Tutti gli esseri viventi del pianeta Terra entrano in stretto contatto tra loro e con l'ambiente, formando così ecosistemi. Queste comunità di organismi interagenti non sono isolate l'una dall' altra. Sono interconnessi da varie relazioni, in primo luogo il cibo. La totalità degli ecosistemi forma un unico ecosistema planetario, chiamato biosfera. Questo articolo considererà la struttura della biosfera, la sua composizione e le principali funzioni.
Scienza
Questo concetto fu introdotto per la prima volta nella scienza da J. B. Lamarck nel 1803 e indicava la totalità di tutti gli organismi viventi sul pianeta Terra. Alla fine del diciannovesimo secolo, il termine "biosfera" fu usato da J. Zuse, che includeva la materia inanimata delle rocce sedimentarie nella struttura della biosfera. La dottrina della biosfera apparve nel 1926, quando V. I. Vernadsky riassunse un'enorme quantità di informazioni scientifiche, in un modo o nell' altroillustrando il rapporto tra materia vivente e non vivente. Lo scienziato è stato in grado di dimostrare che il nostro pianeta non è solo abitato da organismi viventi, ma viene anche attivamente trasformato da loro. Inoltre, secondo Vernadsky, l'intervento umano nei processi naturali è così significativo che è possibile parlare di noosfera, una nuova fase nello sviluppo della biosfera. Oggi, la scienza della biosfera combina dati provenienti da diversi campi della conoscenza. Tra questi ci sono biologia, chimica, geologia, climatologia, oceanologia, scienze del suolo e altri.
La struttura della biosfera è tale che gli organismi viventi possono mantenere autonomamente la necessaria composizione del suolo, dell'atmosfera e dell'idrosfera. Svolgono un ruolo ambientale fondamentale. Sulla base di ciò, gli scienziati hanno ipotizzato che il suolo e l'aria siano stati creati dagli stessi organismi viventi nel corso di centinaia di milioni di anni di evoluzione. Dopo aver studiato le somiglianze nella struttura delle rocce geologiche che si trovano più in profondità del Cambriano, con le rocce successive, Vernadsky suggerì che la vita sul pianeta esisteva sotto forma degli organismi più semplici quasi dall'inizio. Successivamente, i geologi hanno dimostrato l'errore di questa ipotesi.
Poiché il sole è la base energetica per l'esistenza di tutta la vita sulla Terra, la biosfera può essere considerata come un guscio, la cui struttura e composizione si formano a causa dell'attività congiunta degli organismi viventi e sono determinate da l'afflusso di energia solare. Ora conosciamo la struttura della biosfera terrestre.
Vivere e non viventi
Considerando innanzitutto la composizione e la struttura della biosferavale la pena notare che è costituito da materia vivente e non vivente (materia inerte). La maggior parte degli organismi viventi è concentrata in tre gusci geologici della Terra: l'atmosfera (strato d'aria), l'idrosfera (oceani, mari e così via) e la litosfera (strato superiore di roccia). Tuttavia, questi gusci sono distribuiti in modo non uniforme nell'ecosistema più grande. Pertanto, l'idrosfera è pienamente rappresentata nella struttura della biosfera, mentre la litosfera e l'atmosfera sono parzialmente rappresentate (rispettivamente gli strati superiori e inferiori).
Il componente non vivente della biosfera è costituito da:
- Sostanza biologica, che è un prodotto dell'attività vitale degli organismi viventi. Include: carbone, petrolio, torba, calcare naturale, gas, ecc.
- Sostanza bioinerte, che è un risultato congiunto dell'attività vitale degli organismi e dei processi non biologici. Ciò include: suolo, limo, serbatoi d'acqua e così via.
- Sostanza inerte, che è inclusa nel ciclo biologico, ma non è un prodotto dell'attività vitale degli organismi viventi. Questo gruppo include: acqua, sali metallici, azoto atmosferico, ecc.
Confini della biosfera
Concetti come la composizione, la struttura ei confini della biosfera sono strettamente correlati tra loro. Nonostante il fatto che batteri e spore siano stati trovati ad altitudini fino a 85 chilometri, si ritiene che il limite superiore della biosfera sia di 20-25 km. Ad alta quota, la concentrazione di materia vivente è trascurabile a causa della forte influenza della radiazione solare.
Nell'idrosfera, la vita è presente ovunque. E anche nella Fossa delle Marianne, la cui profondità è di 11 km, lo scienziatodalla Francia, J. Picard ha osservato non solo gli invertebrati, ma anche i pesci. Batteri, alghe, foraminiferi e crostacei vivono sotto più di 400 metri di ghiaccio antartico. I batteri si trovano sotto uno strato chilometro di limo e nelle acque sotterranee. Tuttavia, la massima concentrazione di esseri viventi si osserva a una profondità fino a 3 km. Pertanto, i confini e la struttura della biosfera in diverse parti del pianeta possono essere diversi.
Atmosfera, litosfera e idrosfera
L'atmosfera è composta principalmente da ossigeno e azoto. Contiene piccole quantità di argon, anidride carbonica e ozono. La vita delle creature di terra e acqua dipende dallo stato dell'atmosfera. L'ossigeno è necessario per la respirazione degli organismi viventi e la mineralizzazione delle sostanze organiche morenti. Bene, l'anidride carbonica è usata dalle piante per la fotosintesi.
La litosfera ha uno spessore da 50 a 200 km, tuttavia, il numero principale di specie di organismi viventi è concentrato nel suo strato superiore di diverse decine di centimetri di spessore. La diffusione della vita in profondità nella litosfera è limitata a causa di una serie di fattori, i principali dei quali sono: mancanza di luce, alta densità della media e alta temperatura. Pertanto, il limite inferiore della distribuzione della vita nella litosfera è una profondità di 3 km, alla quale sono stati trovati alcuni tipi di batteri. In tutta onestà, va notato che non vivevano nel sottosuolo, ma negli orizzonti sotterranei e petroliferi. Il pregio della litosfera sta nel fatto che dà vita alle piante, nutrendole con tutte le sostanze necessarie.
Idrosferaè una componente essenziale della biosfera. Circa il 90% dell'approvvigionamento idrico cade nell'Oceano Mondiale, che occupa il 70% della superficie del pianeta. Contiene 1,3 miliardi di km3 e fiumi e laghi contengono 0,2 milioni di km3 di acqua. Il fattore più importante nell'attività vitale dell'organismo è il contenuto di ossigeno e anidride carbonica nell'acqua.
Numeri affascinanti
La composizione, la struttura e le funzioni della biosfera sorprendono per la loro scala. Ora conosceremo alcuni fatti interessanti. L'acqua contiene 660 volte più anidride carbonica dell'aria. Sulla terra prevale la diversità del mondo vegetale e nel mare il mondo animale. Il 92% di tutta la biomassa sulla terra è costituita da piante verdi. Nell'oceano, il 94% sono microrganismi e animali.
In media, una volta ogni otto anni, la biomassa terrestre si rinnova. Le piante terrestri hanno bisogno di 14 anni per questo, le piante oceaniche - 33 giorni. Ci vorranno 3000 anni perché tutta l'acqua del globo passi attraverso gli organismi viventi, l'ossigeno - fino a 5000 anni e l'anidride carbonica - 6 anni. Per azoto, carbonio e fosforo, questi cicli sono ancora più lunghi. Il ciclo biologico non è chiuso: circa il 10% della materia vivente passa nei depositi sedimentari e nelle sepolture.
La biosfera rappresenta solo lo 0,05% della massa del nostro pianeta. Occupa circa lo 0,4% del volume della Terra. La massa degli esseri viventi è solo lo 0,01-0,02% della massa della materia inerte, tuttavia svolgono un ruolo molto significativo nei processi geochimici.
200 miliardi di tonnellate di peso secco organico vengono prodotti ogni anno e inLa fotosintesi assorbe 170 miliardi di tonnellate di anidride carbonica. Nel processo dell'attività vitale dei microrganismi, 6 miliardi di tonnellate di azoto e 2 miliardi di tonnellate di fosforo, nonché un'enorme quantità di ferro, magnesio, zolfo, calcio e altri elementi sono coinvolti ogni anno nel ciclo biogenico. Durante questo periodo, l'umanità produce circa 100 miliardi di tonnellate di minerali.
Nel corso della loro vita, gli organismi danno un contributo significativo alla circolazione delle sostanze, stabilizzando e trasformando la biosfera, le cui proprietà e struttura fanno pensare alla presenza di poteri superiori.
Funzione energia
Dopo aver familiarizzato con la struttura e la composizione della biosfera, passiamo alle sue funzioni. Cominciamo con l'energia. Come sapete, le piante assorbono la radiazione solare e saturano la biosfera di energia vitale. Circa il 10% della luce catturata viene utilizzata dai produttori per i loro bisogni (principalmente per la respirazione cellulare). Tutto il resto è distribuito attraverso le catene alimentari in tutti gli ecosistemi della biosfera. Parte dell'energia viene conservata nelle viscere della terra, saturandole con il suo potere (carbone, petrolio, ecc.).
Anche considerando brevemente le funzioni e la struttura della biosfera, individuano sempre la funzione redox come una sottospecie di energia. Essendo produttori, i batteri chemiosintetici possono estrarre energia dalle reazioni di ossidazione e riduzione dei composti inorganici. Nel processo di ossidazione dell'idrogeno solforato, i batteri dello zolfo si nutrono di energia e il ferro (da 2-valente a 3-valente) - batteri di ferro. Nitrificante anche non sedersi senzaaffari. Ossidano i composti di ammonio in nitrati e nitriti. Ecco perché gli agricoltori fertilizzano i loro campi con composti di ammonio, che non vengono assorbiti dalle piante da soli. Quando si concima il terreno direttamente con nitrati, i tessuti di accumulo delle piante sono sovrasaturati d'acqua, il che porta a un deterioramento del loro gusto e ad un aumento del rischio di malattie digestive in chi le mangia.
Funzione di formazione dell'ambiente
Gli organismi viventi formano il suolo e regolano anche la composizione dell'aria e dei gusci d'acqua della terra. Se la fotosintesi non esistesse sul pianeta, la fornitura di ossigeno atmosferico verrebbe esaurita in 2000 anni. Inoltre, letteralmente in un secolo, a causa dell'aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'aria, gli organismi inizierebbero a morire. In un giorno, una foresta può assorbire fino al 25% di anidride carbonica da uno strato d'aria di 50 metri. Un albero di medie dimensioni può fornire ossigeno a quattro persone. Un ettaro di foresta decidua, situato vicino alla città, trattiene annualmente circa 100 tonnellate di polvere. Il lago Baikal, famoso per la sua limpidezza cristallina, lo è grazie a piccoli crostacei che lo “filtrano” tre volte l'anno. E questi sono solo alcuni esempi di come gli organismi viventi regolano la composizione delle sostanze nella biosfera.
Funzione di concentrazione
Gli esseri viventi, e in particolare i microrganismi, sono in grado di concentrare molti elementi chimici che si trovano nella biosfera. Quasi il 90% di azoto nel suolosono il risultato dell'attività delle alghe blu-verdi. I batteri possono concentrare il ferro (ad esempio, ossidando il bicarbonato solubile in acqua in idrossido depositato nel loro ambiente), manganese e persino argento. Questa straordinaria caratteristica ha permesso agli scienziati di credere che è grazie ai microrganismi che ci sono così tanti depositi di metallo sulla terra.
In alcuni paesi, elementi come il germanio e il selenio vengono estratti dalle piante. Le alghe Fucus possono accumulare 10.000 volte più titanio di quello contenuto nell'acqua di mare circostante. Ogni tonnellata di alghe brune contiene diversi chilogrammi di iodio. La quercia australiana accumula alluminio, pino - berillio, betulla - bario e stronzio, larice - niobio e manganese e il torio è concentrato in pioppo tremulo, ciliegio e abete. Inoltre, alcune piante "raccolgono" addirittura metalli preziosi. Quindi, in 1 tonnellata di cenere di assenzio possono esserci fino a 85 grammi d'oro!
Funzione distruttiva
La struttura chimica della biosfera terrestre e del suo ambiente coinvolge non solo processi creativi, ma anche distruttivi. Tuttavia, svolgono anche un ruolo importante nella regolamentazione delle sostanze sul pianeta. Con la vita attiva degli organismi viventi, si verifica la mineralizzazione dei residui organici e l'erosione delle rocce. Batteri, funghi, alghe blu-verdi e licheni possono abbattere le rocce dure rilasciando acido carbonico, nitroso e solforico. I composti corrosivi rilasciano anche le radici degli alberi. Ci sono batteri che possono persino distruggere il vetro e l'oro.
Funzione di trasporto
Considerando la struttura efunzioni della biosfera, non si può perdere di vista il trasferimento di massa della materia. Un albero solleva l'acqua dalla terra nell'atmosfera, una talpa solleva la terra, un pesce nuota controcorrente, uno sciame di locuste migra - tutto questo è una manifestazione della funzione di trasporto della biosfera.
La materia vivente può svolgere un enorme lavoro geologico, formando una nuova immagine della biosfera e partecipando attivamente a tutti i suoi processi.
Separatamente vale la pena notare il processo di formazione delle rocce sedimentarie. La prima fase di questo processo è l'invecchiamento: la distruzione degli strati superiori della litosfera sotto l'azione di aria, sole, acqua e microrganismi. Intromettendosi nella roccia, le radici delle piante possono distruggerla. L'acqua che filtra nelle fessure formate dalle radici si dissolve e porta via la sostanza. Ciò è dovuto ai componenti corrosivi della pianta. I licheni sono particolarmente abbondanti negli acidi organici. Pertanto, gli agenti atmosferici fisici si verificano insieme agli agenti atmosferici chimici.
A causa della morte degli organismi plancton, fino a 100 milioni di tonnellate di calcare si depositano ogni anno sul fondo degli oceani del mondo. Molti di loro sono di origine chimica, trovandosi, ad esempio, nell'area di contatto tra acque sotterranee acide e alcaline. Con la morte di alghe unicellulari e radiolari, si formano limo contenenti silicio che coprono centinaia di migliaia di km2 del fondale marino.
Funzione di formazione del suolo
Le proprietà e la struttura della biosfera sono così complete che tutte le sue funzioni sono strettamente correlate. Pertanto, la formazione del suolo è uno dei rami dello scambio di massae la formazione ambientale, ma è considerata separatamente per la sua importanza. Durante la distruzione e l'ulteriore lavorazione delle rocce da parte dei microrganismi, si forma un guscio di terra sciolto e fruttuoso, chiamato suolo. Le radici delle grandi piante estraggono elementi minerali da orizzonti profondi, arricchendo con essi gli strati superiori del suolo e aumentandone la fecondità. Il terreno riceve composti organici dalle radici morte e dagli steli delle piante, nonché dagli escrementi e dalle carcasse degli animali. Questi composti sono cibo per gli organismi del suolo che mineralizzano la materia organica, producendo anidride carbonica, acidi organici e ammoniaca.
Invertebrati, insetti e le loro larve svolgono il ruolo più importante di formazione della struttura. Rendono il terreno sciolto e adatto alla vita delle piante. Gli animali vertebrati (talpe, toporagni e altri) allentano la terra, contribuendo alla crescita di successo degli arbusti al suo interno. Di notte, l'aria compressa refrigerata penetra nel terreno, necessaria per la respirazione di radici e microrganismi.
Una struttura così straordinaria della biosfera.
