Vědecké pozadí Kulovitý tvar planety (XYI-XYII, Leonardo da Vinci, G. Bruno, Galileo Galilei) Geologický význam živých organismů na povrchu zeměkoule (XYII-XYIII, D. Woodward, J. Buffon, Jean Baptiste Lamarck) 1803 Lamarck : používal termín biosféra k označení celku živých organismů (sféra stanoviště živých organismů) Od 18. století se rozlišovala nejen atmosféra, hydrosféra a litosféra, ale bylo zaznamenáno i jejich vzájemné pronikání

Vědecké pozadí 19. století: Humboldt – o interakci přírodní jev Dokučajev (Vernadského učitel) v „Nauce o přírodních zónách“ o „...přirozeném spojení mezi mrtvou a živou přírodou, mezi rostlinnou, živočišnou a minerální říší, na jedné straně, člověkem, jeho životem a dokonce i duchovním světem , na druhou." E. Suess - 1875. Biosféra znamená nejen organický svět, ale i jeho prostředí.

Hlavní ustanovení (empirická zobecnění) Vernadského doktríny o biosféře z roku 1926 „Biosféra“: „Živá hmota je také koncentricky distribuována v zemské kůře. Oblast, kterou zabírá, tvoří skořápku, kterou nazýváme biosféra. Tato biosféra pokrývá část litosféry a atmosféry a celou hydrosféru."

Empirická zobecnění Vernadskij upozorňuje na ústřední roli živé hmoty: 1. Mezi moderní živou hmotou a živou hmotou minulosti existuje genetická souvislost, kontinuita vlivu této látky na životní prostředí, kontinuita procesů biogeochemické zvětrávání. Principem aktuality je kontinuita existence biosféry „Šíření života - pohyb, vyjádřený všudypřítomností života, je projevem jeho vnitřní energie, chemické práce, kterou produkuje. Budu tomu říkat geochemická energie života.“

Empirická zobecnění 2. Rediho princip (1712) – vše živé je z živých věcí. Neexistují žádné geochemické důkazy pro spontánní vznik života v geologickém časovém měřítku. Azoické (tj. bez života) geologické epochy nebyly nikdy pozorovány v celém geologickém čase. 3. Danův princip (1863) – směr evolučního procesu (cefalizace). Vzhled lidí v biosféře je přirozený. Člověk se stal geologickou silou na planetě. 4. Zářivá energie slunce prostřednictvím živých organismů reguluje chemický projev zemské kůry.

Empirická zobecnění 6. Živá hmota je planetární fenomén a nelze ji oddělit od biosféry, jejíž je geologickou funkcí. 7. Kosmické záření pocházející od každého nebeská těla, pokrýt biosféru, proniknout do všeho v ní. Biosféra je oblast transformací kosmické energie. Látka biosféry se díky této energii stává aktivní. Tvář Země se mění, není jen odrazem naší planety, ale zároveň je i výtvorem vnějších sil kosmu.

Místo biosféry v planetárním systému „Země“ (atmosféra) Horní hranice biosféry je horní hranicí pole existence života – ozonová vrstva na hranici troposféry a stratosféry. Horní hranici určuje radiace (ve výšce 9000 m, desítkykrát více než u hladiny moře, ve výšce 15 km 100krát). Koncentrace života klesá se vzdáleností od zemského povrchu. V 1 krychli m vzduchu obsahuje: V blízkosti povrchu půdy - 10 -100 tis. mikroorganismů 11 -21 km - 0,14 organismů (houby, bakterie) 48 -85 km - nalezeny mikroorganismy

Hranice biosféry Horní hranice oblasti stability života jsou nad ozónovou clonou (85 km a více, vesmír). Živé organismy jsou přítomny buď v klidovém stavu, bez aktivního metabolismu, nebo chráněné nějakou látkou (např. látka železného meteoritu o tloušťce 800 angstromů je spolehlivým útočištěm pro mikroba).

Místo biosféry v planetárním systému „Země“ (hydrosféra) Celá hydrosféra je osídlena živými organismy: od povrchových vod oceánu až po hlubokomořské prohlubně

Místo biosféry v planetárním systému „Země“ (litosféra) Litosféra je pevná vrstva zemské kůry (zvětrávací kůra) podložená plastickou a méně viskózní astenosférou. Litosféra je složena z hornin: Sedimentární 12 -15 km (až 20 km) Metamorfní (žuly) Vyvřelé (čediče) Litosféra je složena z desek (oceánské a kontinentální). Příčinou deskové tektoniky (horizontálních pohybů) je tepelná konvekce v zemském plášti)

Hranice v litosféře Na kontinentálních deskách jsou spodní hranice pole existence života 2-3 km (až 6 km) Například mikroorganismy ve vodách omývají vrstvy ropy (až 10-40 tis. ml). V oceánských deskách - 0,5 -1 km. Spodní hranice pole stability života v litosféře jsou určeny přítomností kapalné vody (objeveno 10,5 km), maximálně však 25 km, kde je život v podstatě nemožný, protože i přes vysoký tlak při teplotě 460 st. kapalná voda přechází do stavu páry.

Průměrná tloušťka biosféry km (Shipunov, 1980) Šířkové zóny Oblast polárního kontinentálního oceánu 12 13 Střední zeměpisná šířka 14 15 Tropický 22 21

Organizace biosféry „Strukturu biosféry lze vhodně nazvat organizací založenou na povaze geologických procesů v ní probíhajících.“ Je zdůrazněna funkční podstata tohoto konceptu. Organizace biosféry jako celek dynamické formace existuje pouze v rámci energetických toků a oběhu hmoty. Rozlišují se úrovně organizace biosféry: fyzikální, termodynamická, chemická, biologická, paragenetická

Fyzická úroveň organizace biosféry Biosféru lze považovat za velmi složitý disperzní systém, složený z pevné, kapalné a plynné fáze. Ve všech částech biosféry (troposféra, hydrosféra, litosféra) se vždy vyskytují látky ve třech stavech agregace (pevné, kapalné a plynné). V biosféře dochází za aktivní účasti živých organismů k přechodu z jednoho stavu agregace do druhého.

Termodynamická úroveň organizace biosféry Plynná fáze spojuje termodynamické části biosféry Jejich termodynamické vlastnosti jsou na sobě závislé (erupce sopečných plynů, vypařování vody atd.) Úloha živé hmoty při regulaci plynné složky biosféry biosféra (například vazba oxidu uhličitého během fotosyntézy)

Chemická úroveň organizace biosféry Chemická struktura biosférických vod: suchozemské (povrchové), nadzemní, podzemní Chemická struktura biosférických plynů (nadzemní, zemské, podzemní plyny) v kontinentální a oceánské oblasti Chemická struktura pevné látky biosféry (vzdušná, pozemská, vlastní litosféra) Chemická struktura živé hmoty Biogeochemie studuje chemickou organizaci biosféry

Biologická úroveň organizace biosféry Vrstva 1 - nadzemní živá hmota fotobiosféry Producenti (fotosyntetické mikroorganismy) Prostředí (troposféra) Konzumenti Rozkladači (houby a bakterie)

Biologická úroveň organizace biosféry Vrstva 2 - živá hmota suchozemské a vodní fotobiosféry Producenti (fotosyntetické rostliny a bakterie) Prostředí (troposféra, hydrosféra, litosféra) Spotřebitelé Rozkladači (houby a bakterie)

Biologická úroveň organizace biosféry Vrstva 3 - živá hmota podzemní a vodní afotobiosféry Producenti (chemosyntetické mikroorganismy) Prostředí (hydrosféra, litosféra) Reduktory (houby a bakterie) Spotřebitelé

Paragenetická úroveň organizace biosféry „K termodynamickým, fázovým a chemickým obalům musíme přidat... paragenetický obal, který určuje paragenezi prvků, tedy zákony jejich společného výskytu. Biosféra je jednou z těchto paragenetických schránek, které jsou nám nejdostupnější a nejznámější.“

Živá hmota, která je zvláštním projevem termodynamických, fyzikálních a chemických podmínek planety, se je neustále snaží organizovat tak, aby měla maximální stabilitu své struktury, tj. převáděla je do složitější úrovně organizace. V důsledku toho se objevuje paragenetická skořápka planety - biosféra. V biosféře se projevuje parageneze struktur různých úrovní organizace. To vede ke vzniku takových složité struktury jako bioinertní tělesa.

Kategorie hmoty biosféry 1. Živá hmota je souhrn živých organismů, které neustále umírají a rodí se (biogenní migrace atomů komunikuje s ostatními kategoriemi hmoty). 2. Biogenní hmota (minulá živá hmota: uhlí, bitumen, ropa, vápenec atd.). 3. Inertní hmota je abiotická, živá hmota se na jejím vzniku nepodílí. 4. Bioinertní látka – vzniká živými organismy a inertními procesy (půdy, přírodní vody, biosféra)

Biogeochemické funkce živé hmoty Plyn (kyslík-oxid uhličitý, ozón atd.) Koncentrace Redox Biochemické Biogeochemické funkce člověka

Organizace života na planetárně-kosmické úrovni 1. V měřítku biosféry a krátkého času - soubor živých organismů. 2. V měřítku geologického času se celá biosféra stává vlastně organizovanou součástí života. 3. V měřítku kosmického času můžeme předpokládat, že celý kosmos (?) se může stát potenciálně organizovanou součástí života, jeho potenciálním tělem!

Organizace života na planetárně-kosmické úrovni James Lovelock (1972) idea živé planety „Gaia“. Planeta obývaná živými organismy sama jako celek získává některé vlastnosti biologického organismu. Humberto Maturana a Francisco Varela (1974 -1979) Teorie autopoiézy, teorie samovýrobců autonomní systémy. Byl vytvořen metasystémový teoretický model života.

Autopoietický systém interaguje s prostředím jako jeden kolektiv, jako celistvost. V procesu strukturálního spojení s prostředím dochází v těle k adaptivním strukturálním změnám. K poruchám dochází i v prostředí vlivem organismu. Prostředí není inertní. V procesu interakce působí organismus a prostředí (které může zahrnovat i jiné organismy) jako spolu se vyvíjející partneři. Biosféra je autopoietický systém

Noosféra Termín zavedl E. Leroy (francouzský matematik a filozof) v roce 1927: Další vývoj života na planetě bude uskutečněn pouze duchovními prostředky: společností, jazykem, kulturou atd. A to bude noosféra, která bude následovat biosféru. Pierre Teilhard de Chardin (francouzský antropolog) v roce 1930 napsal knihu „Noosféra: lidský fenomén“. Noosféra znamená samostatný obal Země, který se vytvořil během vývoje hmoty (tangenciální energie) a radiální (jemné) energie na planetě.

Noosféra V.I.Vernadsky (1935) Noosféra je přírodní těleso, jehož součástí jsou litosféra, hydrosféra, atmosféra a organický svět, přetvořený inteligentní lidskou činností. „Exploze vědeckého myšlení ve dvacátém století byla připravena celou minulostí biosféry. Biosféra nevyhnutelně přejde, tak či onak, dříve nebo později, do noosféry.

Doktrína biosféry

Podle názorů zakladatele moderní doktríny biosféry akademika V.I. Vernadského od okamžiku vzniku života na Zemi probíhal proces dlouhodobého utváření jednoty živé a inertní hmoty, tj. biosféry (z řec. bios - život, sphaira - koule). Termín „biosféra“ zavedl v roce 1875 rakouský vědec, zahraniční čestný člen Petrohradské akademie věd E. Suess (1831 - 1914). Biosféra je oblast aktivního života na Zemi (její skořápka), jejíž složení, struktura a energie jsou dány především činností živých organismů (živé hmoty). Živá hmota je podle Vernadského nositelem volné energie v biosféře, kde jsou všechny hlavní organismy spojeny se svým biotopem samokontrolovanými biologickými a geochemickými procesy. Vědec jasně nastínil horní a dolní hranici rozložení života. Horní hranici určuje zářivá energie přicházející z vesmíru, která je pro živé organismy destruktivní. To se týká tvrdého ultrafialového záření, které je blokováno ozónovou vrstvou (screenem). Jeho spodní hranice prochází ve výšce asi 15 km, jeho horní hranice v rekordní výšce pro let ptáků. Dolní hranice života je spojena se zvýšením teploty v útrobách země. V hloubce 3...3,5 km dosahuje teplota 100 "C. Spodní hranice života v oceánu se pohybuje od 5 cm do 114 m pod povrchem mořského dna. Obecná struktura biosféry, která zahrnuje tzv. spodní část atmosféry (až po ozonový pás - ve výšce 20...25 km); celá hydrosféra - oceány, moře, povrchové vody pevniny (až do maximální hloubky - 11022 m); zemský povrch; litosféra - horní horizonty pevné skořápky Země, znázorněné na obr. 1.1. Například ozónová „stínítko“ neboli ozónová vrstva je vrstva atmosféry ve stratosféře, která se nachází v různých výškách od zemského povrchu a má nejvyšší hustota ozonu. Výška ozonové vrstvy na pólech je 1...8 km, na rovníku 17...18 km a maximální výška přítomnost ozónu 45... 50 km. Nad ozónovou vrstvou je existence života nemožná (kvůli drsnému ultrafialovému záření Slunce). Nejdůležitějšími charakteristikami stavu biosféry jsou atom biomasy, množství uhlíku a energie vázané v biomase (na povrchu i v půdě), roční přírůstky a množství minerálních látek obsažených v biomase. Živá hmota na souši je 1012...1013 t, lesní biomasa 1011...12 t, minerály a dusík 1010 t. Asi 90 % biomasy biosféry je soustředěno v lesích. Roční přírůstek biomasy v tajze je 4...7 %, v listnatých lesích 10...15 %, přírůstek trávy je 30...50 %.
Rýže. 1.1. Struktura biosféry (podle G.V. Stadnitského, 1997) Na Obr. Obrázek 1.2 ukazuje hranice biosféry a rozložení živých organismů v ní. Organismy jsou spojeny s prostředím biogenním proudem atomů: jejich dýcháním a rozmnožováním. Migrace chemické prvky pomocí živých organismů a vytváří pro ně nezbytné podmínky existence. Živé organismy akumulují sluneční energii, přeměňují ji na chemickou energii a vytvářejí veškerou rozmanitost života. Migrace chemických prvků v biosféře je spojena s životně důležitou činností živých organismů, jejich dýcháním, výživou, rozmnožováním, smrtí a rozkladem. Živé organismy se podílejí na redistribuci chemických prvků, tvorbě hornin a minerálů a plní speciální geochemické funkce: výměna plynů, koncentrace, redox, tvorba a destrukce. Živé organismy v biosféře lze studovat na úrovni populací (skupina jedinců stejného druhu, kteří společně obývají společné území), společenstev (organismy spojené s anorganickým prostředím) a ekosystémů (soubor organismů a anorganických složek v ve kterém může dojít k oběhu látek). Ekosystém je relativně stabilní v čase a termodynamicky otevřený s ohledem na příliv a odliv živé hmoty a energie. Rýže. 1.2. Rozšíření živých organismů v biosféře: 1 - ozonová vrstva; 2 - sněhová hranice; 3 - půda; 4 - zvířata žijící v jeskyních; 5 - bakterie v ropných vodách V některých typech ekosystémů je odstraňování živé hmoty mimo jejich hranice tak velké, že jejich stabilita je udržována především přílivem stejného množství hmoty zvenčí, přičemž vnitřní koloběh je neúčinný. Jsou to tekoucí řeky, potoky a oblasti na strmých horských svazích. Jiné ekosystémy, jako jsou lesy, louky, jezera atd., mají ucelenější koloběh látek a jsou relativně autonomní. Množství živé hmoty určitých organismů nebo celého společenství na jednotku plochy nebo objemu se nazývá biomasa. Biomasa produkovaná populací nebo komunitou (na jednotku plochy) za jednotku času se nazývá biologická produktivita. Úsek zemského povrchu s určitým složením živých a inertních (přízemní vrstva atmosféry, půdy atd.) složek spojených metabolismem a energií se nazývá biogeocenóza, tedy elementární homogenní jednotka biosféry. Hlavní podíl zemské biomasy tvoří zelené rostliny - 99,2% a v oceánu pouze 6,3%, zatímco hmotnost zvířat a mikroorganismů na souši je 0,8% a v oceánu - 93,7%. Hmotnost živé hmoty na povrchu kontinentů je 800krát větší než biomasa oceánu. Biosféra je extrémně rozmanitá z hlediska druhů a morfologie. Nyní na Zemi existuje více než 2 miliony druhů organismů, z nichž zvířata představují více než 1,5 milionu, rostliny - pouze asi 500 tisíc druhů. Je třeba poznamenat, že V.I.Vernadskij ve svých názorech přistupoval k biosféře jako k planetárnímu prostředí, ve kterém je distribuována živá hmota. Na rozdíl od řady vědců, kteří na biosféru pohlíželi pouze jako na soubor živých organismů a produktů jejich životně důležité činnosti, Vernadskij věřil, že živou hmotu (v biochemickém smyslu) nelze oddělit od biosféry, jejíž funkcí je. Kromě toho je biosféra oblastí transformace kosmické energie, protože kosmické záření pocházející z nebeských těles proniká celou tloušťkou biosféry. Proto je podle Vernadského biosféra „planetárním fenoménem kosmické povahy“, ve kterém jako základ biosféry převažuje živá hmota. U živých organismů se rychlost chemických reakcí při metabolismu řádově zvyšuje. Mezi jedinečné vlastnosti živé hmoty patří: - schopnost vše rychle obsadit nebo ovládnout volný prostor. Tato vlastnost dala Vernadskému základ k závěru, že pro určitá geologická období bylo množství živé hmoty přibližně konstantní; - schopnost adaptace na různé podmínky a v návaznosti na to zvládnutí nejen všech životních prostředků (vodní, půdní), ale i podmínek extrémně náročných z hlediska fyzikálních a chemických parametrů; - vysoká rychlost průběh reakcí. Je o několik řádů vyšší než v neživé hmotě. Například housenky některých druhů hmyzu zkonzumují za den množství potravy, které je 100...200násobkem jejich tělesné hmotnosti; - vysoká míra obnovy živé hmoty. Počítá se, že pro biosféru je to v průměru 8 let, zatímco pro pevninu je to 14 let a pro oceán, kde převažují organismy s krátkou délkou života (například plankton), je to 33 dní; stabilita během života a rychlý rozklad po smrti při zachování vysoké fyzické a chemické aktivity. V atmosféře tedy ke změně kyslíku dochází za 2000 let, oxidu uhličitého - za 6,3 let. Proces úplné výměny vody na Zemi (v hydrosféře) trvá 2800 let a doba potřebná k fotosyntetickému rozkladu celé masy vody je 5...6 milionů let. Práce ruských vědců prokázaly, že hlavními složkami živé hmoty jsou kyslík (65... 70 %) a vodík (10 %). Zbývající prvky představují uhlík, dusík, vápník (od 1 do 10 %), síra, fosfor, draslík, křemík (od 0,1 do 1 %), železo, sodík, chlór, hliník a hořčík. Živá hmota je tedy souhrn a biomasa živých organismů v biosféře. V.I. Vernadsky napsal: „Na zemském povrchu není žádná chemická síla, která by působila neustáleji, a proto ve svých konečných důsledcích byla silnější než živé organismy dohromady.“ Doktrína V.I. Vernadského o biosféře způsobila revoluci v geologii, v názorech na příčiny jejího vývoje. Před Vernadským v evoluci horní vrstvy litosféra, především zemská kůra, byla dána prvenství fyzikální a chemické procesy, hlavně zvětrávání. A teprve on ukázal transformační roli živých organismů, mechanismy destrukce hornin, změny ve vodě a atmosférických obalech Země. Podle Vernadského se biosféra dělí na neobiosféru a paleobiosféru, tedy starodávnější biosféru. Jako příklad posledně jmenované definice lze jmenovat akumulace organických látek (ložiska uhlí, ropy, ropných břidlic atd.) nebo zásoby jiných sloučenin vzniklých za účasti živých organismů (vápno, křída, rudné útvary, sloučeniny křemíku ). Nejdůležitějšími rysy biosféry jsou její organizace a stabilní rovnováha. Například můžeme mluvit o termodynamické úrovni organizace biosféry - přítomnosti dvou vzájemně propojených „vrstev“: horní, osvětlené (fotobiosféra) a spodní, půdní (afotobiosféra). Termodynamická úroveň organizace biosféry se projevuje ve specifikách teplotních gradientů v hydrosféře, atmosféře a litosféře. Existují další úrovně organizace a stability biosféry. Moderní filozofické koncepce se scvrkávaly na skutečnost, že proces interakce mezi společností a biosférou by měl být řízen ve společném zájmu. Na rozdíl od biogeneze je tato etapa vývoje biosféry považována za etapu inteligentního vývoje, tzn. noogeneze (z řec. noos - mysl). Podle toho dochází k postupné přeměně biosféry na noosféru. Pojem „noosféra“ byl zaveden v 19. století. francouzského vědce a filozofa E. Leroye (1870 - 1954) a vyvinuté francouzským filozofem Teilhardem de Chardinem (1881 - 1955) a koncept noosféry doložil V. I. Vernadsky. Tento termín znamenal vytvoření zvláštní skořápky Země se všemi jejími atributy: lidská společnost, budovy, jazyk atd. Noosféra byla považována za jakousi „vrstvu myšlení nad biosférou“. V.I. Vernadsky věřil, že noosféra je nový geologický fenomén na Zemi. V něm se člověk poprvé stává mocnou geologickou silou. Ale člověk, jako všechno živé, může myslet a jednat pouze v biosféře, se kterou je spojen a z níž nemůže odejít. V této fázi vývoje života vývoj půjde po cestě noogeneze, což je etapa rozumné regulace vztahu člověka a přírody, tzn. náprava existujících porušení povahy a prevence porušení a odchylek v budoucnu. Biosféra se podle Vernadského nevyhnutelně změní v noosféru, tzn. do sféry, kde lidská mysl bude hrát dominantní roli ve vývoji systému člověk-příroda. Někteří vědci považují tento zákon za společenskou utopii. Je ale zcela zřejmé, že pokud lidstvo nezačne regulovat své vlastní dopady na přírodu a spoléhat se na její zákony, je odsouzeno k záhubě. Akademik Vernadsky považoval za podmínky pro vytvoření noosféry vědecké a kulturní sjednocení celého lidstva, zdokonalení prostředků komunikace a výměny, objevení nových zdrojů energie, vzestup blahobytu, rovnost všech lidí a vyloučení válek ze života společnosti. Mezi klíčová ustanovení nauky o biosféře patří funkce živé hmoty. Mezi ně patří energetická funkce - rostliny v procesu fotosyntézy akumulují sluneční energii ve formě organických sloučenin, jejichž energie následně slouží jako zdroj chemické energie pro biosféru. V rámci ekosystému je tato energie ve formě „potravy“ distribuována mezi zvířata. Například krávy, ovce, kozy a další zvířata jedí trávu a listy stromů jako potravu. Energie je částečně rozptýlena a částečně akumulována v mrtvé organické hmotě. Tato látka přechází do fosilního stavu. Tak vznikla ložiska rašeliny, uhlí, ropy a dalších nerostů. Další funkcí je destruktivní, která spočívá v rozkladu, mineralizaci odumřelé organické hmoty a zapojení vzniklých minerálů do biotického cyklu a následně v rozkladu její (látky) na jednoduché organické sloučeniny (oxid uhličitý, voda, metan , čpavek), které jsou opět použity v počátečním článku cyklu. Například bakterie, řasy, houby, lišejníky silně chemicky působí na horniny roztoky celého komplexu kyselin: uhličité, dusičné, sírové. Rozkladem některých minerálů s jejich pomocí organismy extrahují a zařazují do biotického cyklu nejdůležitější nutriční prvky: vápník, draslík, sodík, fosfor, křemík. Třetí funkcí je koncentrace. Tato funkce spočívá v selektivní akumulaci atomů látek rozptýlených v přírodě v organismech. Například v mořských organismech se ve srovnání s přírodním prostředím ve velkém hromadí stopové prvky a těžké kovy včetně toxických (rtuť, olovo, arsen a další chemické prvky). Jejich koncentrace v rybách může být stokrát vyšší než v mořské vodě. Díky tomu jsou mořské organismy užitečné jako zdroj mikroelementů. Čtvrtou funkcí živé hmoty je prostředí formující, která spočívá v přeměně parametrů biotopu (litosféra, hydrosféra, atmosféra) za podmínek příznivých pro život organismů včetně člověka, tj. tato funkce udržuje rovnováhu hmoty a energie v biosféra. Živá hmota je zároveň schopna obnovit podmínky prostředí narušené v důsledku přírodních katastrof nebo antropogenních vlivů, pokud vzniklé poruchy nepřekračují prahové hodnoty. Navzdory skutečnosti, že celková hmotnost živé hmoty pokrývající Zemi je zanedbatelná, výsledky životně důležité činnosti organismů ovlivňují složení litosféry, hydrosféry a atmosféry. V.I.Vernadskij vysvětluje tento stav ekosystému tím, že hmota organismů plní svou planetární roli rychlou reprodukcí, tedy velmi energetickou cirkulací látek s touto reprodukcí spojenou. Jediným zdrojem energie pro všechny přírodní procesy vyvíjející se v biosféře je sluneční záření. Tok slunečního záření k Zemi je přibližně roven 4190 103 J/(m2-rok). V průměru je na jednotku povrchu přijata 1/5 celkového průtoku. Součet toků sluneční energie přicházející a opouštějících zemský povrch se nazývá „radiační bilance zemského povrchu“. Energie radiační bilance se vynakládá na ohřev atmosféry, vypařování, výměnu tepla s vrstvami hydro- nebo litosféry a řadu dalších procesů. Některé z těchto procesů ovlivňují fotosyntézu, která se přeměňuje na chemickou energii, a tvorbu organické hmoty. Organismy, které syntetizují organické látky z anorganických sloučenin pomocí energie Slunce, se nazývají autotrofy a díky energii uvolněné během chemické reakce, - chemotrofy. Organismy, které se živí hotovými organickými látkami, se nazývají heterotrofy. Autotrofy a chemotrofy, které produkují organickou hmotu z anorganických sloučenin, se nazývají producenti. Organismy, které se živí organickými látkami a přeměňují je do nových forem, se nazývají konzumenti. Organismy, které během svého života přeměňují organické zbytky na anorganické látky, se nazývají rozkladače. Sluneční energie na Zemi způsobuje dva cykly látek: velké neboli geologické, nejzřetelněji se projevující v koloběhu vody a atmosférickém oběhu, a malé, neboli biologické. Oba cykly jsou propojeny a představují jeden proces. Geologický cyklus probíhá stovky tisíc nebo miliony let. Spočívá v tom, že horniny podléhají destrukci, zvětrávání a produkty zvětrávání, včetně těch rozpustných ve vodě, jsou unášeny vodními toky do světových oceánů. Zde tvoří mořské vrstvy a na pevninu se vracejí jen částečně se srážkami. Biologický cyklus je součástí geologického cyklu a spočívá v tom, že půdní živiny - voda, uhlík - se hromadí v živé hmotě rostlin, jsou vynakládány na stavbu těla a provádění životních procesů jak jejich, tak konzumních organismů. Produkty rozkladu organické hmoty vstupují do půdy z mezofauny (např. bakterie, houby, červi, měkkýši atd.) a opět se rozkládají na minerální složky, opět dostupné rostlinám a jimi opět zapojené do proudění živých látek. Malý koloběh látek, vtahující na své četné dráhy inertní média, zajišťuje reprodukci živé hmoty a má aktivní vliv na vzhled biosféry. Jedním z ustanovení nauky o biosféře je ustanovení zákona zachování (šetrnosti) biosféry. Smyslem zákona je, že atomy, které vstoupily do nějaké formy živé hmoty, se buď obtížně vracejí, nebo se nevracejí zpět, to znamená, že můžeme mluvit o atomech, které v živé hmotě zůstávají během geologických období.

Úroveň biosféry- nejvyšší forma organizace života na Zemi. Na této úrovni dochází ke sjednocení všech koloběhů látek a přeměně energie do jediného cyklu. Živé věci jsou organizovány podle typu hierarchických systémů: přechod z jedné úrovně do druhé je spojen se zachováním funkčních mechanismů fungujících na předchozí úrovni a se vznikem nových struktur a funkcí, nových kvalit. Úroveň představuje biosféra - oblast aktivního života. Pokrývá to aerosféra(spodní atmosféra) hydrobiosféra(hydrosféra), terabiosféra(povrch země) a litobiosféra(horní část litosféry). Biosféra je poměrně tenká vrstva: mikrobiální život je rozšířen až do výše 22 km nad povrchem a v oceánech se život nachází v hloubkách až 10–11 km pod hladinou moře. Do zemské kůry proniká život méně, mikroorganismy byly nalezeny při vrtání do hloubek 2 - 3 km. Náhodou spadá živá hmota do vrstev ležících poblíž „nahoře“ a „pod“, jak se jim říká pár- A metabiosféra respektive. Ale „film života“ pokrývá celou Zemi, stopy života byly nalezeny i v pouštích a ledu. Rozdělení života je extrémně nerovnoměrné. Největší množství živé hmoty obsahuje půda (horní vrstvy litosféry), hydrosféra a spodní vrstvy atmosféry.

Vývoj nauky o biosféře má svou historii. Jedním z prvních přírodovědců, kteří se podívali na Zemi jako celek, byl M. V. Lomonosov. Ve svém díle „O vrstvách Země“ napsal, že „černozem není primitivní nebo primordiální záležitost, ale vznikla rozkladem zvířat a rostoucích těl v průběhu času“, že hnědé uhlí, černé uhlí a černozem jsou výsledkem vliv organismů na půdu. Lomonosov podal obecný nástin geologie Země a prokázal její starobylost jako planety. Tehdy ani fosilie – zkamenělé pozůstatky organismů – nevnímal každý jako stopy někdejšího života. V roce 1802 Lamarck v „Hydrogeology“ poukázal na roli živých organismů v geologických procesech. Kniha A. Humboldta „Kosmos“ obsahuje mnoho materiálu o vlivu živých věcí na geologické struktury.

Původ domácího agrochemie spojený s D.I. Mendělejevem. Zkoumal problémy výživy rostlin a zvyšování produktivity

zemědělské plodiny. Účinnost minerálních a organických hnojiv studovali A.N. Engelgardt a D.N. Pryanishnikov. Vznikl na počátku 20. století. geochemie byla založena na principech evoluce. Zalesnění půdy se zabýval V. A. Obručevem, položil základ věda o permafrostu, vystudoval tektoniku a geologii. Objevil V. V. Dokuchaev se svým dílem „Ruská černá půda“. půdní věda Jak vědní disciplína, stojící na pomezí geologie, biologie a chemie. Jeho půda je zvláštní přírodní útvar, který má velký význam pro zemědělství. Poskytl první klasifikaci půd na světě, nastínil doktrínu krajinně-geografických zón, vypracoval plány boje proti suchu a zajistil řadu agronomických a lesnických rekultivačních opatření. Spolupracovali s ním M. M. Sibirtsev a P. A. Kostychev. Sibirtsev se zúčastnil mnoha expedic do jižních stepí Ruska, napsal první učebnici „Věda o půdě“ (1889). Kostychev ukázal souvislost mezi půdními vlastnostmi a vitální činností rostlin a mikroorganismů a roli člověka při změně těchto souvislostí. Stanovil (1886) rozhodující úlohu nižších organismů při tvorbě humusu (humus). Německý vědec G. Gelriger experimentálně prokázal symbiózu luštěnin s nodulovými bakteriemi (1888), která se ukázala jako důležitá v r. agronomie.

Ruský vědec V. R. Williams prokázal roli biologických faktorů (přirozených společenstev vyšších zelených rostlin a mikroorganismů) při utváření půdní úrodnosti. Jako první zdůraznil význam biologického cyklu prvků při tvorbě nejen organické, ale i minerální části půd a rozvinul vědecký základ travnatý systém hospodaření (1914). Dokučajev, který vyučoval mineralogii, určoval životní zájmy V.I. Vernadského již v jeho studentských letech. Vernadskij studoval evoluci minerálů v zemské kůře (1908), vytvořil geochemickou klasifikaci chemických prvků, rozvinul doktrínu migrace atomů v zemské kůře, položil základy genetického směru v mineralogii a byla to obecná problémy mineralogie a geologie, které ho přivedly k pojetí biogeochemie (1917). Vernadského "Biosféra" poskytuje holistický obraz mechanismu formování zemské kůry s přihlédnutím k určujícímu vlivu života.

V.I. Vernadsky vytvořil doktrínu biosféry jako aktivní skořápky Země, ve které je celková aktivita živých organismů - geochemický faktor planetární měřítko a význam. Termín „biosféra“, zavedený (1875) E. Suessem, se týkal všech organismů žijících na povrchu Země. Vernadskij zahrnul do konceptu živých organismů i člověka. Přidělil v biosféře inertní(solární energie, horniny, minerály atd.) a bioinertní(půdy, povrchové vody a organická hmota). Přestože živá hmota tvoří nevýznamnou část biosféry z hlediska hmoty a objemu, hraje hlavní roli v geologických procesech spojených se změnami na naší planetě.

Podle Vernadského je biosféra živou hmotou planety a jí přetvářenou inertní hmotou. Pojem „biosféra“ je základním pojmem biogeochemie, nikoli biologický nebo geologický. Biosféra organizuje procesy na Zemi a v blízkosti Země, v ní probíhají bioenergetické procesy a metabolismus v důsledku životní činnosti. Živý organismus je nedílnou součástí zemské kůry a je schopen ji měnit. Živá hmota je soubor organismů účastnících se geochemických procesů. Organismy jsou převzaty z životní prostředí chemické prvky, stavět z nich těla, vracet je do stejného prostředí jak během života, tak po jejich smrti. Živá hmota tedy váže biosféru dohromady a je systémotvorným faktorem. Změny v živé hmotě probíhají mnohem rychleji než v inertní hmotě, proto v ní používají koncept historického času a v inertní hmotě - geologický čas. V průběhu geologických dob vzrůstá síla živé hmoty a její vliv na inertní hmotu a pouze v živé hmotě v těchto dobách dochází ke kvalitativním změnám. A živá hmota může mít svůj vlastní proces evoluce, bez ohledu na změny v prostředí.

Pokud je „životní cyklus“ jednotlivého organismu konečný a jeho existence není neomezená, pak lze živé věci jako celek považovat za geologicky nesmrtelné. Geologicky je život věčný, takže pokud jedinec nakonec ztratí schopnost pracovat a přestane existovat, pak je samotný proces života charakterizován neustálým zvyšováním schopnosti vykonávat vnější práci. Tuto myšlenku vyjádřil ve třech principech, které nazval biogeochemické:

1 - volná (biogeochemická) energie má tendenci k maximálnímu projevu v biosféře;

2 - během evoluce druhů přežívají ty organismy, které svým životem zvyšují volnou energii;

3 - populace Země by měla být během geologického času co nejširší.

Tyto principy vyjadřují zákon pouze živé přírody a nejsou v rozporu se zákony termodynamiky. Celý tok živé hmoty, od nejjednodušších po nejrozvinutější formy, včetně lidské mysli a sociální práce, je tou formou pohybu hmoty, kde funguje zákon klesající entropie, zatímco roste pro anorganickou hmotu. A tyto dva druhy hmoty jsou spojeny v jediný celek. Vernadsky úspěšně použil zákon rostoucí entropie k vysvětlení kosmického vývoje Země. A zrod biosféry považoval za planetárně-kosmický „speciál“ – kvalitativní skok, před kterým na povrchu naší planety převládaly procesy neživé přírody a po kterém začaly převládat procesy v živé přírodě.

druh. Pod vlivem zářivé energie vzniká a nevratně se rozvíjí organický život.

Vernadsky věřil, že život na Zemi vznikl současně s formováním planety: „Stvoření Země jsou výtvorem kosmického procesu, nezbytnou a přirozenou součástí harmonického kosmického mechanismu. Mezi mnoha zákony, které se odehrávají v biologii, geologii, biochemii a geochemii, Vernadsky identifikoval základní empirické principy.

1. Princip integrity Biosféra je zajištěna vlastní konzistencí všech procesů v biosféře. Život je omezen úzkými limity - fyzikálními konstantami, úrovněmi radiace atd. Gravitační konstanta určuje velikost hvězd, teplotu a tlak v nich. Pokud se zmenší, hvězdy budou mít nižší hmotnosti, jejich teplota bude nedostatečná pro jaderné reakce; pokud o něco více, hvězdy překročí svou „kritickou hmotnost“, opustí obecný oběh a změní se v černé díry. Konstanta elektromagnetické interakce určuje chemické přeměny, odpovídá za elektronový obal atomů a pevnost vazeb v molekulách. Konstanta slabé interakce, zodpovědný za transformaci elementárních částic, když se změní, „podkope“ celý náš svět. Konstanta silné interakce, odpovědné za stabilitu atomových jader, by se také neměly měnit, jinak budou reakce ve hvězdách probíhat jinak a uhlík a dusík se nemusí tvořit. A není jasné, zda život našeho typu bude vůbec možný.

2. Princip harmonie biosféry a její organizace související s předchozím. Zákony přeměny energie na Zemi, zákony pohybu atomů jsou odrazem harmonie Kosmu, rytmičnosti pohybu nebeských těles. Základem existence biosféry je poloha Země ve Vesmíru, sklon zemská osa k ekliptice, která určuje klima a životní cykly všech organismů. Slunce je hlavním zdrojem energie v biosféře a regulátorem biologických procesů. Jak poznamenal Yu. R. Mayer, „život je stvoření slunečního paprsku“.

3. Kosmická role biosféry v transformaci energie- tuto část živé přírody můžeme považovat za další vývoj stejný proces přeměny sluneční světelné energie na efektivní energii Země. Biosféra je jedno a totéž kosmická loď z nejstarších geologických dob. Život zůstal po celou dobu konstantní, změnila se pouze jeho podoba. Živá hmota sama o sobě není náhodný výtvor. Energetické zdroje geologických jevů jsou kosmické, především sluneční; planetární, spojené se strukturou a vesmírná historie Země; vnitřní energie hmoty – radioaktivita. Živá hmota aktivně přeměňuje sluneční energii na chemický molekulární pohyb a složitost biologických struktur.

4. Šíření života- projev její geochemické energie, obdoba zákona setrvačnosti neživé hmoty. Malé organismy se rozmnožují rychleji než velké. Rychlost přenosu života závisí na hustotě živé hmoty.

5. Autotrofní organismy si berou vše, co potřebují k životu, z inertní hmoty kolem sebe a ke stavbě svého těla nevyžadují hotové sloučeniny z jiného organismu. Oblast existence zelených autotrofních organismů je určena především oblastí pronikání slunečního světla.

6. Kosmická energie vyvolává tlak života, kterého se dosahuje rozmnožováním. Reprodukce organismů se snižuje se zvyšujícím se počtem.

7. Formy výskytu chemických prvků: horniny a minerály, magmata, stopové prvky, živá hmota. Zemská kůra je složitý mechanismus, kde se atomy a molekuly neustále pohybují, probíhají různé geochemické cykly, určované z velké části činností živé hmoty. Zákon šetrnosti při využívání jednoduchých chemických těles živou hmotou: jakmile prvek vstoupí, prochází dlouhou řadou stavů a ​​tělo absorbuje pouze potřebné množství prvků.

8. Život na Zemi je zcela určován polem udržitelnost zelené vegetace. Hranice života jsou určeny fyzikálně-chemickými vlastnostmi sloučenin, které tvoří tělo, a jejich nezničitelností za určitých podmínek prostředí. Maximální pole života je určeno krajními hranicemi přežití organismů. Horní hranici života má na svědomí zářivá energie, jejíž přítomnost život vylučuje a před kterou ozonová vrstva chrání. Spodní hranice je spojena s dosažením vysoká teplota. Limitujícím tepelným štítem je interval 432 °C (od -252 do +180 °C).

9. Princip stálosti množství živé hmoty v biosféře. Množství volného kyslíku v atmosféře je řádově stejné jako množství živé hmoty (1,5-10 18 kg a 10 17 -10 18 kg). Rychlost přenosu života nemůže překročit limity, které porušují vlastnosti plynů. Nastává boj o potřebný plyn.

10. Každý systém se dostane do polohy stabilní rovnováhy
tento, když se jeho volná energie rovná nule nebo se blíží
k tomu, t.j. když je hotová veškerá práce možná v podmínkách systému
obtěžoval. Koncept stabilní rovnováhy je nesmírně důležitý.

Antropický princip předložený G. M. Idlisem (1958), je spojen s prvním zde uvedeným Vernadského principem a spočívá v přesném souladu hodnot světových konstant s možnostmi existence života. Úžasná konzistence řady veličin vyvolává dojem, že může existovat skrytý princip, který řídí celý Vesmír. K tomu

Mnoho lidí tuto skutečnost řešilo. Nyní je formulován ve dvou verzích – slabé a silné. Jak řekl slavný americký fyzik J. Dyson: „Pokud se pozorně podíváme na vesmír a uvidíme, kolik nehod nám posloužilo k našemu dobru, skoro se zdá, že vesmír věděl, že se objevíme.“ To je jedna z formulací slabého principu, v anglické literatuře - WAP. Neodpovídá ale na mnoho otázek, například proč je vesmír takový, že umožnil vznik života. Nebo snad není potřeba vytvářet teorie, které existenci pozorovatele nepřipouštějí? Silný princip – vznik života je ve Vesmíru přirozený, ale možná je cílem evoluce Vesmíru zjevení pozorovatele?

Vernadskij klasifikoval geologickou roli živých věcí do pěti kategorií: energie, koncentrace, destruktivní, životní prostředí, doprava. Živé organismy vytvářejí migraci chemických prvků v biosféře jejich dýcháním, výživou, metabolismem a neustálou generační výměnou. Biogeochemická energie živých tvorů je zdrojem energie pro přeměnu geosfér.

V A. Vernadsky, zvažující biosféru jako geologickou skořápku, jasně pochopil, že struktura této skořápky neodráží plnou složitost procesů, které v ní probíhají. Proto zavedl koncept organizace biosféry. V roce 1931 Vernadsky ve své práci „O podmínkách pro vznik života na Zemi“ definoval organizaci biosféry jako stabilitu dynamického systému, jeho rovnováhu.

Organizaci biosféry v geologickém čase potvrzuje fakt, že celou biosféru pokrývá troposféra, hydrosféra, litosféra a živá hmota. Tyto části se vzájemně prolínají a interagují a tvoří jeden celek (obr. 2).

BIOSFÉRA

Rýže. 2. Vzájemný vztah obalů zemské biosféry

Pojem „organizace“ tedy implikuje, že okolní příroda není chaosem nesourodých prvků, ale představuje jediný a koherentní celek.

Organizace přírody není jen vnější empirický fakt, ale také její základní vlastnost. Nejzřetelněji se objevuje ve fenoménu živých věcí, kde každé zrnko lze považovat za jakýsi mikrokosmos.

Organizace biosféry tedy implikuje jednotu, rovnocennost a spojení jejích částí. Organizace biosféry se projevuje na různých úrovních. Existují termodynamické, fyzikální, chemické, biologické, paragenetické, energetické, planetární úrovně organizace biosféry.

1.5. Stabilita a autoregulace v procesu rozvoje biosféry

Biosféra Země- otevřený, komplexní, vícesložkový, samoregulační, prostorově propojený systém živé hmoty a minerálních sloučenin, který tvoří vnější obal planety.

Biosféra není jen oblastí, ve které vznikl a rozvinul život na planetě Zemi v celé své rozmanitosti forem. Živá hmota za dobu své existence hluboce změnila původní povahu planety a biologizovala ji. Život sám přizpůsobil a optimalizoval prostředí. Ve stratosféře se objevil ozónový štít, který chrání živé bytosti před ničivými účinky ultrafialového záření a dalšího kosmického záření.

Zvětrávání, tvorba půdy, koluviální a aluviální sedimenty pokrývaly monolitické, neplodné, bezvodé horniny s organicko-minerálními pokryvy jemnozemí. Tyto procesy vytvořily volné horizonty s příznivými fyzikálními a chemickými vlastnostmi pro existenci rostlin, zejména jejich kořenových systémů, a ekologické niky pro živočichy. Fotosyntéza rostlin byla mechanismem akumulace aktivní biochemické energie v masách organické hmoty ve formě humusu a fosilních paliv, zaručující uspokojení nároků organismů v případě stresových podmínek a nepříznivých období.

Živá hmota, která vytvořila půdní pokryv, překonala omezené zdroje dusík-uhlík, voda, vzduch a minerální výživa. Neosyntéza vysoce dispergovaných minerálů poskytla fyzikálně-chemickou absorpční kapacitu v půdách, čímž fixovaly sloučeniny N, P, Ca, K. Ještě intenzivnější akumulace makroprvků (C, N, P, Ca, S, K) a mikroprvků (I, Zn, Cu, Co, Se atd.) je pozorován při biogenní akumulaci ve formě humus-organických sloučenin.

Vznikl mechanismus spolupráce - symbióza - mezi rostlinami, živočichy, hmyzem, nižšími bezobratlými a mikroorganismy s tvorbou potravních řetězců a ukázal svou výjimečnou roli. Tento mechanismus v biosféře umožňuje vystačit si s malými zásobami energie a chemické sloučeniny. Ale tato stabilita a seberegulace má své meze. Pokud změny v prostředí přesahují periodické výkyvy, na které jsou organismy adaptovány, pak je narušena soudržnost ekosystémů a biosféry jako celku.

Život, živá hmota, biosféra se díky těmto procesům, stejně jako v souvislosti s kontinuitou toku kosmické energie, rozvinuly na Zemi podle principu sebekontrolované rozšířené reprodukce. V devonu tedy bylo asi 12 tisíc druhů rostlin, v období karbonu - 27 tisíc, v permotriasu - 43 tisíc, v juře - 60 tisíc. Moderní flóra má asi 300 tisíc druhů (Kovda, 1983) . Tento řízený postupný vývoj biosféry nebyl kontinuální. Katastrofy (epochy vulkanismu, zalednění, desertifikace) narušily a oddálily obecný proces rozšířeného rozmnožování, ale nemohly zastavit obecný proces stále složitějšího vývoje života a biosféry.

1.6. Pojetí biogeocenózy jako elementární struktury

biosférické jednotky

Biogeocenóza je na sobě závislý komplex živých a inertních složek vzájemně propojených výměnou hmoty a energie (řecky: bios - život, gi - geo - země, koinos - obecný). Koncept vychází z definice akademika V.N. Sukačev, podle kterého biogeocenóza- „soubor stejnorodých přírodních jevů (atmosféra, hornina, vegetace, život zvířat a svět mikroorganismů, půdní a hydrologické poměry) na určitém rozsahu zemského povrchu, který má své zvláštní specifikum vzájemného působení těchto složek, které tvoří jej a určitý typ výměny hmoty a energie mezi nimi a jinými přírodními jevy a představující vnitřní rozpor, dialektickou jednotu, v neustálém pohybu a vývoji.“

V současné době jsou pojmy „biogeocenóza“ a „ekosystém“ často považovány za synonyma. Ale koncept „biogeocenózy“ navržený V.N. Sukačev a související s pozemskými živými systémy, má určité územní hranice. Pojem „ekosystém“ je bezrozměrný a může zahrnovat prostor libovolného rozsahu – od kapky vody s mikroorganismy v ní žijících až po celou biosféru jako celek. Pojem „biogeocenóza“ ve vztahu k pojmu „ekosystém“ je tedy konkrétnější. Na sympoziu UNESCO o fungování suchozemských ekosystémů na úrovni primární produkce, které se konalo v Kodani v roce 1965, se však shodlo, že oba pojmy mají stejný význam.

Biogeocenózy jsou tedy části zemského nebo vodního povrchu, homogenní z hlediska topografických, mikroklimatických, botanických, zoologických, půdních, hydrologických a geochemických podmínek. V tomto systému se oběh látek a tok energie vyznačují určitou intenzitou a směrem. Východiskem koloběhu látek je fotosyntéza a tvorba fytobiomasy rostlinami. Skutečná velikost biogeocenóz na planetě se velmi liší: od několika metrů (mikrodeprese ve stepích a polopouštích, písečné duny atd.) až po kilometry (biogeocenózy solonchak, solonetz, takyr, homogenní oblasti stepí, lesů atd. ). Vertikální rozměry biogeocenóz se také značně liší: od několika centimetrů na skalách až po několik desítek metrů v tajze nebo tropických lesích.

Biogeocenóza je relativně stabilní v čase a je termodynamicky otevřená s ohledem na přítok a odtok hmoty a energie. Má přísun energie a různých látek: sluneční energie, minerální prvky hornin, atmosférické srážky, podzemní vody. Stejně jako uvolňování energie a živin do atmosféry (teplo, kyslík, oxid uhličitý atd.), litosféry (sloučeniny humusu, minerály, sedimentární horniny) a hydrosféry (živiny rozpuštěné v podzemních, jezerních a říčních vodách) .

Samoregulační charakter biosféry a biogeocenóz je výsledkem autokatalytických vlastností živé hmoty, její schopnosti absorbovat a vyměňovat látky, růst a rozmnožovat se. Tok energie a hmoty v biogeocenóze jde od rostlin k býložravcům, od posledně jmenovaných k predátorům, pak k nižším organismům a bakteriím v půdě. Právě býložravci začínají potravní řetězec organismů, které konzumují a ničí organickou hmotu vzniklou během procesu fotosyntézy. Primárním zdrojem potravy a energie pro potravní řetězec organismů je tedy fytomasa vytvářená rostlinami. Zoomass je sekundární produkt. Proto se rozlišuje primární a sekundární produktivita biogeocenóz a krajiny.

V potravním řetězci organismů v biogeocenóze probíhá nepřetržitý tok energie. Na každém novém článku tohoto řetězce se ztrácí 50–90 % energie a biomasy nashromážděné v předchozí fázi. Existuje tzv ekologická pyramida energetické zásoby. Čím více článků v potravním řetězci, tím vyšší je ekologická pyramida a tím více energie se ztratí v konečném článku (obr. 3).

	OREL
	HADI
	ŽÁBY
	Kobylky
BYLINKY

Rýže. 3. Pyramida potravního řetězce

Hlavním bodem energie ekosystému je nevratnost bioenergetických procesů. Proto při aplikaci na ekosystémy (a zejména na půdy) nelze použít výraz „energetický cyklus“, stejně jako v biogeochemii a pedologii o koloběhu látek. Jediný správný termín je „tok energie“, protože energie primárních biologických produktů se spotřebovává až v budoucnosti. Pro doplnění a obnovu biomasy v ekosystému je to nezbytné neustálý příliv energie zvenčí, přičemž nemusí docházet k přílivu atomů hmoty. Stejné atomy mohou opakovaně cirkulovat v biogeocenóze.