БІОСФЕРА

1. Біосфера

БІОСФЕРА ТА ЇЇ МЕЖІ

 

Роль живих організмів у перетворенні біосфери

До складу біосфери входять живі і неживі компоненти.

Жива речовина, за В. І. Вернадським, –  сукупність усіх живих організмів планети на даний момент існування.

Властивості живої речовини

Жива речовина характеризується величезною енергією, яка міститься в ній і здатна до роботи

Швидкість перебігу хімічних реакцій у живій речовині завдяки участі ферментів у тисячі, а іноді в мільйони разів більша, ніж при виробництві речовин суто хімічними методами

Індивідуальні хімічні сполуки, які входять до складу живої речовини, стійкі тільки в живих організмах

Живій речовині притаманна рухливість. Завдяки різним формам руху жива речовина здатна заповнювати собою увесь можливий простір («усюдність» життя). Цей процес В. І. Вернадський назвав тиском («напором») життя

Жива речовина має значно більше морфологічне та хімічне різноманіття, ніж нежива

Жива речовина представлена в біосфері у вигляді окремих організмів, розміри яких коливаються від 20 нм у бактерій до 100 м у рослин (діапазон більше 109)

Індивідууми ніколи не перебувають у вигляді окремих популяцій організмів одного виду, вони завжди входять до складу екосистеми

Жива речовина існує у формі безперервного чергування поколінь, що сприяє її оновленню

Жива речовина здатна до еволюційного процесу, завдяки якому відбувається порушення абсолютного копіювання попередніх поколінь. Ця здатність дозволяє живій речовині пристосуватися до зміни умов існування

Жива речовина, на відміну від неживої, постійно виробляє роботу, виконує певну функцію

Функції живої речовини

Функція	Процеси, які відбуваються
Енергетична	Проявляється у засвоєнні живою речовиною переважно сонячної енергії та передачі її по трофічних ланцюгах. В основі лежить фотосинтетична діяльність зелених рослин
Газова	Здійснення енергетичної функції супроводжується виділенням і поглинанням кисню, вуглекислого газу та деяких інших газоподібних речовин. Завдяки газовій функції сформувався сучасний склад повітря
Концентраційна	Проявляється у вилученні та виборчому накопиченні живими організмами хімічних елементів оточуючого середовища. У результаті концентраційної діяльності організмів відбувається накопичення покладів корисних копалин
Окисно- відновна	Полягає в хімічному перетворенні речовин, що містять атоми зі змінним ступенем окиснення. Окисно-відновні реакції лежать в основі будь-якого виду біологічного метаболізму
Деструкційна	Обумовлює процес розкладання організмів після їхньої смерті до мінеральних сполук, які через автотрофну ланку знову втягуються в біологічний колообіг

 

Ноосфе́ра  –  сучасна стадія розвитку біосфери, пов'язана з появою в ній людства.

Відповідно до оригінальної теорії Вернадського, ноосфера є третьою у послідовності таких основних фаз розвитку Землі як утворення геосфери (неживої природи) та біосфери (живої природи).

Так само, як біосфера утворюється взаємодією всіх організмів на Землі, ноосфера складається усіма розумами, що взаємодіють.

Ноосферу можна розглядати як єдність «природи» і культури (в широкому тлумаченні останньої  –  з техносферою включно), особливо починаючи з того моменту, коли «культура» досягає (за силою впливу на біосферу та геосферу) потужності «геологічної сили».

Серед складових частин ноосфери виділяють антропосферу (сукупність людей як організмів), техносферу (сукупність штучних об'єктів, створених людиною, та природних об'єктів, змінених в результаті діяльності людства) та соціосферу (сукупність соціальних факторів, характерних для даного етапу розвитку суспільства і його взаємодії з природою).

Розглядаючи означену єдність природи та культури (у їх взаємодії) у розвитку ноосфери доцільно розрізняти дві стадії:

1.   Ноосфера у стадії її становлення, в процесі стихійного розвитку, починаючи з моменту виникнення «людини розумної»;

2.   Ноосфера, що свідомо удосконалюється спільними зусиллями людей в інтересах як людства в цілому, так і кожної окремої людини.

Кругообіг речовин у біосфері

Здійснення функцій живої речовини пов'язані з міграцією атомів у процесі колообігу речовин у біосфері. Та частина міграції хімічних елементів, яка відбувається за участю живих організмів, називається біогенною, а поза ними  –  абіогенною.

 

ЦИКЛ КАРБОНУ

Атом Карбону входить до атмосферного карбон(IV) діоксиду (неорганічна форма). Рослина поглинає його своїм листям і там включає в процес фотосинтезу, після чого цей елемент увійде до молекули глюкози (органічна форма), яка є однією зі складових тіла рослини. Травоїдна тварина споживає цю рослину й у такий спосіб переміщує атом Карбону. Далі тварину з'їдає хижак, переносячи атом Карбону до свого тіла. Там цей елемент входить до складу тканин тварини доти, доки вона не загине. Потім організми-руйнівники перетворюють частину трупа на карбон діоксид і виділяють його в атмосферу.

 

 

ЦИКЛ ОКСИГЕНУ

Природний цикл цього елемента протилежний циклові Карбону. У результаті фотосинтезу в середовище вивільняється кисень. Дихаючи, тварини сполучають Оксиген і Карбон і виділяють вироблений ними карбон діоксид.

 

ЦИКЛ ВОДИ

Вода має велике значення для живих істот. У водному середовищі зародилось життя на Землі. Усі хімічні реакції, які відбуваються в організмі, вимагають присутності води. Вона створює незамінне середовище для здійснення обміну речовин (метаболізму), від виробництва глюкози в рослинах до перетравлювання їжі або регулювання температури тіла. Водойоми  –  середовище існування багатьох видів тварин, рослин та мікроорганізмів. Вода також здійснює безперервний цикл у природі, який відбувається дуже активно як поза організмами, так і в їхньому тілі.

 

 

ЦИКЛ ФОСФОРУ

Фосфор  –  це елемент, який у природному середовищі накопичується в мінеральній формі. Він вивільняється, коли слабко окиснена вода започатковує низку хімічних реакцій із гірськими породами й утворює певні сполуки. Останні можуть увійти до складу ґрунту (і будуть використані рослинами) або досягти моря, де стануть частиною тіла водоростей, передусім фітопланктону. Опинившись у складі матерії живих організмів, Фосфор переходить з одного рівня на інший завдяки ланцюгам живлення і не вивільняється в середовище доти, доки трупи цих істот не розкладуться.

У живих організмах Фосфор перебуває у фундаментальних сполуках, входячи до складу ДНК, РНК, АДФ клітин.

Морські птахи виділяють з екскрементами дуже багато Фосфору, тому пташиний послід становить важливе джерело добування цього елемента. Накопичуючись, екскременти та трупи птахів утворюють гуано, котре застосовують як добриво.

Фосфат присутній у воді у формі молекули ортофосфату (PO^-₄³).

 

ЦИКЛ НІТРОГЕНУ

До складу земної атмосфери входить велика кількість Нітрогену у вигляді газу азоту, що має формулу N2 (78 %). Але Нітрогеном, який перебуває в цій формі, не можуть скористатися ані рослини, ані тварини; він придатний лише для деяких бактерій і морських водоростей, що перетворюють його на амоніак (NH3). Останнім рослини теж не можуть послуговуватися, і тоді бактерії іншої групи перетворюють його на нітрати (NO₃)  –  єдину форму Нітрогену, яку можуть уживати рослини для свого розвитку. Вони інкорпорують його у свої тканини, й у цьому вигляді Нітроген може перейти до тіла травоїдних тварин, які живляться рослинами, а потім  –  до хижаків і так далі.

 

 

ДІЯЛЬНІСТЬ ЛЮДИНИ ТА СТАН БІОСФЕРИ

Основна причина забруднення атмосферного повітря - спалювання великої кількості природного-палива. У великих містах найбільшим джерелом забруднення є автотранспорт. До атмосфери при згоранні палива надходить дедалі більша кількість вуглекислого газу, і це посилює парниковий ефект, внаслідок якого підвищується температура повітря в приземному шарі. Великі побоювання викликає руйнація озонового шару атмосфери різними хімічними сполуками.

Використання води. Вода - найважливіший для людства ресурс. Багато регіонів Євразії і Північної Америки почали відчувати гостру нестачу прісної води (водяна криза). Це пов'язано з широким використанням води в промисловості, сільському і комунальному господарстві. Постійне зниження якості поверхневих вод обмежує можливості їх застосування в питному водопостачанні, потребує досконаліших систем очистки тощо. Забруднюються людиною і води Світового океану, особливо внутрішні моря. Це призводить до зменшення рибних ресурсів, рекреаційної цінності курортних зон та ін.

Відбувається інтенсивне забруднення ґрунтів. Щоб компенсувати зниження природної родючості грунтів, у них вносять мінеральні добрива, що змінюють їх хімічний склад. Для боротьби з бур'янами і шкідливими комахами використовують ядохімікати, які накопичуються в грунті. Забруднюють грунт важкі метали та інші інгредієнти, що осідають із забрудненої атмосфери. В результаті діяльності людини різко скоротилася площа лісів, перетворюються на пустелі савани.

Стрімке зростання населення в країнах, що розвиваються,- демографічний вибух (хоча в більшості регіонів він пішов на спад). Незначне зниження темпів приросту народонаселення в окремим країнах, що розвиваються, стало помітним з другої половини 80-х рр. Уряди 125 країн заявили про схвалення програм планування сім'ї, хоча 14 країн (Болівія, Ірак, Камбоджа, Кенія, Лаос і ін.) не погодилися на такі кроки. У ряді країн державні заходи спрямовані не на обмеження, а на збільшення народжуваності й природного приросту В європейських країнах (ФРН, Нідерланди, Швеція та Ін.) впроваджують грошові субсидії, визначають заходи соціального захисту й стимулювання сімей і жінок, що мають дітей.

Неконтрольована урбанізація - характерна риса країн, що розвиваються та обрали індустріальний шлях розвитку. Міста з населенням у 10-20 і більш млн чол. стають реальністю. Шляхи вирішення проблеми відомі - розосередити промислове виробництво, прискорити темпи індустріалізації і т. п. Проте світова практика не має досвіду боротьби з псевдоурбанізацією таких величезних масштабів, як в Індії або Латинській Америці.

Головною умовою розв'язання екологічних проблем є раціональне природокористування. Основними засновами людської діяльності мають бути: максимальне збереження ресурсів; розширення заповідних територій; впровадження нових технологій, що забезпечують ресурсозбереження, нових джерел одержання екологічно чистої енергії; розумна економія і самообмеження в усіх сферах життя і діяльності; зворотне водопостачання і багаторазове використання матеріалів у виробництві (рециклічність), перехід до безвідхідного виробництва; контроль за рівнем забруднення довкілля.