Semua makhluk hidup di planet Bumi bersentuhan rapat antara satu sama lain dan dengan alam sekitar, seterusnya membentuk ekosistem. Komuniti organisma yang berinteraksi ini tidak terasing antara satu sama lain. Mereka saling berkaitan dengan pelbagai hubungan, terutamanya makanan. Keseluruhan ekosistem membentuk satu ekosistem planet tunggal, yang dipanggil biosfera. Artikel ini akan mempertimbangkan struktur biosfera, komposisi dan fungsi utamanya.
Sains
Konsep ini mula-mula diperkenalkan ke dalam sains oleh J. B. Lamarck pada tahun 1803 dan bermaksud keseluruhan semua organisma hidup di planet Bumi. Pada penghujung abad kesembilan belas, istilah "biosfera" digunakan oleh J. Zuse, yang memasukkan bahan tak bernyawa batu enapan dalam struktur biosfera. Doktrin biosfera muncul pada tahun 1926, apabila V. I. Vernadsky meringkaskan sejumlah besar maklumat saintifik, satu cara atau yang lain.menggambarkan hubungan antara bahan hidup dan bukan hidup. Saintis itu dapat menunjukkan bahawa planet kita bukan sahaja didiami oleh organisma hidup, tetapi juga sedang diubah secara aktif oleh mereka. Di samping itu, menurut Vernadsky, campur tangan manusia dalam proses semula jadi sangat penting sehingga mungkin untuk bercakap tentang noosfera - fasa baru dalam pembangunan biosfera. Hari ini, sains biosfera menggabungkan data dari pelbagai bidang pengetahuan. Antaranya ialah biologi, kimia, geologi, klimatologi, oseanologi, sains tanah dan lain-lain.
Struktur biosfera adalah sedemikian rupa sehingga organisma hidup boleh mengekalkan komposisi tanah, atmosfera dan hidrosfera yang diperlukan. Mereka memainkan peranan penting alam sekitar. Berdasarkan ini, saintis membuat hipotesis bahawa tanah dan udara dicipta oleh organisma hidup sendiri selama ratusan juta tahun evolusi. Setelah mengkaji persamaan dalam struktur batuan geologi yang terletak lebih dalam daripada Cambrian, dengan batuan kemudian, Vernadsky mencadangkan bahawa kehidupan di planet ini wujud dalam bentuk organisma paling mudah hampir dari awal. Kemudian, ahli geologi membuktikan kekeliruan hipotesis ini.
Memandangkan matahari adalah asas tenaga untuk kewujudan semua kehidupan di Bumi, biosfera boleh dianggap sebagai cangkang, struktur dan komposisinya terbentuk kerana aktiviti bersama organisma hidup dan ditentukan oleh kemasukan tenaga suria. Sekarang mari kita berkenalan dengan struktur biosfera Bumi.
Hidup dan tidak hidup
Mempertimbangkan komposisi dan struktur biosfera, pertama sekaliperlu diperhatikan bahawa ia terdiri daripada bahan hidup dan bukan hidup (jirim lengai). Sebahagian besar organisma hidup tertumpu dalam tiga cangkang geologi Bumi: atmosfera (lapisan udara), hidrosfera (lautan, laut, dan sebagainya) dan litosfera (lapisan atas batu). Walau bagaimanapun, cengkerang ini diagihkan secara tidak sekata dalam ekosistem terbesar. Oleh itu, hidrosfera diwakili sepenuhnya dalam struktur biosfera, manakala litosfera dan atmosfera diwakili sebahagiannya (masing-masing lapisan atas dan bawah).
Komponen bukan hidup biosfera terdiri daripada:
- Bahan biogenik, yang merupakan hasil daripada aktiviti penting organisma hidup. Ia termasuk: arang batu, minyak, gambut, batu kapur asli, gas, dll.
- Bahan bioinert, yang merupakan hasil bersama daripada aktiviti penting organisma dan proses bukan biologi. Ini termasuk: tanah, kelodak, takungan air dan sebagainya.
- Bahan lengai, yang termasuk dalam kitaran biologi, tetapi bukan hasil daripada aktiviti penting organisma hidup. Kumpulan ini termasuk: air, garam logam, nitrogen atmosfera, dsb.
Sempadan biosfera
Konsep seperti komposisi, struktur dan sempadan biosfera berkait rapat antara satu sama lain. Walaupun fakta bahawa bakteria dan spora telah ditemui pada ketinggian sehingga 85 kilometer, adalah dipercayai bahawa had atas biosfera adalah 20-25 km. Di altitud tinggi, kepekatan bahan hidup boleh diabaikan kerana pengaruh sinaran suria yang kuat.
Dalam hidrosfera, kehidupan ada di mana-mana. Dan walaupun di Palung Mariana, yang kedalamannya 11 km, saintisdari Perancis, J. Picard memerhatikan bukan sahaja invertebrata, tetapi juga ikan. Bakteria, alga, foraminifera dan krustasea hidup di bawah lebih daripada 400 meter ais Antartika. Bakteria ditemui di bawah lapisan kelodak satu kilometer dan di dalam air bawah tanah. Walau bagaimanapun, kepekatan terbesar makhluk hidup diperhatikan pada kedalaman sehingga 3 km. Oleh itu, sempadan dan struktur biosfera di bahagian yang berlainan di planet ini mungkin berbeza.
Suasana, litosfera dan hidrosfera
Atmosfera terutamanya terdiri daripada oksigen dan nitrogen. Ia mengandungi sejumlah kecil argon, karbon dioksida dan ozon. Kehidupan kedua-dua makhluk darat dan air bergantung kepada keadaan atmosfera. Oksigen diperlukan untuk pernafasan organisma hidup dan mineralisasi bahan organik yang mati. Nah, karbon dioksida digunakan oleh tumbuhan untuk fotosintesis.
Litosfera mempunyai ketebalan 50 hingga 200 km, bagaimanapun, bilangan utama spesies organisma hidup tertumpu pada lapisan atasnya setebal beberapa puluh sentimeter. Penyebaran hidupan jauh ke dalam litosfera adalah terhad disebabkan oleh beberapa faktor, yang utama adalah: kekurangan cahaya, ketumpatan tinggi medium dan suhu tinggi. Oleh itu, sempadan bawah taburan kehidupan di litosfera adalah kedalaman 3 km, di mana beberapa jenis bakteria ditemui. Dalam keadilan, perlu diperhatikan bahawa mereka tidak tinggal di dalam tanah, tetapi di ufuk air bawah tanah dan minyak. Nilai litosfera terletak pada hakikat bahawa ia memberi kehidupan kepada tumbuhan, menyuburkan mereka dengan semua bahan yang diperlukan.
Hidrosferaadalah komponen penting dalam biosfera. Kira-kira 90% daripada bekalan air jatuh di Lautan Dunia, yang menduduki 70% daripada permukaan planet. Ia mengandungi 1.3 bilion km3, dan sungai serta tasik mengandungi 0.2 juta km3 air. Faktor terpenting dalam aktiviti penting organisma ialah kandungan oksigen dan karbon dioksida dalam air.
Nombor menarik
Komposisi, struktur dan fungsi biosfera mengejutkan dengan skalanya. Sekarang kita akan mengetahui beberapa fakta menarik. Air mengandungi 660 kali lebih banyak karbon dioksida daripada udara. Di darat, kepelbagaian dunia tumbuhan berlaku, dan di laut - dunia haiwan. 92 peratus daripada semua biojisim di darat adalah tumbuhan hijau. Di lautan, 94% adalah mikroorganisma dan haiwan.
Secara purata, lapan tahun sekali, biojisim Bumi diperbaharui. Tumbuhan darat memerlukan 14 tahun untuk ini, tumbuhan laut - 33 hari. Ia akan mengambil masa 3000 tahun untuk semua air di dunia melalui organisma hidup, oksigen - sehingga 5000 tahun, dan karbon dioksida - 6 tahun. Untuk nitrogen, karbon dan fosforus, kitaran ini lebih lama lagi. Kitaran biologi tidak ditutup - kira-kira 10% daripada bahan hidup masuk ke dalam mendapan dan pengebumian.
Biosfera menyumbang hanya 0.05% daripada jisim planet kita. Ia menduduki kira-kira 0.4% daripada isipadu Bumi. Jisim makhluk hidup hanya 0.01-0.02% daripada jisim jirim lengai, namun, mereka memainkan peranan yang sangat penting dalam proses geokimia.
200 bilion tan berat kering organik dihasilkan setiap tahun, dan dalamFotosintesis menyerap 170 bilion tan karbon dioksida. Dalam proses aktiviti penting mikroorganisma, 6 bilion tan nitrogen dan 2 bilion tan fosforus, serta sejumlah besar besi, magnesium, sulfur, kalsium dan unsur-unsur lain terlibat dalam kitaran biogenik setiap tahun. Pada masa ini, manusia menghasilkan kira-kira 100 bilion tan mineral.
Dalam perjalanan hidup mereka, organisma memberi sumbangan besar kepada peredaran bahan, menstabilkan dan mengubah biosfera, sifat dan strukturnya membuatkan seseorang berfikir tentang kehadiran kuasa yang lebih tinggi.
Fungsi tenaga
Selepas membiasakan diri dengan struktur dan komposisi biosfera, mari beralih kepada fungsinya. Mari kita mulakan dengan tenaga. Seperti yang anda ketahui, tumbuhan menyerap sinaran suria dan menepu biosfera dengan tenaga penting. Kira-kira 10% daripada cahaya yang ditangkap digunakan oleh pengeluar untuk keperluan mereka (terutamanya untuk pernafasan selular). Segala-galanya diedarkan melalui rantai makanan ke seluruh ekosistem biosfera. Sebahagian daripada tenaga disimpan di dalam perut bumi, mengenyangkannya dengan kuasanya (arang batu, minyak, dll.).
Walaupun mengambil kira fungsi dan struktur biosfera secara ringkas, mereka sentiasa menyifatkan fungsi redoks sebagai subspesies tenaga. Sebagai pengeluar, bakteria kemosintetik boleh mengekstrak tenaga daripada tindak balas pengoksidaan dan pengurangan sebatian bukan organik. Dalam proses pengoksidaan hidrogen sulfida, bakteria sulfur memakan tenaga, dan besi (dari 2-valent kepada 3-valent) - bakteria besi. Nitrifikasi juga jangan duduk tanpahal ehwal. Mereka mengoksidakan sebatian ammonium kepada nitrat dan nitrit. Itulah sebabnya petani menyuburkan ladang mereka dengan sebatian ammonium, yang tidak diserap oleh tumbuhan sendiri. Apabila menyuburkan tanah secara langsung dengan nitrat, tisu simpanan tumbuhan terlalu tepu dengan air, yang membawa kepada kemerosotan dalam rasa dan peningkatan risiko penyakit pencernaan pada mereka yang memakannya.
Fungsi membentuk alam sekitar
Organisme hidup membentuk tanah, dan juga mengawal komposisi udara dan cangkang air bumi. Jika fotosintesis tidak wujud di planet ini, bekalan oksigen atmosfera akan digunakan dalam 2000 tahun. Di samping itu, secara literal dalam satu abad, disebabkan peningkatan kepekatan karbon dioksida di udara, organisma akan mula mati. Dalam satu hari, hutan boleh menyerap sehingga 25% karbon dioksida daripada lapisan udara 50 meter. Sebatang pokok bersaiz sederhana boleh membekalkan oksigen untuk empat orang. Satu hektar hutan luruh, terletak berhampiran bandar, setiap tahun mengekalkan kira-kira 100 tan habuk. Tasik Baikal, yang terkenal dengan kejernihan kristalnya, sangat berterima kasih kepada krustasea kecil yang "menapis" tiga kali setahun. Dan ini hanyalah beberapa contoh bagaimana organisma hidup mengawal komposisi bahan dalam biosfera.
Fungsi penumpuan
Makhluk hidup, dan terutamanya mikroorganisma, dapat menumpukan banyak unsur kimia yang terdapat dalam biosfera. Hampir 90% nitrogen tanahadalah hasil daripada aktiviti alga biru-hijau. Bakteria boleh menumpukan besi (contohnya, dengan mengoksidakan bikarbonat larut air kepada hidroksida yang terdeposit dalam persekitarannya), mangan, dan juga perak. Ciri menakjubkan ini membolehkan saintis percaya bahawa disebabkan oleh mikroorganisma, terdapat begitu banyak deposit logam di bumi.
Di sesetengah negara, unsur seperti germanium dan selenium diekstrak daripada tumbuhan. Fucus algae boleh mengumpul 10,000 kali lebih banyak titanium daripada yang terkandung di dalam air laut sekitarnya. Setiap tan alga perang mengandungi beberapa kilogram iodin. Oak Australia mengumpul aluminium, pain - berilium, birch - barium dan strontium, larch - niobium dan mangan, dan torium tertumpu dalam aspen, ceri burung dan cemara. Di samping itu, sesetengah tumbuhan juga "mengumpul" logam berharga. Jadi, dalam 1 tan abu wormwood terdapat sehingga 85 gram emas!
Fungsi merosakkan
Struktur kimia biosfera Bumi dan persekitarannya melibatkan bukan sahaja kreatif, tetapi juga proses yang merosakkan. Walau bagaimanapun, mereka juga memainkan peranan besar dalam pengawalan bahan di planet ini. Dengan kehidupan aktif organisma hidup, mineralisasi sisa organik dan luluhawa batu berlaku. Bakteria, kulat, alga biru-hijau, dan lichen boleh memecahkan batuan keras dengan membebaskan asid karbonik, nitrus dan sulfurik. Sebatian menghakis juga membebaskan akar pokok. Terdapat bakteria yang boleh memusnahkan kaca dan emas.
Fungsi pengangkutan
Memandangkan struktur danfungsi biosfera, seseorang tidak boleh melupakan pemindahan jisim jirim. Pokok menaikkan air dari bumi ke atmosfera, tahi lalat melemparkan bumi ke atas, seekor ikan berenang melawan arus, sekumpulan belalang berhijrah - semua ini adalah manifestasi fungsi pengangkutan biosfera.
Benda hidup boleh melakukan kerja geologi yang luar biasa, membentuk imej baharu biosfera dan mengambil bahagian secara aktif dalam semua prosesnya.
Secara berasingan perlu diperhatikan proses pembentukan batuan sedimen. Peringkat pertama proses ini adalah luluhawa - pemusnahan lapisan atas litosfera di bawah tindakan udara, matahari, air dan mikroorganisma. Menceroboh ke dalam batu, akar tumbuhan boleh memusnahkannya. Air yang meresap ke dalam rekahan yang terbentuk oleh akar larut dan membawa pergi bahan tersebut. Ini disebabkan oleh komponen menghakis tumbuhan. Lichen terutamanya banyak dalam asid organik. Oleh itu, luluhawa fizikal berlaku bersama-sama dengan luluhawa kimia.
Disebabkan kematian organisma plankton, sehingga 100 juta tan batu kapur dimendapkan setiap tahun di dasar lautan dunia. Kebanyakannya berasal dari kimia, sebagai contoh, dalam kawasan hubungan antara air bawah tanah berasid dan beralkali. Dengan kematian alga unisel dan radiolaria, kelodak yang mengandungi silikon terbentuk yang meliputi ratusan ribu km2 dasar laut.
Fungsi membentuk tanah
Sifat dan struktur biosfera sangat menyeluruh sehingga semua fungsinya berkait rapat. Oleh itu, pembentukan tanah adalah salah satu cabang pertukaran jisimdan pembentukan alam sekitar, tetapi dianggap secara berasingan kerana kepentingannya. Semasa pemusnahan dan pemprosesan selanjutnya batu oleh mikroorganisma, cangkang bumi yang longgar dan berbuah terbentuk, dipanggil tanah. Akar tumbuhan besar mengekstrak unsur mineral dari ufuk yang dalam, memperkaya lapisan atas tanah dengannya dan meningkatkan hasil buahnya. Tanah menerima sebatian organik daripada akar dan batang tumbuhan yang mati, serta najis dan bangkai haiwan. Sebatian ini adalah makanan untuk organisma tanah yang memineralkan bahan organik, menghasilkan karbon dioksida, asid organik dan ammonia.
Invertebrata, serangga, serta larvanya, memainkan peranan pembentuk struktur yang paling penting. Mereka menjadikan tanah gembur dan sesuai untuk kehidupan tumbuhan. Haiwan vertebrata (tahi lalat, cerek dan lain-lain) melonggarkan bumi, menyumbang kepada kejayaan pertumbuhan pokok renek di dalamnya. Pada waktu malam, udara termampat yang sejuk menembusi tanah, yang diperlukan untuk pernafasan akar dan mikroorganisma.
Struktur biosfera yang begitu menakjubkan.
