer juga mencakup sedimen dasar, yang dulunya merupakan habitat makhluk purba.
Batas bawah biosfer
Jika kita berbicara tentang litosfer, maka tanah tentu saja merupakan lapisan yang paling padat penduduknya, namun keberadaan kehidupan telah diketahui jauh lebih dalam - sekitar 6-7 kilometer di bawah tanah. Hal ini berlaku terutama untuk retakan dan gua yang dalam.
Organisme yang menghuni biosfer
Organisme hidup dibagi menjadi dua kelompok tergantung pada cara memperoleh energi yang diperlukan untuk kehidupan: autotrofik dan heterotrofik. Habitat perwakilan kedua kelompok adalah biosfer. Batas-batas biosfer ditentukan oleh sebarannya.
Perwakilan dalam makanan mereka tidak berhubungan dengan makhluk hidup lainnya. Untuk ini mereka membutuhkan sinar matahari atau energi ikatan kimia senyawa asal anorganik. Keduanya dapat digunakan sebagai sumber energi, sekaligus mendapat nutrisi dari mineral.
Autotrof dibagi menjadi dua subkelompok. Ini adalah fototrof (hijau) dan kemotrof (bakteri). Yang pertama hanya mampu eksis di area penetrasi sinar matahari. Namun yang kedua, karena kegunaannya senyawa kimia alam organik sebagai sumber energi, jauh lebih luas.
Sebaliknya, heterotrof membutuhkan bahan organik dihasilkan oleh organisme lain. Artinya, tanpa pekerjaan awal autotrof, keberadaan mereka tidak mungkin terjadi. Hewan dan manusia, sebagai penghuni biosfer, termasuk dalam organisme heterotrofik.
"Rekaman Kehidupan"
Distribusi kehidupan yang tidak merata adalah salah satunya tanda-tanda penting, yang menjadi ciri biosfer. Batas-batas biosfer memiliki kepadatan terendah kehidupan. Yang terbesar diamati di persimpangan habitat. Secara umum, sebaran kehidupan di biosfer sangat tidak merata. V.I. Vernadsky memperkenalkan istilah “Film Kehidupan”, menggunakannya untuk menggambarkan secara dekat daerah berpenduduk lingkungan. Batas kontak tanah-udara adalah yang pertama dari film-film ini, ketebalannya berkisar antara 2 sampai 3 cm, yang kedua diwakili oleh zona kontak udara-tanah -jalur pantai dan zona upwelling. Yang ketiga diwakili oleh zona eufotik lautan (hingga 200 m), yaitu wilayah penetrasi bebas sinar matahari.
Dengan demikian, kehidupan yang mengubah “wajah bumi” terkait erat dengan konsep “biosfer”. Batas-batas biosfer adalah batas-batas kehidupan.
Organisasi fungsional spasial adalah mekanisme yang menjamin “keabadian geologis semua makhluk hidup.” Manusia, sebagai penghuni biosfer, bersama dengan organisme heterotrofik lainnya, adalah peserta langsung siklus energi yang menjamin kehidupan di Bumi.
Biosfer dan batas-batasnya
Sebutkan kondisi fisika dan kimia dasar yang menentukan batas-batas biosfer.
Apa batas-batas keberadaan makhluk hidup (biosfer) di litosfer, atmosfer, hidrosfer?
*Pada tahun 1926, V.I. Vernadsky pertama kali mengajukan pertanyaan tentang batas-batas biosfer; ia kembali membahasnya dalam artikel khusus “Tentang Batas Biosfer” pada tahun 1937. Namun, pertanyaan tersebut, baik dulu maupun sekarang, tidak memiliki jawaban yang jelas. Kondisi fisik dan kimia apa yang paling menguntungkan bagi keberadaan kehidupan?
Jumlah yang cukup karbon dioksida dan oksigen.
Air secukupnya (dan harus dalam bentuk cair).
Suhu, tidak termasuk juga suhu tinggi(menyebabkan koagulasi protein) dan terlalu rendah (menghentikan kerja enzim).
Ketersediaan " upah layak"elemen nutrisi mineral.
Salinitas tertentu dari lingkungan perairan.
**Kehidupan modern tersebar luas di lapisan atas kerak bumi (litosfer), lapisan bawah atmosfer bumi (troposfer) dan cangkang air Bumi (hidrosfer).
Di litosfer, kehidupan terutama dibatasi oleh suhu batuan dan air tanah, yang secara bertahap meningkat
dengan kedalaman dan pada ketinggian 1,5-15 km melebihi +100°C. Kedalaman terbesar di mana bakteri ditemukan di batuan kerak bumi adalah 4 km. DI DALAM ladang minyak pada kedalaman 2-2,5 km, bakteri tercatat masuk jumlah yang signifikan. Di lautan, kehidupan tersebar luas hingga kedalaman yang lebih dalam dan bahkan ditemukan di dasar cekungan samudera sedalam 10-11 km. Batas atas kehidupan di atmosfer ditentukan oleh peningkatan radiasi ultraviolet seiring ketinggian. Lapisan ozon menyerap paling radiasi ultraviolet
Matahari berada pada ketinggian 22-25 km. Semua makhluk hidup yang berada di atas lapisan pelindung ozon akan mati. Spora bakteri dan jamur ditemukan hingga ketinggian 20-22 km, tetapi sebagian besar aeroplankton terkonsentrasi pada lapisan hingga 1-1,5 km. Di pegunungan, batas sebaran kehidupan terestrial terletak pada ketinggian sekitar 6 km di atas permukaan laut. Distribusi kehidupan di biosfer sangat tidak merata. Konsentrasi materi hidup tertinggi berada pada antarmuka antara media utama - di dalam tanah, yaitu. lapisan batas antara litosfer dan atmosfer, di lapisan permukaan lautan, di dasar waduk dan khususnya di zona litoral (dari lat. litoralis- pesisir) - zona dasar laut, tergenang saat air pasang dan dikeringkan saat air surut, di muara (dari bahasa Yunani. limena- pelabuhan, teluk) dan muara (dari lat.
estuarium - pantai pasang surut) - muara yang tergenang air, tempat ketiga lingkungan - tanah, air dan udara - berinteraksi erat satu sama lain. V. I. Vernadsky menyebut tempat-tempat dengan konsentrasi organisme terbesar di biosfer sebagai “film kehidupan”. Vernadsky menunjukkan “keberadaan” kehidupan di biosfer. Kehidupan muncul secara lokal di perairan, dan kemudian menyebar semakin luas, menempati seluruh benua. Suhu ekstrem yang dapat ditoleransi oleh beberapa bentuk kehidupan berkisar dari hampir sama poin kritis tekanan terletak di wilayah 12.000 atm. Di sisi lain, benih dan spora tumbuhan, hewan kecil dalam keadaan mati suri (dari bahasa Yunani anabiosis - kebangkitan - keadaan tubuh di mana proses kehidupan melambat tajam, yang berkontribusi pada kelangsungan hidupnya dalam kondisi suhu, kelembapan, dll.) yang tidak menguntungkan.) tetap dapat bertahan dalam ruang hampa total.
Batas-batas biosfer (menurut G.V. Voitkevich dan V.A. Vronsky)
Organisme hidup dapat hidup dalam jangkauan yang luas kondisi kimia lingkungan. Makhluk hidup pertama di Bumi hidup di atmosfer bebas oksigen. Metabolisme anaerobik juga merupakan karakteristik banyak organisme modern, termasuk organisme multiseluler. Belut cuka (nematoda) hidup dalam tong berisi cuka yang difermentasi. Sejumlah mikroorganisme hidup dalam larutan garam pekat, antara lain tembaga sulfat, natrium fluorida, dalam larutan jenuh garam dapur. Bakteri belerang dapat bertahan terhadap larutan asam sulfat 0,1 M.
Beberapa bentuk yang sangat stabil dapat tetap ada bahkan di bawah pengaruh radiasi pengion. Misalnya, sejumlah ciliata dapat menahan dosis radiasi 3 juta kali lebih tinggi daripada radiasi latar alami di permukaan bumi, dan beberapa bakteri bahkan ditemukan di boiler reaktor nuklir.
Batas-batas biosfer merupakan batas-batas keberadaan kehidupan. Batas atas membentang pada ketinggian sekitar 20 km. Hal ini terutama disebabkan oleh adanya lapisan ozon yang menyerap radiasi ultraviolet Matahari yang merusak kehidupan. Batas bawah di litosfer ditentukan oleh penetrasi uap air dan mencapai 3 km (bakteri telah ditemukan di ladang minyak pada kedalaman hingga 3 km).
Di hidrosfer, kehidupan ada di seluruh kedalaman Samudra Dunia, dan karenanya meluas hingga 10 - 11 km. Dengan demikian, biosfer bumi meliputi hidrosfer, atmosfer bagian bawah, dan lapisan atas litosfer.
Saat ini, planet kita dianggap sebagai satu sistem yang mengatur dirinya sendiri, terdiri dari lingkungan internal dan eksternal: inti, mantel, kerak bumi, hidrosfer, atmosfer, biosfer.
Kehidupan tersebar sangat tidak merata di seluruh permukaan bumi dan dalam kondisi alam yang berbeda-beda ia berbentuk kompleks yang relatif independen - biogeocenosis, atau ekosistem. Bagian hidup dari biogeocenosis disebut biocenosis. Berbagai proses dan fenomena yang terjadi di biosfer menjadi objek penelitian berbagai ilmu pengetahuan. Tempat khusus diberikan kepada ekologi (Yunani. oikos- rumah, tempat tinggal, logo- ilmu). Istilah ini pertama kali digunakan oleh Ernst Haeckel. Ekologi adalah ilmu yang mempelajari hubungan kompleks di alam. Masyarakat manusia, dengan produksinya dan lingkungan buatan yang diciptakannya - teknosfer - juga merupakan bagian dari biosfer.
Komponen biosfer
Biosfer dapat dibagi menjadi beberapa komponen.
1. Materi hidup, yang dimaksud Vernadsky adalah seluruh rangkaian organisme di planet ini (tumbuhan, hewan, mikroorganisme). Menurut beberapa perkiraan, total biomassa organisme hidup di biosfer adalah sekitar 2,2 · 10 12 ton.
2. Zat biogenik, yang bukan merupakan organisme itu sendiri, tetapi hasil aktivitas vitalnya, khususnya minyak, batu kapur, dll.
3. Materi inert, yang pembentukannya tidak berhubungan dengan aktivitas vital organisme (hasil proses yang terjadi di perut planet, meteorit). Materi inert di biosfer memiliki volume sepuluh ribu kali lebih besar dibandingkan materi hidup.
4. Zat bioinert, yaitu gabungan hasil proses-proses dalam makhluk hidup alam mati(tanah).
Menurut ajaran Vernadsky, materi hidup merupakan komponen terpenting biosfer, karena sebagai hasil aktivitas vitalnya, organisme hidup secara aktif mengubah lingkungan.
Hirarki materi hidup
Hirarki makhluk hidup mencakup beberapa tingkat organisasi.
1. Tingkat molekuler. Ini diwakili oleh molekul biologis, yang terpenting adalah protein, asam nukleat, lipid dan karbohidrat. Pada tingkat ini, hereditas dan variabilitas organisme, pertukaran zat dan energi, serta sifat penting lainnya dari organisme hidup terwujud.
2. Tingkat seluler. Pada saat yang sama, molekul organik individu belum hidup. Kehidupan dimulai dari tingkat berikutnya - tingkat sel. Sel merupakan unit struktural dan fungsional organisme hidup karena mampu tumbuh dan bereproduksi. Ia dapat menjadi bagian dari organisme multiseluler yang hidup atau menjadi organisme uniseluler yang mandiri.
3. Tingkat jaringan. Sel-sel dengan struktur serupa yang melakukan fungsi yang sama digabungkan menjadi jaringan. Misalnya, jaringan saraf terbentuk sel saraf– neuron.
4. Tingkat organ. Pada gilirannya, kombinasi fungsional beberapa jenis jaringan membentuk organ, dan tingkat yang sesuai disebut organ. Ini adalah karakteristik organisme hewan. Khususnya organ hewan adalah kulit, jantung, paru-paru, dll. Organ dapat digabungkan menjadi sistem organ, seperti sistem peredaran darah.
5. Tingkat organisme. Ini mencakup seluruh organisme, baik uniseluler dan multiseluler.
6. Tingkat populasi-spesies. Organisme dari spesies yang sama yang termasuk dalam habitat yang sama disatukan dalam populasi. Mulai dari tingkat ini, proses evolusi dasar dapat terjadi.
7. Tingkat biogeosenotik. Ini mencakup organisme dari spesies yang berbeda beserta habitatnya.
8. Tingkat biosfer. Itu diwakili oleh seluruh biosfer secara keseluruhan.
