Біосфера і її життєво важливі процеси

В абіотичному періоді на поверхню Землі під впливом геофізичних і космічних процесів виходили вулканічні породи, відбувалося їхнє вивітрювання, переміщення, фізико-хімічні й геологічні перетворення - геохімічний кругообіг речовин.

Термін біосфера введений в 1875р. австрійським ученим Е. Зюссом. До біосфери він відніс весь той простір атмосфери, гідросфери й літосфери де зустрічаються живі організми. Академік В.І.Вернадський установив визначальну роль живих організмів у механізмах перетворення геологічних структур, створенні літо-, гідро, і атмосферних оболонок землі й включив у поняття біосфери результати їхньої діяльності. «По Вернадському», під біосферою розуміється весь простір атмосфери, літосфери й гідросфери де існує й існувало життя тобто, де зустрічаються живі організми або продукти їх життєдіяльності.

Біосфера являє собою відкриту, саморегулюючу систему, яка володіє великою розмаїтістю живої речовини. Як у відкриту систему в неї надходить сонячна енергія, а регулюючу функцію виконують живі організми, причому, їх природна (вироблене за багато мільярдів років) розмаїтість є основною умовою стійкості біосфери.

Живі організми біосфери здатні одержувати, передавати й запасати енергію по ланцюгах харчування; переробляти з великою швидкістю органічні й неорганічні речовини й перетворювати фізико-хімічні параметри свого середовища. Вони накопичують певну інформацію, закріплюють і передають її в спадкоємних структурах наступним поколінням.

Сукупність живих організмів можна представити як живу речовину біосфери. Особливості життя живих організмів визначають високу швидкість відновлення живої речовини. Сума її маси за всю історію свого існування в 12 разів перевищила масу землі.

У біосфері перебувають речовини в процесах утворення яких живі організми не приймали участі, тобто речовини неживої природи - костні речовини, наприклад, мінерали й біокосні речовини, в утворенні яких брали участь живі і костні, наприклад, ґрунт.

Місце живого організму в біосфері й всі його особисті, характерні риси життя, наприклад, відношення до факторів середовища, харчування, розмноження, взаємовідношення з іншими організмами й т.п., називають екологічною нішею. Живі організми біоценозу здійснюють безперервний, як би замкнутий обіг речовини, енергії й інформації. Цей процес називається малим біотичним колом обміну або малим біологічним. У його межах втрата маси речовини мінімальна (1-2%), повторне ж використання енергії ледь досягає 0,24% і говорити про кругообіг енергії не коректно. Інформація передається повністю (генами), але частина її може губитись при загибелі видів або порушенні генетичного коду.

Здійснення цього кругообігу відбувається в замкнутому ланцюгу харчування біоценозу, у харчовому ланцюзі, у трофічному ланцюзі - у ряді видів або їхніх груп, кожна попередня ланка служить їжею для наступної.

Перша ланка цього ланцюга-продуценти (автотрофи) - рослини й водорості, які в процесі фотосинтезу, за допомогою сонячної енергії, переробляють неорганічні речовини із ґрунту, води й атмосфери в рослинну органічну масу, виділяючи при цьому кисень. На процес фотосинтезу в клітинах рослин іде не більше 1% сонячної енергії яка сягає поверхні землі. Вся органічна маса продуцентів з її енергією й біогенні летучі речовини, що виділяються, характеризуються як первинна продуктивність. Перші рослинні організми, виділяючи кисень, сприяли створенню в атмосфері шару з підвищеним змістом трьохатомного кисню - озону. Цей шар надалі сприяв утворенню більш складних живих організмів, тому що став охороняти їх від згубного ультрафіолетового сонячного випромінювання. Життєво визначна властивість продуцентів проявляється й у їх здатності поглинати з атмосферного повітря двоокис вуглецю який виділяється іншими організмами в процесі своєї життєдіяльності.

Друга ланка - консументи першого порядку - тваринні організми засвоюють рослинну органічну масу й одержують із її й кисню атмосфери енергію для свого життя. Частина енергії накопичується у вигляді маси консументов, інша - витрачається на рух, подих, підтримку температури тіла й т.п., тобто на життєдіяльність цих організмів. Органічна маса консументів першого порядку споживається, у свою чергу, іншими тваринними організмами - консументами другого порядку (третього й четвертого) для забезпечення власної життєдіяльності. Кількість біомаси, енергії й біогенних летучих об'єднань вироблених всіма консументами характеризується як вторинна продукція живої речовини.

Продуктивність залежить, головним чином, від різнорідності й тривалості життя живих організмів і від факторів середовища життя.

Органічні залишки життя й смерті продуцентів і консументів споживаються представниками третьої ланки харчового ланцюга - редуцентами - в основному, бактеріями й грибами й переробляються в неорганічні речовини, головним чином у двоокис вуглецю, воду, і розчинні солі. Продукти життєдіяльності редуцентів надходять як їжа на першу ланку харчового ланцюга, до продуцентів.

Вважається, що з одного трофічного рівня на іншій передається тільки 10% отриманої енергії, тому що 90% енергії витрачається на процеси життєзабезпечення, тому не можна говорити про повний кругообіг енергії.

Малий кругообіг біотичного обміну поєднуються у великий біологічний і, з геохімічним кругообігом, створюють великий біогеохімічний кругообіг що, у свою чергу, є частиною геологічного кругообігу землі.

Використовуючи сонячне випромінювання, як постійне джерело енергії, живі організми за 4 млрд. років організували перетворення навколишнього середовища. Вони створили замкнуті кругообіги речовин, маса потоків яких на багато порядків перевищила потоки руйнування біосфери, пов'язані із процесами в надрах землі й космічного простору.

Взаємодія природних біогеоценозів здійснюється так, що воно створює умови необхідні для життя всіх видів, які входять у їхнє угруповання.

Тільки ті види, які забезпечують необхідну роботу з підтримки навколишнього середовища, можуть утворювати угруповання й становити земну біоту. Такі види підтримують оптимальну чисельність, і створюють оптимальну, а не максимальну кількість нащадків. Це запобігає популяційним вибухам, що руйнують угруповання. Спонтанний перехід будь-якого виду до виробництва максимальної кількості нащадків свідчить про перекручену генетичну програму.

ПИТАННЯ ДЛЯ КОНРОЛЯ ЗНАНЬ

1. Чим відрізняються визначення біосфери у Е. Зюсса й В.І. Вернадського?

2. Яку систему представляє собою біосфера?

3. Якими основними здатностями володіють живі організми?

4. Що можна сказати про процес відновлення живої речовини?

5. Які основні речовини можна виділити в біосфері?

6. Як здійснюється малий біотичний кругообіг?

7. Охарактеризуйте сукупність земних кругообігів речовини, енергії й інформації.

8. Що називають «біотичною регуляцією природного середовища»?

2.2.