Yra įvairios prielaidos apie tai, kaip mūsų planetoje atsirado gyvybė: nuo spontaniškos kartos hipotezės iki hipotezės apie jos įvedimą iš kosmoso. Iš planetų tik Žemėje gyvena gyvi organizmai ir ji turi apvalkalą, kuriame yra plačiai paplitusi gyvybė.
Visi gyvi organizmai yra gyva materijaŽemė. „Ištisinis gyvosios medžiagos sluoksnis“, kaip apibrėžė V. I. Vernadskis, užima ir į jo sudėtį įeina dirva su jame esančių augalų, grybų, mikroorganizmų ir dirvožemio gyvūnų šaknimis, dalis, kurioje randami mikroorganizmai, ir antžeminė dalis. troposferos, kur jas neša vėjo žiedadulkės, sporos ir augalų sėklos. Šis sluoksnis sudaro Žemės biosferą, susidariusią oro, vandens ir sąveikos zonoje akmenys.
Gyvi organizmai gali egzistuoti tik tam tikromis sąlygomis. Atmosferoje tokios sąlygos stebimos iki 7-8 kilometrų aukščio, kur daugiausia telkiasi gyvi organizmai. Aukščiau gyvybės egzistavimą riboja žema temperatūra ir žemas slėgis. Viršutinė gyvų organizmų pasiskirstymo atmosferoje riba yra „ozono ekranas“. Hidrosferoje organizmai yra pasiskirstę visame sausumos ir Pasaulinio vandenyno vandenų storyje. Litosferoje apatinė biosferos riba brėžiama nuo šimtų metrų iki kelių kilometrų gylyje. Čia yra bakterijų, kurioms gyventi nereikia oro.
Gyvi organizmai randami pačiomis neįprastiausiomis ir labai atšiauriausiomis sąlygomis: ledo viršūnėse aukščiausi kalnai, sausose dykumose, druskos ežeruose ir net požeminiuose naftos telkiniuose.
Gyvų būtybių įvairovė
Gyviems organizmams atstovauja augalų, gyvūnų, grybų ir bakterijų karalystės. Augalai ir gyvūnai yra labai įvairių formų ir dydžių. Įprasta skirti vienaląsčius ir daugialąsčiai organizmai. Iš gyvūnų labiausiai paplitę vabzdžiai, tarp augalų – gaubtasėkliai.
Autorius rūšių įvairovė gyvūnai vyrauja prieš augalus, tačiau pagal gyvosios medžiagos masę, atvirkščiai, augalų yra daugiau nei gyvūnų. Kai kurios augalų ir gyvūnų rūšys išliko mūsų planetoje, išlikusios visame pasaulyje klimato kaita ir ledynai. Tai relikvijos (nuo Lotyniškas žodis relictum - liekana) - senovės rūšys, sugebėjusios prisitaikyti prie naujų gyvenimo sąlygų.
Gyvenimas pasiskirsto labai netolygiai. Dauguma organizmų yra susitelkę sausumoje. Čia jų masė yra 800 kartų didesnė už visos Pasaulio vandenyno gyvosios medžiagos masę. Tuo pačiu metu gyvų augalų masė sausumoje yra maždaug 1000 kartų didesnė daugiau masės gyvūnai.
Biosfera- tai Žemės apvalkalas, kurio sudėtį, struktūrą ir energiją lemia praeitis ir šiuolaikiška veikla gyvi organizmai.
■ Terminą „biosfera“ įvedė E. Suess (Austrija, 1875), biosferos doktriną sukūrė V.I. Vernadskis (Rusija, 1926).
■ Biosfera yra didžiausia ekosistema, jungianti visas planetos biogeocenozes ir vykdanti pasaulinis ciklas medžiagų.
Biosferos komponentai: gyva materija (žr. toliau), biogeninė medžiaga, bioinertinė medžiaga, inertinė medžiaga, radioaktyvioji medžiaga, kosmogeninė medžiaga.
Maistinė medžiaga- junginiai ir mineralai, sukurti ir perdirbti gyvų organizmų savo gyvenimo procese (nafta, dujos, anglis, kalkakmenis ir kt.).
Bioinertinė medžiaga- dėl to susidariusi medžiaga bendra veikla gyvi organizmai ir abiogeniniai procesai (dirvožemis, rezervuarų dirvožemis).
Inertinė medžiaga- junginiai, susidarę nedalyvaujant gyviems organizmams (uolienoms, mineralams ir kt.).
Radioaktyvioji medžiaga — radioaktyviosios rūdos ir galutiniai jų skilimo produktai.
Kosmogeninė medžiaga— meteoritai, kosminės dulkės.
Gyvenimo sritis nulemia tam tikriems gyviems organizmams būtinų sąlygų buvimas.
Gyvybė Žemėje pasiskirsto trimis geologiniai apvalkalai — atmosfera, hidrosfera ir litosfera . Šie apvalkalai yra sujungti į vieną visa sistema per nuolatinius medžiagų ir energijos mainus tarpusavyje, kuriuos sukelia ne tik abiogeniniai procesai, bet ir gyvų organizmų veikla.
Atmosfera — oro vokasŽemė. Oro tankis sparčiai mažėja didėjant aukščiui: 75% atmosferos masės telkiasi žemiau 10 km esančiame sluoksnyje, 90% žemiau 15 km, 99% žemiau 30 km. Sausą orą sudaro azotas (78,08%), deguonis (20,95%), argonas (0,93%), anglies dvideginio(0,03%) ir kitų dujų priemaišos.
Troposfera- apatinis atmosferos sluoksnis, kurio aukštis 8-10 km poliarinės platumos iki 16-18 km pusiaujo zonoje. Virš troposferos yra stratosfera.
Ozono sluoksnis - plotas, kuriame yra daug ozono O 3 - yra stratosferoje 15-25 km aukštyje. Jis sugeria trumpųjų bangų ultravioletinę spinduliuotę iš Saulės, kuri kenkia gyviems organizmams.
vandens garai, esantis atmosferoje, dalyvauja natūraliame vandens cikle;
■ kondensuojasi, iškrenta lietaus pavidalu, suteikdamas drėgmės režimą žemės teritorijoms;
■ kartu su CO 2 daugiausia prisideda prie šiltnamio efektas: sulaiko ilgųjų bangų šilumos spindulius, atsispindėjusius nuo planetos paviršiaus, todėl apatiniai atmosferos sluoksniai šilti.
Hidrosfera- tai Žemės vandens apvalkalas, sudarytas iš jos vandenynų, jūrų, ežerų, upių, požeminių ir ledo dangų vandenų.
■ Vidutinis gylis Pasaulio vandenynas - 3,8 km, maksimalus (Mariana Trench in Ramusis vandenynas) — 11,034 km. 97% hidrosferos masės yra sūrus vandenyno vandenys, 2,2% - ledyniniai vandenys, 0,8% - požeminiai, ežerų ir upių gėlieji vandenys.
Litosfera- išorinis kietas apvalkalas planetos (pluta). Jis susideda iš trijų sluoksnių: viršutinis – nuosėdinių uolienų sluoksnis, vidurinis – granito ir apatinis, tankiausias – bazaltas.
Biosferos ribos pereiti ten, kur jie pradeda dominuoti gamtos veiksniai, todėl gyvų organizmų egzistavimas tampa neįmanomas.
Viršutinė biosferos riba lemia didelio intensyvumo ultravioletiniai spinduliai saulės spinduliuotės, žema aplinkos temperatūra, deguonies ir vandens trūkumas ir vyksta atmosferoje 25-27 km aukštyje (prie apatinės ozono sluoksnio ribos).
■ Atskiros bakterijų ir grybų sporos aptinkamos troposferoje iki 40 km aukštyje.
Apatinė biosferos riba litosferoje nes dauguma gyvybės formų yra nulemta didelio tankio, stiprumas ir didelis atsparumas aplinkai, šviesos trūkumas, deguonies trūkumas ir vyksta kelių dešimčių metrų gylyje.
■ Iki 4 km gylyje užfiksuotos neaktyvios gyvybės formos (sporos, cistos) ir aliejinės bakterijos. Ši riba, be aukščiau išvardytų veiksnių, taip pat yra nustatyta aukšto slėgio ir uolienų temperatūra ir požeminis vanduo(3 km gylyje temperatūra apie +100 °C).
Hidrosferoje gyvybė tęsiasi iki viso Pasaulio vandenyno gylio. Čia ribojantys veiksniai yra vandens stulpelio slėgis ir šviesos trūkumas (vandens temperatūra vandenyno baseinų dugne yra apie 0 ° C).
■ Pasak V.I. Vernadskio, apatinė biosferos riba tęsiasi 1-2 km giliau nei dugnas Pasaulio vandenynai, vandenyne palaipsniui besikaupiančiame nuosėdinių uolienų sluoksnyje, kurių kilmė siejama su gyvų organizmų veikla.
Gyva materija
Gyva materija- visų esamų dalykų visuma šiuo metu gyvi organizmai planetoje, išreikšti skaitine elementine chemine sudėtimi, mase arba energija.
■ Kiekybinės priemonės gyvoji medžiaga – biomasė ir produktai.
Gyvosios materijos ypatybės. Gyva medžiaga:
■ yra pagrindinis biosferos komponentas;
■ netolygiai paskirstytas visoje Žemėje; jo koncentracija didžiausia sąsajose tarp pagrindinių terpių - dirvožemyje, paviršiniuose vandenyno sluoksniuose, rezervuarų dugne, vadinamuosiuose „gyvybės filmuose“;
■ elementariai cheminė sudėtis artima kompozicijai žemės pluta;
■ yra aktyviausias biosferos komponentas, užtikrinantis pasaulinę cirkuliaciją cheminiai elementai;
■ yra milžiniška baterija ir unikalus saulės energijos keitiklis, fotosintezės procese surišantis ją sudėtingų organinių molekulių cheminiais ryšiais.
Bendras biomasės kiekis Žemėje- 2423,2 mlrd. tonų didžiausia jo dalis (daugiau nei 99,2 %) sutelkta žemynuose (daugiau kaip 99,8 proc.). Organizmai, negalintys fotosintezės, sudaro 1 proc.
Biomasės pasiskirstymas žemyninėje ir vandenyno dalys biosfera(sumažinta iki sausos organinės medžiagos) pateikta lentelėje.
Pasiskirstymas pagal produktą ir pagaminto deguonies kiekį: apie pusę deguonies gamybos ir kiekio sukuria sausumos augalai (daugiausia šlapi atogrąžų miškai), kita pusė - mikroskopiniai hidrosferos dumbliai - fitoplanktonas (fitoplanktono biomasė yra maždaug 10 000 kartų mažesnė už sausumos augalų biomasę). Priežastis yra žymiai didesnis fitoplanktono gamybos lygis, palyginti su sausumos augalais.
Biogeocheminis ciklas- daugiau ar mažiau uždaras kelias, kuriuo vyksta nuolatinė cheminių elementų cirkuliacija biosferoje.
Pagrindiniai vandens, anglies ir azoto ciklo procesai pateikti lentelėje; jie išsamiau aptariami toliau.
Biosferos vientisumas: kiekvienas jo komponentas, besivystantis pagal savo dėsnius, neegzistuoja atskirai, o yra nuolat veikiamas kitų ir pati įtakoja kitus komponentus. Todėl bet kurio biosLera komponento pasikeitimas sukelia kitų pasikeitimą.
Keletas biosferos komponentų, išdėstytų pokyčių greičio mažėjimo tvarka: fauna→ augmenija → dirvožemis → vanduo → klimatas → reljefas → litosfera.
Vandens ir deguonies ciklas
Vandens ciklas
Vanduo išgaruoja nuo vandens telkinių (vandenynų, jūrų ir kt.) paviršiaus bei sausumos ir oro srovėmis nunešamas į įvairius atstumus. Didžioji dalis išgaravusio vandens kritulių pavidalu patenka į vandenyną, o mažiau – į sausumą. Vanduo, krintantis ant žemės paviršiaus, prisideda prie uolienų sunaikinimo, erozijos viršutinis sluoksnis dirvožemyje ir kartu su jame ištirpusiomis ir suspenduotomis medžiagomis grįžta į upes, jūras ir vandenynus.
Augalai ištraukia vandenį iš dirvožemio ir išgarina jį į atmosferą. Išgaruojamo vandens masė tokiu atveju gali būti gana didelė (per parą hektaras miško išgarina 20-50 tonų vandens), o didelėse miško zonose pagrindinis kritulių kiekis susidaro iš vandens garų, patekusių į atmosferą dėl visiško išgaravimo. iš tų pačių zonų.
Augalinė danga taip pat sulaiko vandenį, sulėtindama jo tėkmę, palaikydama pastovų gruntinio vandens lygį ir kt.
Fotosintezės metu dalis vandens suskaidoma į vandenilį ir deguonį. Sintezei naudojamas vandenilis organiniai junginiai, o deguonis patenka į atmosferą.
Gyvūnai geria vandenį, kad išlaikytų osmosinis slėgis ir išskiria jį su disimiliacijos produktais.
Vanduo visiškai suyra ir atsistato biotinis ciklas maždaug per 2 milijonus metų.
Deguonies ciklas
Beveik visas atmosferos deguonis yra biogeninės kilmės. Laisvąjį deguonį aerobiniai organizmai naudoja kvėpuodami organiniams junginiams oksiduoti. Vienas iš galutinių oksidacijos produktų yra anglies dioksidas, patenkantis į atmosferą. Deguonies papildymas atmosferoje atsiranda, kai vanduo suyra fotosintezės metu. Visas atmosferoje esantis deguonis per organizmus praeina maždaug per 2000 metų.
Anglies ir azoto ciklas
Anglies ciklas biosferoje (žr. 5.3 pav.) daugiausia lemia fotosintezės ir kvėpavimo procesai. Anglies atmosferoje daugiausia yra anglies dioksido CO 2 sudėtyje. Pagrindinis CO 2 šaltinis yra vulkaninė veikla.
Biosferos anglies ciklas prasideda nuo atmosferos anglies dioksido įsisavinimo antžeminiais ir vandens augalai ir cianobakterijos fotosintezės metu. Tokiu atveju susidaro angliavandeniai, kurių dalį energijai gauti sunaudoja patys augalai, o dalį suvartoja gyvūnai. Be to, anglies junginius jūrų organizmai naudoja kriauklėms ir skeleto struktūroms kurti.
Anglis grąžinama į aplinką dioksido pavidalu, išsiskiriančio gyvūnams ir augalams kvėpuojant. Antrasis grįžimo kelias yra skaidymas negyvų augalų ir gyvūnai, kurių audiniuose esanti anglis oksiduojasi ir CO 2 pavidalu patenka į atmosferą.
Anglies ciklas nėra visiškai uždarytas. Dalis anglies ilgam pašalinama iš ciklo, susikaupia durpių nuosėdose, anglis, naftos ir naftingųjų skalūnų, susidarančių irstant negyviems organizmams be prieigos prie deguonies, taip pat tirštuose kalkakmenio telkiniuose jūrų ir vandenynų dugne, susidariusiuose iš žuvusių jūros organizmų kriauklių ir skeletų liekanų.
Tačiau deginant iškastinį kurą, kurį žmonės naudoja energijai gaminti, susidaro anglies dioksidas, kuris išleidžiamas atgal į atmosferą. Dėl šios priežasties per pastaruosius šimtą metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 25%, o tai sutrikdo reguliuojamą anglies ciklą ir gali padidinti šiltnamio efektas. Vienas anglies dioksido ciklas trunka 300 metų. 
Azoto ciklas
Azotas- vienas iš esminiai komponentai baltymai, nukleino rūgštys, ATP ir kitos organinės medžiagos. Pagrindinės jo atsargos yra atmosferoje molekulinio azoto N2 pavidalu, kuris augalams nepasiekiamas. IN nedideli kiekiai Atmosferos azotas jungiasi su deguonimi žaibo išlydžio metu atmosferoje, o vėliau su lietumi pasiekia Žemės paviršių.
Atmosferos azotą fiksuoja cianobakterijos, taip pat mazginės azotą fiksuojančios bakterijos, kurios nusėda ankštinių augalų šaknų ląstelėse. Jie sintetina nitritus ir nitratus, kuriuos pasisavina augalai. Augalai naudoja azotą nukleino rūgštims ir baltymams gaminti, kurie vėliau naudojami kaip maistas gyvūnams ir žmonėms.
Gyvenimo procese baltymų molekulių yra suskaidomi į galutinius produktus – vandenį, anglies dioksidą, amoniaką, karbamidą ir šlapimo rūgštį, išsiskiriančius išorinę aplinką. Kai negyvi gyvūnai ir augalai pūva, susidaro ir amoniakas.
Didžioji dalis pagaminto amoniako virsta nitrifikuojančios bakterijos į nitritus ir nitratus, kuriuos pasisavina augalai. Nedidelė dalis amoniako patenka į atmosferą ir kartu su CO 2 vandens garais ir kt dujinių medžiagų atlieka planetos šilumos sulaikymo funkciją.
Kai kurios bakterijų rūšys denitrifikacija gali sumažinti nitritų ir nitratų kiekį iki azoto dujos kuris patenka į atmosferą. Dėl to dirvožemyje ir vandenyje išsenka azoto junginiai, o atmosfera prisotinama molekulinio azoto.
Intensyvus azoto naudojimas žmonėms mineralinių trąšų Norint gauti didelį žemės ūkio augalų derlių, sutrinka nitrifikacijos ir denitrifikacijos procesai. 
Energijos konvertavimas
Biologinis medžiagų ciklas įmanomas tik esant nuolatiniam antplūdžiui ir transformacijai saulės energija , nes iš Saulės gaunama energija yra surišta organinėse medžiagose ir judant laipteliais maisto grandinė mažėja (didžioji dalis išleidžiama gyvybiniams organizmų procesams ir išsisklaido šilumos pavidalu).
Biosfera - atvira sistema, nuolat gaunantis saulės energijos. Fotosintezės proceso metu ši energija paverčiama energija cheminiai ryšiai organinių medžiagų. Gyvoji Žemės medžiaga kasmet sukuria 4,2 * 10 17 J energijos.
Sukauptą energiją iš dalies sunaudoja augalai gyvybiniuose procesuose, o iš dalies perduoda žolėdžiams organizmams. Šie organizmai dalį energijos sunaudoja ir gyvybiniuose procesuose, o likusi dalis atitenka mėsėdžiams ir kt. Taigi, energija kaupiama augalų ir gyvūnų audiniuose organinių junginių pavidalu. Energijos rezervas Žemės biosferoje įvertintas 4,2 * 10 18 J. Dalis energijos išsaugoma naftoje, anglis, skalūnai ir durpės.
Energija išsiskiria naikinant organines medžiagas kvėpavimo, rūgimo ir irimo procesuose. Šiuo metu gyvoji Žemės medžiaga kasmet išskiria 4,2 10 17 J energijos – tiek pat, kiek ji sukuriama, t.y. biosferoje palaikomas energijos balansas.
Biosferos evoliucija
Biosfera- sudėtinga, gana stabili, bet ne užšalusi, o besivystanti, besivystanti ekologinė sistema.
Įrodymai ir žinių apie biosferos raidą šaltinis tarnauja kaip iškastinės senovės organizmų liekanos.
■ Manoma, kad per biosferos egzistavimą joje gyveno apie 500 milijonų rūšių organizmų.
♦ Santykinio biosferos stabilumo priežastys:
■ nuolatinis fototrofinių organizmų naudojamos saulės energijos tiekimas;
■ gyvų organizmų įvairovė;
■ organizmų prisitaikymas gyventi įvairiose keturių aplinkų sąlygomis;
■ palaikyti nenutrūkstamą maistinių medžiagų ciklą;
■ visos organizmų įvairovės – gamintojų, vartotojų ir skaidytojų – gyvybinės veiklos balansas palaipsniui susiformavo per šimtus milijonų.
❖ Pagrindinė biosferos evoliucijos priežastis- pirminė cheminė evoliucija (dėl kurios atsirado organinės makromolekulės ir pirmieji gyvi organizmai - prokariotai) ir geologiniai bei klimatiniai procesai, pakeitę gyvenimo sąlygas Žemėje (dėl kurių pasikeitė deguonies kiekis atmosferoje, susiformavo ozono sluoksnis, vandens kiekio planetoje pokytis ir atmosferos drėgmė bei g.d.).
❖ Du pagrindiniai istoriniai etapai biosferos evoliucija:
■ biogenezė;
■ noogenezė.
Biogenezė- pirmiausia ir labiausiai ilgas etapas biosferos evoliucija nuo prokariotų atsiradimo iki formavimosi žmonių visuomenė.
Noogenezė- antrasis biosferos vystymosi etapas, prasidėjęs formuojantis žmonių visuomenei ir tęsiamas iki šiol; pasižymi didele ir augančia žmogaus veiklos įtaka biosferai.
Noosfera- „proto apvalkalas, sfera protingas gyvenimas„(V.I. Vernadskis), sfera, kurią apima žmonių visuomenės ir gamtos sąveika.
Noosfera yra nauja biosferos būsena, kurioje protinga veiklažmogus tampa pagrindiniu, lemiančiu jo raidos veiksniu
Apgyvendinta gyvų organizmų, kurie aktyviai jį transformuoja savo gyvenimo procese.
Tyrimo istorija
Biosferos, kaip gyvenimo srities, sampratą į mokslą įvedė Jeanas Baptiste'as de Lamarkas XIX amžiaus pirmoje pusėje. Būtent jis buvo arčiausiai jos supratimo. Tačiau patį terminą pasiūlė austrų mokslininkas Edwardas Suessas. Jis dirbo geologijos srityje ir biosferą suprato kaip visų organizmų visumą. Dabar tai yra termino „biota“ reikšmė. Suessas išdėstė savo hipotezes ir tyrimų rezultatus garsiajame mokslinis darbas„Žemės veidas“, kuriame jis apibūdino Alpių geologiją.
Šiuolaikinę biosferos sampratą suformulavo rusų mokslininkas geochemikas, turintis enciklopedinių žinių daugelyje mokslo šakų – Vladimiras Ivanovičius Vernadskis. Būdamas Maskvos universiteto mineralogijos profesoriumi, jis tapo didžiojo kūrinio „Biosfera“, išleisto 1926 m., autoriumi. Šiame darbe jis pirmą kartą išsamiai apibrėžė šį terminą.
V.M. Vernadskis teisingai manė, kad biosfera yra didelis koncentrinis Žemės regionas, kuris atlieka pagrindinės geocheminės jėgos vaidmenį. Taigi, tai erdvė, kurioje šiuo metu egzistuoja arba kada nors egzistavo gyvybė, tai yra, biosfera pasižymi gyvų organizmų ar jų gyvybinės veiklos produktų buvimu.
Medžiagų rūšys biosferoje
V.I. Vernadskis nustatė keletą rūšių medžiagų, kurios sudaro biosferos pagrindą.
- Tiesą sakant, gyva medžiaga, kurią sudaro organizmų rinkinys.
- Biogeninė medžiaga, kuri susidaro organizmų gyvavimo metu ir išlieka po jo. Tai apie apie atmosferos dujas, anglį, naftą ir kt.
- kuri susidaro be organizmų įsikišimo.
- - tai junginiai, kurie yra gyvybinės organizmų veiklos, susijusios su abiogeniniais procesais, rezultatas.
Biosferos ribos nustatomos pagal minėtų medžiagų visumą Žemės apvalkaluose.
Gyvoji medžiaga biosferoje
Akivaizdu, kad pagrindiniai geocheminiai ir energetiniai procesai vyksta privalomai dalyvaujant V. I. Vernadskis. Gyva medžiaga – visa šiuo metu egzistuojanti, sudaranti vientisą visumą, kuri išreiškiama elementaria chemine sudėtimi, svoriu, energija.
Pagrindinė gyvosios medžiagos savybė yra jos aktyvumas dėl ryšio su aplinką nuolatinis biogeninis srautas. Srautas susidaro kvėpavimo, mitybos ir dauginimosi metu. Šiame kontekste gyvybinė organizmų veikla gali būti laikoma galinga geologinis procesas planetinės prigimties.
Nuolatinė cheminių elementų migracija tarp kūno ir aplinkos abiem kryptimis vyksta nuolat. Šis procesas įmanomas dėl to, kad elementari cheminė organizmų sudėtis yra arti žemės plutos cheminės sudėties.
Augalai, vykdydami fotosintezę, sukuria kompleksą organinės molekulės turintys didelės atsargos energijos. Taigi gyvoji medžiaga kaupia ir transformuoja susijusią saulės spinduliavimo energiją. Energijos judėjimas tampa įmanomas dėl nuolatinio kūno augimo ir vystymosi. Dauginimosi greitis, kaip teisingai manė V. I. Vernadskis, yra greitis, kuriuo biosferoje perduodama geocheminė energija.
Sienos
Biosferos dalis, kurioje šiuo metu yra gyvų organizmų, paprastai vadinama neobiosfera. Kitaip tariant, modernus. O erdvė, kuri buvo senovės organizmų buveinė, yra paleobiosfera.
Bendra planetos geosferų masė yra maždaug 2420 milijardų tonų. Ši vertė yra 200 kartų didesnė už atmosferos masę. Taigi galime daryti išvadą, kad gyvosios medžiagos sluoksnis bendra masė Geosfera yra nežymiai maža.
Potencialių galimybių diapazonas ir organizmų prisitaikymo mastas lemia „visur gyvybę“. Gyvos būtybės pamažu apsigyveno jūrose ir vandenynuose, vėliau apsigyveno sausumoje. Vernadskio teigimu, biosferos sudėtis ir ribos keičiasi ir dabar.
Reikėtų pažymėti, kad skirtingai nuo kitų žemės kriauklės, tik biosfera gali būti laikoma sudėtinga. Jis taip pat atlieka gyvosios esmės „dangčio“ funkciją ir yra daugelio organizmų, įskaitant žmones, buveinė.
Biosferos ribos apibrėžiamos taip. Ji apima apatinę atmosferos zoną, viršutinę litosferos zoną ir visą hidrosferą. O atmosferos aukščiai, pasižymintys šaltu, žemu slėgiu, ir vandenyno gelmės, kurių slėgis gali siekti 12 000 atmosferų – visa tai yra biosfera. Biosferos ribos tokios plačios dėl labai plačių organizmų temperatūros tolerancijos ribų.
Reikėtų pažymėti, kad yra ir bakterijų, kurios gali egzistuoti vakuume. Prisitaikymo prie cheminių sąlygų ribos taip pat labai plačios. Pavyzdžiui, nuolat veikiamų organizmų egzistavimas jonizuojanti spinduliuotė. Tyrimai rodo, kad kai kurios gyvos būtybės yra tokios atsparios, kad pagal tam tikrus kriterijus jų galimybės yra net už biosferos ribų.
Be išvardintų pagrindinių sąlygų, organizmų gyvenimą lemia atomų biogeninės srovės pastovumas.
Viršutinė biosferos riba
IN skirtingos dalys Planetoje gyvybė atmosferoje egzistuoja skirtinguose aukščiuose. Pietų ir Šiaurės ašigaliaiši reikšmė yra 8-10 km, prie pusiaujo - 17-18 km, virš visų kitų teritorijų - 20-25 km. Taigi gyvybe alsuoja tik troposfera – apatinė atmosferos dalis.
Fizinė gyvybės plitimo atmosferoje riba yra ties apatine riba
Hidrosfera
Hidrosferą sudaro vandenynai, jūros, ežerai, upės ir ledo sluoksniai. Gyvybės yra visose gelmėse. Didžioji dauguma gyvų organizmų užėmė paviršinius sluoksnius ir pakrantės zonas. Tačiau net 11 022 m gylyje, giliausioje Pasaulio vandenyno įduboje (Mariinskaja), yra gyventojų. Neobiosfera taip pat apima dugno nuosėdos, kurie kadaise buvo senovės būtybių buveinė.
Apatinė biosferos riba
Jei kalbėtume apie litosferą, tai dirvožemis, be abejo, yra tankiausiai apgyvendintas jos sluoksnis, tačiau gyvybės egzistavimas pastebėtas daug giliau – apie 6-7 kilometrus po žeme. Tai visų pirma taikoma giliems įtrūkimams ir urvams.
Biosferoje gyvenantys organizmai
Gyvi organizmai pagal gyvybei būtinos energijos gavimo būdą skirstomi į dvi grupes: autotrofinius ir heterotrofinius. Abiejų grupių atstovų buveinė yra biosfera. Biosferos ribas lemia jų pasiskirstymas.
Atstovai savo mityboje nėra susiję su jokiomis kitomis gyvomis būtybėmis. Tam jiems reikia saulės šviesa arba junginių cheminių ryšių energija neorganinės kilmės. Abu jie gali būti naudojami kaip energijos šaltinis, o maitinami iš mineralinių medžiagų.
Autotrofai skirstomi į du pogrupius. Tai fototrofai (žali) ir chemotrofai (bakterijos). Pirmieji gali egzistuoti tik įsiskverbimo srityje saulės spinduliai. Bet antrasis, dėl naudojimo cheminiai junginiai organiška gamta kaip energijos šaltinis, yra daug plačiau paplitę.
Heterotrofai, priešingai, reikalauja organinės medžiagos kuriuos gamina kiti organizmai. Tai yra, be parengiamieji darbai autotrofų, jų egzistavimas būtų neįmanomas. Gyvūnai ir žmonės, kaip biosferos gyventojai, priklauso heterotrofiniams organizmams.
„Gyvenimo juostos“
Netolygus gyvenimo pasiskirstymas yra vienas iš svarbūs ženklai, kuris apibūdina biosferą. Biosferos ribos turi mažiausias tankis gyvenimą. Didžiausias pastebimas buveinių sandūrose. Apskritai gyvybės pasiskirstymas biosferoje yra labai netolygus. V.I. Vernadskis įvedė terminą „Gyvenimo filmai“, vartodamas jį tiksliausiai apibūdindamas apgyvendintose vietovėse biosfera. Dirvožemio ir oro kontakto riba yra pirmoji iš šių plėvelių, kurios storis svyruoja nuo 2 iki 3 cm. - pakrantės juosta ir pakilimo zona. Trečiąją vaizduoja eufotinė vandenyno zona (iki 200 m), t. y. laisvo saulės spindulių prasiskverbimo sritis.
Taigi gyvybė, transformuojanti „Žemės veidą“, yra neatsiejamai susijusi su „biosferos“ sąvoka. Biosferos ribos yra gyvybės ribos.
Erdvinė ir funkcinė organizacija yra mechanizmas, užtikrinantis „visų gyvų dalykų geologinį amžinumą“. Žmogus, kaip biosferos gyventojas, kartu su kitais heterotrofiniais organizmais yra tiesioginis dalyvis energijos ciklas, užtikrinantis gyvybę Žemėje.
Biosfera ir jos ribos
Įvardykite pagrindines fizines ir chemines sąlygas, lemiančias biosferos ribas.
Kokios yra gyvų organizmų (biosferos) egzistavimo ribos litosferoje, atmosferoje, hidrosferoje?
*1926 metais V.I.Vernadskis pirmą kartą iškėlė klausimą apie biosferos ribas; prie jo grįžo specialiame straipsnyje „Apie biosferos ribas“, 1937 m. Tačiau į klausimą tiek tada, tiek dabar nėra aiškaus atsakymo. Kokios fizinės ir cheminės sąlygos yra palankiausios gyvybei egzistuoti?
Pakankamas kiekis anglies dioksidas ir deguonis.
Pakankamas vandens kiekis (ir būtinai skysto pavidalo).
Temperatūra, išskyrus taip pat aukšta temperatūra(sukelia baltymų krešėjimą) ir per mažai (sustabdo fermentų veikimą).
Prieinamumas " pragyvenimo atlyginimas„Mineralinės mitybos elementai.
Tam tikras vandens aplinkos druskingumas.
**Šiuolaikinė gyvybė plačiai paplitusi viršutinėje žemės plutos dalyje (litosferoje), apatiniuose žemės atmosferos sluoksniuose (troposferoje) ir vandens apvalkalasŽemė (hidrosfera).
Litosferoje gyvybę pirmiausia riboja uolienų ir požeminio vandens temperatūra, kuri palaipsniui didėja
su gyliu ir 1,5-15 km lygyje viršija +100°C. Didžiausias gylis, kuriame bakterijos buvo aptiktos žemės plutos uolienose, yra 4 km. IN naftos telkinių 2-2,5 km gylyje užfiksuojamos bakterijos reikšminga suma. Vandenyne gyvybė plačiai paplitusi iki didesnio gylio ir randama net 10-11 km gylio vandenyno įdubimų dugne. Viršutinę gyvybės atmosferoje ribą lemia ultravioletinės spinduliuotės padidėjimas su aukščiu. Ozono sluoksnis sugeria dauguma ultravioletinė spinduliuotė
Saulė yra 22-25 km aukštyje. Visi gyviai, iškilę virš apsauginio ozono sluoksnio, miršta. Bakterijų ir grybų sporos randamos iki 20-22 km aukščio, tačiau didžioji dalis aeroplanktono susitelkia sluoksnyje iki 1-1,5 km. Kalnuose sausumos gyvybės pasiskirstymo riba eina maždaug 6 km aukštyje virš jūros lygio. Gyvybės pasiskirstymas biosferoje yra labai netolygus. Didžiausia gyvosios medžiagos koncentracija yra sąsajose tarp pagrindinių terpių – dirvožemyje, t.y. ribinis sluoksnis tarp litosferos ir atmosferos, paviršiniuose vandenyno sluoksniuose, rezervuarų dugne ir ypač pakrantės zonoje (nuo lat. litoralis- pakrantė) - jūros dugno zona, užtvindyta potvynio metu ir nusausinta atoslūgiuose, estuarijose (iš graikų k. limenas- uostas, įlanka) ir estuarijos (nuo lat.
estuariumas – potvynių ir atoslūgių krantas) – užtvindytos žiotys, kuriose visos trys aplinkos – dirvožemis, vanduo ir oras – glaudžiai sąveikauja viena su kita. Didžiausios organizmų koncentracijos biosferoje vietas V. I. Vernadskis pavadino „gyvybės plėvelėmis“. Vernadskis atkreipė dėmesį į gyvenimo „visur“ biosferoje. Gyvybė atsirado lokaliai vandens telkiniuose, o paskui plito vis plačiau, užimdama visus žemynus. Temperatūrų kraštutinumai, kuriuos kai kurios gyvybės formos gali toleruoti, svyruoja nuo beveik kritinius taškus slėgis yra apie 12 000 atm. Kita vertus, augalų, mažų gyvūnų sėklos ir sporos suspenduotoje animacijoje (iš graikų anabiosis - atgimimas - kūno būsena, kurioje gyvenimo procesai staigiai sulėtėja, o tai prisideda prie jo išlikimo nepalankiomis temperatūros, drėgmės ir pan. sąlygomis) išlieka gyvybingi visiškame vakuume.
Biosferos ribos (pagal G. V. Voitkevičių ir V. A. Vronskį)
Gyvi organizmai gali egzistuoti labai įvairiai cheminės sąlygos aplinką. Pirmieji gyvi padarai Žemėje gyveno atmosferoje be deguonies. Anaerobinis metabolizmas būdingas ir daugeliui šiuolaikinių organizmų, įskaitant daugialąsčius. Acto unguriai (nematodai) gyvena fermentuojančio acto talpose. Nemažai mikroorganizmų gyvena koncentruotuose druskos tirpaluose, įskaitant vario sulfatas, natrio fluoridas, prisotintame tirpale stalo druskos. Sieros bakterijos gali atlaikyti 0,1 M sieros rūgšties tirpalus.
Kai kurios ypač stabilios formos gali egzistuoti net veikiamos jonizuojančiosios spinduliuotės. Pavyzdžiui, nemažai blakstienų gali atlaikyti radiacijos dozes, 3 milijonus kartų didesnes už natūralią foninę spinduliuotę Žemės paviršiuje, o kai kurių bakterijų rasta netgi branduolinių reaktorių katiluose.
Biosferos ribos yra gyvybės egzistavimo ribos. Viršutinė riba eina maždaug 20 km aukštyje. Tai visų pirma sukelia ozono sluoksnis, kuris sugeria gyvybei naikinančią ultravioletinę spinduliuotę iš Saulės. Apatinė riba litosferoje nustatoma pagal drėgmės prasiskverbimą ir siekia 3 km (bakterijų buvo rasta naftos telkiniuose iki 3 km gylyje).
Hidrosferoje gyvybė egzistuoja visose Pasaulio vandenyno gelmėse, todėl tęsiasi iki 10–11 km. Taigi Žemės biosfera apima hidrosferą, apatinę atmosferos dalį ir viršutinius litosferos sluoksnius.
Šiuo metu mūsų planeta laikoma viena savaime besitvarkanti sistema, susidedančia iš vidinės ir išorinės sferų: šerdies, mantijos, plutos, hidrosferos, atmosferos, biosferos.
Gyvybė žemės paviršiuje pasiskirsto itin netolygiai ir skirtingomis gamtinėmis sąlygomis įgauna gana nepriklausomų kompleksų – biogeocenozių arba ekosistemų – pavidalą. Gyvoji biogeocenozės dalis vadinama biocenoze. Įvairūs procesai o biosferoje vykstantys reiškiniai yra įvairių mokslų tyrimų objektas. Ypatinga vieta skiriama ekologijai (graikų k. oikos- namas, būstas, logotipas– mokslas). Šį terminą pirmasis pavartojo Ernstas Haeckelis. Ekologija yra mokslas, tiriantis sudėtingus santykius gamtoje. Žmonių visuomenė su savo produkcija ir jos kuriama dirbtine aplinka – technosfera – taip pat yra biosferos dalis.
Biosferos komponentai
Biosferą galima suskirstyti į keletą komponentų.
1. Gyvoji medžiaga, kuria Vernadskis reiškė visą planetos organizmų visumą (augalus, gyvūnus, mikroorganizmus). Kai kuriais skaičiavimais, bendra gyvų organizmų biomasė biosferoje yra apie 2,2 10 12 tonų.
2. Biogeninė medžiaga, kuri yra ne patys organizmai, o jų gyvybinės veiklos produktai, ypač aliejus, kalkakmenis ir kt.
3. Inertinė medžiaga, kurios susidarymas nesusijęs su gyvybine organizmų veikla (planetos žarnyne vykstančių procesų rezultatas, meteoritai). Inertinės medžiagos biosferoje tūris yra dešimt tūkstančių kartų didesnis nei gyvosios medžiagos.
4. Bioinertinė medžiaga, kuri yra bendras gyvybės procesų rezultatas negyvoji gamta(dirvožemis).
Remiantis Vernadskio mokymu, gyvoji medžiaga yra svarbiausias biosferos komponentas, nes dėl savo gyvybinės veiklos gyvi organizmai aktyviai transformuoja aplinką.
Gyvosios materijos hierarchija
Gyvosios medžiagos hierarchija apima kelis organizavimo lygius.
1. Molekulinis lygis. Jį atstovauja biologinės molekulės, iš kurių svarbiausios yra baltymai, nukleino rūgštys, lipidai ir angliavandeniai. Šiame lygmenyje realizuojamas organizmų paveldimumas ir kintamumas, medžiagų ir energijos mainai bei kitos svarbios gyvų organizmų savybės.
2. Ląstelių lygis. Tuo pačiu metu atskiros organinės molekulės dar nėra gyvos. Gyvenimas prasideda nuo kito lygio – ląstelių lygio. Ląstelė yra gyvų organizmų struktūrinis ir funkcinis vienetas, nes gali augti ir daugintis. Tai gali būti gyvo daugialąsčio organizmo dalis arba nepriklausomas vienaląstis organizmas.
3. Audinių lygis. Panašios struktūros ląstelės, atliekančios tą pačią funkciją, sujungiamos į audinį. Pavyzdžiui, susidaro nervinis audinys nervų ląstelės– neuronai.
4. Organų lygis. Savo ruožtu kelių tipų audinių funkcinis derinys sudaro organus, o atitinkamas lygis vadinamas organu. Tai būdinga gyvūnų organizmams. Visų pirma, gyvūnų organai yra oda, širdis, plaučiai ir kt. Organai gali būti sujungti į organų sistemas, pavyzdžiui, kraujotakos sistemą.
5. Organizmo lygis. Tai apima ištisus organizmus, tiek vienaląsčius, tiek daugialąsčius.
6. Populiacijos-rūšies lygis. Tos pačios rūšies organizmai, priklausantys tai pačiai buveinei, jungiasi į populiacijas. Pradedant nuo šio lygmens, gali vykti elementarūs evoliuciniai procesai.
7. Biogeocenotinis lygis. Tai apima įvairių rūšių organizmus ir jų buveines.
8. Biosferos lygis. Jai atstovauja visa biosfera kaip visuma.
