Загальна характеристика біосфери

До поняття «біосфера» (грец. bios - життя + sphaira - куля) близько підійшов французький біолог Ж.-Б. Ламарк (1802 р.). Але сам термін «біосфера» вперше застосував австрійський геолог Е.

Біосфера має свої певні компоненти: жива речовина, гірські породи, вода, повітря, сонячна радіація.

Біосфера включає речовини в твердому, рідкому і газоподіб­ному станах. Отже, біосфера трифазна.

Сфера існування живої речовини охоплює атмосферу (до тропопаузи), літосферу (кору вивітрювання), всю гідросферу (сферу води), тобто біосфера триярусна. Розглянемо кожний ярус окремо.

Товщина біосфери: на полюсах Землі приблизно 10 км, на екваторі - 28 км. Вона охоплює нижні шари атмосфери (7 км - на

полюсах, 18 - на екваторі), всю гідросферу та літосферу - до гли­бини 3-11 км на суші та 0,5-1,0 км під дном океану. Тобто, у біо­сферу включають ту частину географічної оболонки, де діють 9 3

живі істоти. Об’єм біосфери - 10*10 км (0,4 % об’єму Землі), маса біосфери сягає 3*10 т - близько 0,05 % маси Землі.

Атмосфера. Атмосфера (грец. athmos - пар) - газоподібна оболонка Землі. Маса її - 5,15*10 т (1/10 частина маси Землі). Майже 75 % маси атмосфери зосереджено у нижньому 10 - кіло­метровому шарі, тобто у межах біосфери.

Вплив діяльності людини на атмосферу сьогодні досить від­чутний і посилиться у майбутньому. Вже тепер щороку в атмос­феру потрапляє до 18 млрд т СО₂. Це стільки, скільки його виді­ляє усе живе при диханні + кількість, що поглинається у процесі фотосинтезу. Новим джерелом СО на сьогодні стали промислові підприємства та автомашини, які до того й виділяють близько

700 млн т чадного газу СО щорічно. Якщо таке становище не змі­ниться і надалі, то промисловість і автомашини за рік використо­вуватимуть до 95 % щорічної кількості О, виділеного рослинами.

Структура атмосфери

Атмосфера має шарувату будову, тобто складається з тропо­сфери, стратосфери, мезосфери, іоносфери, екзосфери.

Тропосфера - шар, що має товщину 7-10 км над полюсами і 16-18 км над екватором. Тропосфера містить основну масу повіт­ря (атмосферного) - близько 80 %, а також атмосферну водяну пару. Характеризується нестійкістю температури, тиску, віднос­ної вологості, що зумовлює інтенсивне переміщення повітряних мас у горизонтальному та вертикальному напрямах, формуючи погодні умови. Саме проблеми охорони атмосферного повітря пов’язані переважно із зоною тропосфери. Наступний шар - стра­тосфера.

Стратосфера - шар, що сягає висоти 50 км від поверхні Землі, де температура зростає до 1 000^оС. Повітря тут значно роз­ріджене, кількість вологи мізерна. У стратосфері міститься шар триатомного кисню - озону, що активно поглинає більшу частину енергії ультрафіолетового випромінення Сонця. Над стратосфе­рою розміщена мезосфера до 80 км, основною особливістю якої є зниження температури до 75...- 90^оС (за деякими даними до - 120^оС) у її верхній частині. Тут фіксують сріблясті хмари, що складаються з кристаликів льоду. Далі - іоносфера (термосфе­ра), сліди якої спостерігаються на відстані до 800 км від Землі. Температура сягає понад 1 000^оС. Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази перебувають в іонізованому стані. Іоносфера має здатність багаторазово відбивати радіохвилі, що забезпечує дальній радіозв’язок на Землі. Екзосфера (магнітос­фера) знаходиться на висоті понад 800 км з товщиною в 200­300 км і температурою понад 2 000^оС. Швидкість руху газів на­ближається до критичної величини - до 11,2 км/с. У ній переваж­но містяться атомарний водень і гелій, які утворюють навколо Землі шар на висоту 20 тис. км.

Вміст водяних парів в атмосферному повітрі приблизно 12

13,25*10 т, а насиченість водяними парами залежить від геог­рафічної широти (знижуючись до полюсів від екватора) і від пори року.

Пилових часток природного походження (космічні, вулкано­ві, ґрунтові, морські) у звичайних умовах міститься в повітрі ма­ло - в середньому за рік на 1 км² земної поверхні їх осідає 4-6 т. Кількість твердих часточок антропогенного походження (вугіль­ний пил, коксовий пил, сажа, сульфатна кислота, сірчистий ангід­рид, окисли азоту, аміак, ароматичні вуглеводні, ціанідна кисло-

та, хлоридна кислота, часточки шкідливих металів, та їх сполук, сульфідна кислота, сірковуглець, хлор тощо) у несприятливих 2

умовах може сягати 1 000-1 200 т/км за рік. У процесах розподі­лу і поширення атмосферних забруднень провідна роль належить метеорологічним факторам - швидкості, напрямку вітру, зміні температури повітря по вертикалі та його вологості.

Функції атмосфери

1. Регулює клімат на Землі; якщо б не було атмосфери, то добові коливання температури на планеті сягали б від - 200 С до +200⁰ С, а так у середньому +14,6-14,8⁰ С.

2. Пропускає теплове випромінення Сонця та зберігає тепло, там утворюються хмари, дощ, сніг, вітер.

3. Виконує переносну роль вологості на Землі.

4. Є середовищем поширення звуку (без повітря на Землі була б тиша).

5. Є джерелом кисневого дихання.

6. Приймає газоподібні продукти обміну речовин.

7. Впливає на теплообмін та інші функції живих організмів.

8. Захисна функція (зміна фізичних та хімічних властивос­тей атмосфери може негативно відобразитись на здоров’ї людей, їх працездатності, продовженні життя).

Склад атмосферного повітря

Сухе незабруднене повітря має такий склад: N₂ - 73,09 %, O - 20,95 %, Ar - 0,93 %, СО - 0,03 %. Інші гази (неон, гелій, криптон, водень, ксенон) - 0,01 %. Ці гази неактивні й не мають біологічного значення.

Азот N₂ виділяється із земної кори в результаті діяльності мікроорганізмів. Гірські породи містять у 50 разів більше N₂ ніж земна атмосфера.

росфері. Лише рослинними організмами кисень виділяється в ре­зультаті процесу фотосинтезу, а всі інші організми - використо­вують його.

Основним джерелом виникнення СО є процеси згорання палива, гниття та розкладу органічних речовин, дихання людини та тварин. При вмісті СО в повітрі вище 0,07 % погіршуються умови дихання тварин і людини, а 0,5 % є гранично допустимою нормою.

З висотою хімічний склад атмосфери, тиск, густина, темпе­ратура та інші фізичні властивості змінюються. Вище атмосфера складається в основному з азоту та кисню, на висоті 90-120 км з’являється атомарний кисень (О), а вище 110-120 км кисень майже весь стає атомарним. На висоті 10-60 км під дією ультра­фіолетових променів утворюється озон О (максимум озону на висоті 22-25 км), що поглинає шкідливе ультрафіолетове випро­мінювання Сонця.

Киснево-азотний склад атмосфери зберігається до 400­600 км. Вище переважає вміст Не, а вище 2-3 тис. км - H₂. Так, поступово газова оболонка, що оточує Землю, переходить в екзо­сферу. Екзосфера - міжзірковий газ, що складається із 76 % (по масі) - H, 23 % - із Не. H та Не - найпоширеніші у Всесвіті.

Літосфера. Літосфера (грец. Iithos - камінь) - це зовнішня тверда оболонка земної кулі, що складається з осадових, вивер­жених і метаморфічних порід. До літосфери входять земна кора та сфера верхньої частини мантії. Земна кора - тонка верхня обо­лонка Землі, яка має товщину на континентах 40-80 км, під океа­ном - 5-10 км і становить близько 1 % маси Землі. Основні еле­менти земної кори - кисень, силіцій, водень, алюміній, залізо, маг­ній, а кальцій та натрій утворюють до 95 % її маси. На континен­тах земна кора має три прошарки: верхній - осадові породи, се­редній - граніти, гнейси, лабрадорити і габро, нижній - базальти.

Людина діє, в першу чергу, на ґрунт - родючий шар земної кори, що виник внаслідок впливу атмосфери на живих організмів, на літосферу. Половина світової ниви (600-700 млн га) має зруй­нований ґрунт. Відновлення родючого ґрунту відбувається повіль­но - шар у 2,5 см відновлюється майже через 1 000 років. Людина також діє і на надра - глибокі шари літосфери. Щорічно із надр Землі видобувається 120 млрд т руд, горючих і будівельних мате­ріалів. Надра не бездонні. Розраховано, що для виробництва: AL - вистачить 560 років; Ге - 240 років; Си - 20 років; Рв - 10 років.

Завдяки ґрунту відбувається кругообіг речовин у природі. Ґрунт має ряд важливих властивостей. Найбільше значення має його родючість, тобто здатність забезпечувати рослини необхід­ною кількістю поживних речовин, води, повітря. Розрізняють два типи родючості - природну (потенціальну) і ефективну. Кожному типу родючості властива своя природна родючість, яку визнача­ють за валовими запасами поживних речовин, водним, повітря­ним і тепловим режимом. Вона залежить від тих умов, в яких від­бувається процес ґрунтоутворення або, інакше кажучи, від фак­торів ґрунтоутворення, дія яких у різних географічних зонах про­являється по-різному.

Ефективна родючість ґрунту значною мірою залежить від ступеня впливу людини - від соціально-економічної системи, яка визначає рівень розвитку науки і техніки та ставлення до приро­ди. Таким чином, ефективна родючість створюється людиною. При вдалому поєднанні природної родючості і штучних заходів (внесення добрив, меліорація тощо) досягається найбільша родю­чість ґрунту (або ефективна), яка характеризується розмірами врожаю.

Гідросфера. Гідросфера (гр. hydor - вода + sphaira - куля) - водна оболонка Землі, яка включає Світовий океан, води суші (ріки, озера, болота, льодовики) та підземні води, сукупність вод Землі: океани, моря, континентальні водойми (озера, річки) та льодові покриви. Гідросфера вкриває майже 71 % земної поверхні - 2 3

631 млн км.

великий. Об’єм стічних вод досягає 700 км у рік, що становить близько 3 % річкового стоку. У моря щорічно з різних причин скидається 5-10 млн т нафти. Це досить шкідливий вид забруд­нення: 1 т нафти вкриває 6 км поверхні океану, а 1 л нафти вби­ває все живе у 40 тис. л води.

Під впливом сонячної енергії вода безперервно випаровується з поверхні планети і в газоподібному стані надходить в атмосфе­ру. Багато міститься води в рослинних та тваринних організмах - від 40 до 90 %. За даними Л.О. Кульського, В.В. Даля, водні ре­сурси планети складаються з води - морів та океанів (мінераліза-

3 3

ція 35 г/л - 1 350 млн км ), льодовиків (30-50 млн км ), рік і озер

33

(0,4 млн км ), підземних - прісних і мінералізованих (8 млн км ).

На думку багатьох вчених, води в атмосфері приблизно в 12 разів більше, ніж у річках Землі.

Територіальне розміщення водних ресурсів у нашій державі характеризується нерівномірністю - майже 80 % загального обся­гу їх припадає на північні, північно-східні і північно-західні ра­йони, де чисельність населення і господарське освоєння районів незначні.

Гідросфера знаходиться в тісному зв’язку з літо- та атмос­ферою. Водневі простори (акваторії) займають значну частину поверхні земної кулі порівняно з сушею. Якщо б Земля являла собою океан, то цей би океан покрив поверхню Землі (у вигляді ідеального гладенького шару) на 4 000 м, а середня глибина Сві­тового океану 3 790 м. На воду у всіх її станах та у всіх її сферах припадає менше 0,001 маси планети. Лише незначна частина цієї води є придатною та доступною для практичного використання. Найбільші запаси прісної води зосереджені в природних льодах. Льодовики займають особливе місце в кругообігу води на Землі, оскільки вони зберігають вологу на багато років у твердому стані. У середньому сніжинка, що впала на льодовик, зберігається біль­ше 8 000 років, перш ніж знову обернеться водою та попаде в ак­тивний кругообіг води. Найбільш великі запаси води нашої пла- 3

нети (1,3 млрд км ) в її надрах. Загальний об’єм прісних вод на 3

Землі досягає приблизно 28 млн км, що становить 2 % від загаль­ного об’єму гідросфери.

2.2.3.