Tudományos háttér A bolygó gömbalakja (XYI-XYII, Leonardo da Vinci, G. Bruno, Galileo Galilei) Az élő szervezetek geológiai jelentősége a földgömb felszínén (XYII-XYIII, D. Woodward, J. Buffon, Jean Baptiste Lamarck) 1803 Lamarck : a bioszféra kifejezést az élő szervezetek összességének jelölésére használta (élő szervezetek élőhelyének szférája) A 18. század óta nemcsak az atmoszférát, a hidroszférát és a litoszférát különítik el, hanem megfigyelték egymásba való áthatolásukat is.

Tudományos háttér 19. század: Humboldt – az interakcióról természetes jelenség Dokucsajev (Vernadszkij tanára) a „Természetes zónák doktrínája” című művében „... a holt és az élő természet természetes kapcsolatáról, a növényi, állati és ásványi birodalmak, egyrészt az ember, élete, sőt a szellemi világ között. , a másikon." E. Suess - 1875. A bioszféra nem csak azt jelenti szerves világ, hanem a környezete is.

Vernadsky 1926-os „Bioszféra” bioszféra-doktrínájának főbb rendelkezései (empirikus általánosításai): „Az élő anyag is koncentrikusan oszlik el a földkéregben. Az általa elfoglalt terület egy héjat alkot, amit bioszférának nevezünk. Ez a bioszféra lefedi a litoszféra és a légkör egy részét, valamint az egész hidroszférát."

Empirikus általánosítások Az élő anyag központi szerepét megjegyezve Vernadsky rámutat: 1. Genetikai kapcsolat van a modern élőanyag és a múlt élőanyaga között, ezen anyag környezetre gyakorolt ​​hatásának folytonossága, az anyagcsere folyamatainak folytonossága. biogeokémiai mállás. Az aktualizmus elve a bioszféra létezésének folytonossága „Az élet terjedése - mozgása, amely az élet mindenütt jelenlétében nyilvánul meg, annak belső energiájának, az általa termelt kémiai munkának a megnyilvánulása. Az élet geokémiai energiájának fogom hívni."

Empirikus általánosítások 2. Redi-elv (1712) – minden élőlényből van. Nincs geokémiai bizonyíték az élet spontán létrejöttére geológiai időskálán. Azoikus (azaz élettől mentes) geológiai korszakokat a geológiai idők folyamán soha nem figyeltek meg. 3. Dan-elv (1863) – az evolúciós folyamat (kefalizáció) iránya. Az ember megjelenése a bioszférában természetes. Az ember geológiai erővé vált a bolygón. 4. A nap sugárzó energiája az élő szervezeteken keresztül szabályozza a földkéreg kémiai megnyilvánulását.

Empirikus általánosítások 6. Az élő anyag bolygójelenség, nem választható el a bioszférától, amelynek geológiai funkciója. 7. Mindenkitől érkező kozmikus sugárzás égitestek, lefedje a bioszférát, behatol mindenbe, ami benne van. A bioszféra a kozmikus energia átalakulásának területe. A bioszféra anyaga ennek az energiának köszönhetően válik aktívvá. A Föld arca változik, nemcsak bolygónk tükörképe, hanem a kozmosz külső erőinek teremtése is.

A bioszféra helye a „Föld” bolygórendszerben (légkör) A bioszféra felső határa az élet létmezőjének felső határa – az ózonréteg a troposzféra és a sztratoszféra határán. A felső határt a sugárzás határozza meg (9000 m magasságban, több tízszer nagyobb, mint tengerszinten, 15 km magasságban 100-szor). Az élet koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével csökken. 1 köbméterben m levegőben található: Talajfelszín közelében - 10 -100 ezer mikroorganizmus 11 -21 km - 0,14 organizmus (gomba, baktérium) 48 -85 km - mikroorganizmusok találhatók

A bioszféra határai Az életstabilitás mezejének felső határai az ózonernyő felett vannak (85 km és afölötti tér). Az élő szervezetek vagy nyugalmi állapotban, aktív anyagcsere nélkül, vagy valamilyen anyaggal védettek (például egy 800 angström vastag vasmeteorit anyaga megbízható menedék egy mikrobának).

A bioszféra helye a „Föld” bolygórendszerben (hidroszféra) Az egész hidroszférát élő szervezetek népesítik be: a felszíni óceánvizektől a mélytengeri mélyedésekig

A bioszféra helye a „Föld” bolygórendszerben (litoszféra) A litoszféra a földkéreg szilárd rétege (időjárási kéreg), amelyet egy plasztikus és kevésbé viszkózus asztenoszféra fed le. A litoszféra kőzetekből áll: Üledékes 12 -15 km (max. 20 km) Metamorf (gránitok) Magmás (bazaltok) A litoszféra lemezekből áll (óceáni és kontinentális). A lemeztektonika (vízszintes mozgások) oka a földköpeny termikus konvekciója.

Határok a litoszférában A kontinentális lemezeken az élet létmezőjének alsó határa 2-3 km (legfeljebb 6 km). ml). Óceáni lemezekben - 0,5-1 km. A litoszférában az élet stabilitási mezőjének alsó határait a folyékony víz jelenléte határozza meg (10,5 km-t fedeztek fel), de legfeljebb 25 km, ahol az élet alapvetően lehetetlen, mert a nagy nyomás ellenére 460 fokos hőmérsékleten , a folyékony víz gőzállapotba kerül.

A bioszféra átlagos vastagsága km (Shipunov, 1980) Szélességi zónák Sarki Kontinentális óceán régió 12 13 Középső szélesség 14 15 Trópusi 22 21

A bioszféra felépítése „A bioszféra szerkezetét a benne végbemenő geológiai folyamatok természete alapján kényelmesen szerveződésnek nevezhetjük. A bioszféra, mint egész dinamikus képződmény szerveződése csak az energiaáramlások és az anyagáramlás keretein belül létezik. A bioszféra szerveződési szintjei megkülönböztethetők: fizikai, termodinamikai, kémiai, biológiai, paragenetikai

A bioszféra fizikai szerveződési szintje A bioszféra egy nagyon összetett, szilárd, folyékony és gáznemű fázisokból álló diszperz rendszernek tekinthető. A bioszféra minden részében (troposzféra, hidroszféra, litoszféra) mindig három halmazállapotú anyagok vannak (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú). A bioszférában az élő szervezetek aktív részvételével átmenet megy végbe az egyik aggregációs állapotból a másikba.

A bioszféra termodinamikai szerveződési szintje A gázfázis köti össze a bioszféra termodinamikai részeit Termodinamikai tulajdonságaik egymástól függenek (vulkáni gázok kitörése, víz elpárolgása stb.) Az élő anyag szerepe a bioszféra gázkomponensének szabályozásában bioszféra (például szén-dioxid megkötése a fotoszintézis során)

A bioszféra kémiai szerveződési szintje A bioszféra vizeinek kémiai szerkezete: szárazföldi (felszíni), földfelszíni, földalatti A bioszféra gázainak (föld feletti, szárazföldi, földalatti gázok) kémiai szerkezete a kontinentális és óceáni régióban Kémiai szerkezet szilárd anyagok bioszférák (légi, földi, litoszférikus tulajdonképpeni) Az élő anyag kémiai szerkezete A biogeokémia a bioszféra kémiai szerveződését vizsgálja

A bioszféra biológiai szerveződési szintje 1. réteg - a fotobioszféra föld feletti élőanyaga Termelők (fotoszintetikus mikroorganizmusok) Környezet (troposzféra) Fogyasztók Lebontók (gombák és baktériumok)

A bioszféra biológiai szerveződési szintje 2. réteg - a szárazföldi és vízi fotobioszféra élőanyaga Termelők (fotoszintetikus növények és baktériumok) Környezet (troposzféra, hidroszféra, litoszféra) Fogyasztók Lebontók (gombák és baktériumok)

A bioszféra biológiai szerveződési szintje 3. réteg - a földalatti és a vízi fotobioszféra élőanyagai Termelők (kemoszintetikus mikroorganizmusok) Környezet (hidroszféra, litoszféra) Redukálók (gombák és baktériumok) Fogyasztók

A bioszféra szerveződésének paragenetikus szintje „A termodinamikai, fázis- és kémiai héjakhoz hozzá kell adnunk... egy paragenetikus héjat, amely meghatározza az elemek paragenezisét, azaz együttes előfordulásuk törvényeit. A bioszféra az egyik ilyen paragenetikus héj, a számunkra leginkább hozzáférhető és legismertebb.”

Az élő anyag, mint a bolygó termodinamikai, fizikai és kémiai viszonyainak sajátos megnyilvánulása, folyamatosan arra törekszik, hogy azokat úgy szervezze meg, hogy szerkezete maximálisan stabil legyen, azaz a szervezettség összetettebb szintjére helyezze át. Ennek eredményeként megjelenik a bolygó paragenetikus héja - a bioszféra. A bioszférában megnyilvánul a különböző szintű szerveződési struktúrák paragenesise. Ez az ilyenek megjelenéséhez vezet összetett szerkezetek, mint a bioinert testek.

A bioszféra anyagának kategóriái 1. Az élőanyag a folyamatosan haldokló és születő élőlények összessége (az atomok biogén vándorlása kommunikál más anyagkategóriákkal). 2. Biogén anyagok (múltban élő anyagok: szén, bitumen, olaj, mészkő stb.). 3. Az inert anyag abiotikus, kialakulásában élő anyag nem vesz részt. 4. Bioinert anyag – élő szervezetek és inert folyamatok (talajok, természetes vizek, bioszféra) által létrehozott

Élőanyag biogeokémiai funkciói Gáz (oxigén-szén-dioxid, ózon stb.) Koncentráció Redox Biokémiai Az ember biogeokémiai funkciói

Az élet szerveződése bolygó-kozmikus szinten 1. A bioszféra és a rövid idő skáláján - élő szervezetek gyűjteménye. 2. Földtani időskálán az egész bioszféra az élet ténylegesen szervezett részévé válik. 3. A kozmikus idő skáláján feltételezhetjük, hogy az egész kozmosz (?) az élet potenciálisan szervezett részévé, potenciális testévé válhat!

Az élet megszervezése bolygó-kozmikus szinten James Lovelock (1972) ötlete a Gaia élő bolygóról. Az élő szervezetek által lakott bolygó maga, mint egész, elnyeri a biológiai szervezet bizonyos tulajdonságait. Humberto Maturana és Francisco Varela (1974-1979) Az autopoiesis elmélete, a saját termelők elmélete autonóm rendszerek. Létrejött az élet metarendszerelméleti modellje.

Az autopoietikus rendszer egyetlen kollektívaként, integritásként lép kölcsönhatásba a környezettel. A környezettel való szerkezeti kapcsolódás folyamatában adaptív szerkezeti változások következnek be a szervezetben. A környezetben a szervezet hatására is fellépnek zavarok. A környezet nem inert. A kölcsönhatás folyamatában az organizmus és a környezet (amely más organizmusokat is magában foglalhat) együtt fejlődő partnerként működik. A bioszféra egy autopoietikus rendszer

Nooszféra A kifejezést E. Leroy (francia matematikus és filozófus) vezette be 1927-ben: A bolygó életének további fejlődése csak spirituális eszközökkel valósulhat meg: társadalom, nyelv, kultúra stb. És ez lesz a nooszféra, amely követni fogja a bioszférát. Pierre Teilhard de Chardin (francia antropológus) 1930-ban megírta a „The Noosphere: A Human Phenomenon” című könyvet. A nooszféra a Föld különálló héját jelenti, amely az anyag (tangenciális energia) és a radiális (finom) energia evolúciója során alakult ki a bolygón.

Nooszféra V. I. Vernadsky (1935) A nooszféra egy természetes test, amelynek alkotóelemei a litoszféra, a hidroszféra, a légkör és a szerves világ, amelyet az intelligens emberi tevékenység alakít át. „A tudományos gondolkodás huszadik századi robbanását a bioszféra teljes múltja készítette elő. A bioszféra így vagy úgy, előbb-utóbb elkerülhetetlenül átmegy a nooszférába.

A bioszféra tana

A bioszféra modern tanának megalapítója, V. I. akadémikus nézetei szerint. Vernadsky, az élet megjelenésének pillanatától a Földön, az élő és inert anyag, azaz a bioszféra egységének hosszú távú kialakulásának folyamata volt (a gr. biosz - élet, sphaira - labda szóból). A „bioszféra” kifejezést 1875-ben E. Suess osztrák tudós, a Szentpétervári Tudományos Akadémia külföldi tiszteletbeli tagja vezette be (1831-1914). A bioszféra a Föld aktív életének területe (héja), amelynek összetételét, szerkezetét és energiáját elsősorban az élő szervezetek (élőanyag) tevékenysége határozza meg. Az élő anyag Vernadsky szerint szabad energia hordozója a bioszférában, ahol az összes fő organizmus önellenőrzött biológiai és geokémiai folyamatok révén kapcsolódik élőhelyéhez. A tudós világosan felvázolta az élet eloszlásának felső és alsó határát. A felső határt az űrből érkező sugárzási energia határozza meg, amely pusztító az élő szervezetek számára. Ez kemény ultraibolya sugárzásra utal, amelyet az ózonréteg (képernyő) blokkol. Alsó határa körülbelül 15 km-es magasságban halad át, felső határa a madarak repülési rekordmagasságán. Az élet alsó határa a föld beleinek hőmérsékletének emelkedésével jár. 3... 3,5 km mélységben a hőmérséklet eléri a 100 "C-ot. Az óceánban az élet alsó határa 5 cm-től 114 m-ig terjed a tengerfenék felszíne alatt. A bioszféra általános szerkezete, amely magában foglalja a a légkör alsó része (az ózonövig - 20...25 km magasságban) a teljes hidroszféra - óceánok, tengerek, szárazföldi vizek (maximális mélységig - 11022 m); az 1.1. ábrán látható szilárd föld vagy az ózonréteg a sztratoszférán belüli réteg, amely a Föld felszínétől eltérő magasságban helyezkedik el, és az ózonréteg magassága a pólusokon 1... 8 km, az egyenlítőnél 17... 18 km, és. maximális magasságózon jelenléte 45... 50 km. Az ózonréteg felett az élet léte lehetetlen (a Nap durva ultraibolya sugárzása miatt). A bioszféra állapotának legfontosabb jellemzői a biomassza atomja, a biomasszában (a felszínen és a talajban) megkötött szén- és energiamennyiség, az éves növekedés és a biomasszában található ásványi anyagok mennyisége. A szárazföldi élőanyag 1012...1013 tonna, az erdei biomassza 1011...12 tonna, az ásványi anyagok és a nitrogén 1010 tonna A bioszféra biomasszájának mintegy 90%-a az erdőkben koncentrálódik. A tajgában a biomassza éves növekedése 4...7%, lombhullató erdőkben 10...15%, a fű növekedése 30...50%.
Rizs. 1.1. A bioszféra szerkezete (G.V. Stadnitsky, 1997 szerint) Az ábrán látható. Az 1.2. ábra a bioszféra határait és a benne élő szervezetek eloszlását mutatja be. Az élőlényeket az atomok biogén árama köti össze a környezettel: légzésük és szaporodásuk. Migráció kémiai elemekélő szervezetek segítségével és megteremti a számukra szükséges létfeltételeket. Az élő szervezetek felhalmozzák a napenergiát, kémiai energiává alakítják, és létrehozzák az élet sokféleségét. A kémiai elemek vándorlása a bioszférában az élő szervezetek létfontosságú tevékenységével, légzésével, táplálkozásával, szaporodásával, halálával és bomlásával jár. Az élő szervezetek részt vesznek a kémiai elemek újraelosztásában, a kőzetek és ásványok képződésében, és speciális geokémiai funkciókat látnak el: gázcserét, koncentrációt, redoxot, keletkezést és pusztítást. A bioszférában élő szervezetek a populációk (azonos fajhoz tartozó egyedek csoportja, amelyek közös területen élnek együtt), közösségek (szervetlen környezethez kapcsolódó élőlények) és ökoszisztémák (szervezetek és szervetlen összetevők halmaza) szintjén tanulmányozhatók. amelyeken az anyagok keringése előfordulhat). Az ökoszisztéma időben viszonylag stabil, és termodinamikailag nyitott az élő anyag és energia be- és kiáramlása tekintetében. Rizs. 1.2. Az élő szervezetek eloszlása ​​a bioszférában: 1 - ózonréteg; 2 - hóhatár; 3 - talaj; 4 - barlangokban élő állatok; 5 - baktériumok az olajos vizekben Egyes ökoszisztéma-típusokban a határaikon kívüli élőanyagok eltávolítása olyan mértékű, hogy stabilitásukat főként azonos mennyiségű anyag kívülről való beáramlása tartja fenn, miközben a belső körforgás nem hatékony. Ezek folyó folyók, patakok és meredek hegyoldalakon található területek. Más ökoszisztémák, mint például az erdők, rétek, tavak stb., teljesebb anyagciklussal rendelkeznek, és viszonylag önállóak. Egyes szervezetek vagy egy egész közösség élőanyagának egységnyi területre vagy térfogatra eső mennyiségét biomasszának nevezzük. A populáció vagy közösség által egységnyi idő alatt (területegységre vetítve) megtermelt biomasszát biológiai termelékenységnek nevezzük. A földfelszínnek egy bizonyos összetételű élő és közömbös (légkör talajrétege, talajréteg stb.) komponenseket tartalmazó szakaszát, amelyet az anyagcsere és az energia egyesít, biogeocenózisnak, azaz a bioszféra elemi homogén egységének nevezzük. A szárazföldi biomassza fő részét a zöld növények teszik ki - 99,2%, az óceánban pedig csak 6,3%, míg a szárazföldi állatok és mikroorganizmusok tömege 0,8%, az óceánban pedig 93,7%. A kontinensek felszínén lévő élőanyag tömege 800-szor nagyobb, mint az óceán biomasszája. A bioszféra faji és morfológiai szempontból rendkívül változatos. Jelenleg a Földön több mint 2 millió organizmusfaj él, amelyek közül az állatok több mint 1,5 milliót, a növények pedig csak körülbelül 500 ezer fajt. Meg kell jegyezni, hogy nézeteiben V. I. Vernadsky a bioszférát olyan bolygókörnyezetként közelítette meg, amelyben az élő anyag eloszlik. Számos tudóstól eltérően, akik a bioszférát csak élő szervezetek és létfontosságú tevékenységük termékeinek tekintették, Vernadsky úgy vélte, hogy az élő anyagot (biokémiai értelemben) nem lehet elválasztani a bioszférától, amelynek funkciója az. Ezenkívül a bioszféra a kozmikus energia átalakulásának területe, mivel az égitestekből származó kozmikus sugárzás a bioszféra teljes vastagságán áthatol. Ezért Vernadszkij szerint a bioszféra „kozmikus természetű bolygójelenség”, amelyben az élő anyag dominál, mint a bioszféra alapja. Az élő szervezetekben az anyagcsere során végbemenő kémiai reakciók sebessége egy nagyságrenddel megnő. Az élő anyag egyedi jellemzői a következők: - az a képesség, hogy mindent gyorsan elfoglaljon vagy elsajátítson szabad hely. Ez a tulajdonság adott Vernadszkijnak arra a következtetésre, hogy bizonyos geológiai időszakokban az élőanyag mennyisége megközelítőleg állandó volt; - a különféle körülményekhez való alkalmazkodás képessége, és ezzel összefüggésben nemcsak az élet minden eszközének (vízi, talaj) elsajátítása, hanem a fizikai és kémiai paraméterek szempontjából rendkívül nehéz körülmények is; - Magassebesség a reakciók lefolyása. Több nagyságrenddel magasabb, mint az élettelen anyagban. Például egyes rovarok hernyói testtömegük 100...200-szorosának megfelelő mennyiségű táplálékot fogyasztanak naponta; - az élő anyag nagymértékű megújulása. A számítások szerint a bioszférában átlagosan 8 év, míg a szárazföldön 14 év, az óceánban pedig, ahol a rövid élettartamú szervezetek (például planktonok) vannak túlsúlyban, 33 nap; stabilitás az élet során és gyors lebomlás a halál után, magas fizikai és kémiai aktivitás fenntartása mellett. Így a légkörben az oxigén változása 2000 év alatt, a szén-dioxid pedig 6,3 év alatt következik be. A teljes vízcsere folyamata a Földön (a hidroszférában) 2800 évig tart, és a teljes víztömeg fotoszintetikus bomlásához szükséges idő 5...6 millió év. Orosz tudósok munkái bebizonyították, hogy az élő anyag fő alkotóelemei az oxigén (65...70%) és a hidrogén (10%). A fennmaradó elemeket szén, nitrogén, kalcium (1-10%), kén, foszfor, kálium, szilícium (0,1-1%), vas, nátrium, klór, alumínium és magnézium képviseli. Így az élő anyag a bioszférában található élő szervezetek összessége és biomasszája. V. I. Vernadsky ezt írta: „Nincs olyan kémiai erő a Föld felszínén, amely állandóan hatna, és ezért erősebb lenne a végső következményeiben, mint az élő szervezetek együttvéve.” V. I. Vernadsky doktrínája a bioszféráról forradalmat hozott a geológiában, az evolúció okaira vonatkozó nézetekben. Vernadszkij előtt az evolúcióban felső rétegek A litoszféra, elsősorban a földkéreg kapott elsőbbséget fizikai és kémiai folyamatok, főleg időjárás. És csak ő mutatta meg az élő szervezetek átalakító szerepét, a kőzetpusztulás mechanizmusait, a Föld víz- és légköri héjának változásait. Vernadsky szerint a bioszféra neobioszférára és paleobioszférára, az ősibb bioszférára oszlik. Utóbbi definícióra példaként megnevezhetjük szerves anyagok felhalmozódásait (szén, olaj, olajpala stb. lerakódások) vagy más, élő szervezetek részvételével keletkező vegyületkészleteket (mész, kréta, ércképződmények, szilíciumvegyületek). ). A bioszféra legfontosabb jellemzői szervezettsége és stabil egyensúlya. Például beszélhetünk a bioszféra termodinamikai szerveződési szintjéről - két egymással összefüggő „réteg” jelenlétéről: a felső, megvilágított (fotobioszféra) és az alsó talaj (afotobioszféra). A bioszféra termodinamikai szerveződési szintje a hidroszféra, a légkör és a litoszféra hőmérsékleti gradienseinek sajátosságaiban nyilvánul meg. A bioszféra szerveződésének és stabilitásának más szintjei is vannak. A modern filozófiai koncepciók abból a tényből fakadnak, hogy a társadalom és a bioszféra közötti interakció folyamatát kölcsönös érdekek alapján kell irányítani. A biogenezissel ellentétben a bioszféra evolúciójának ezt a szakaszát az intelligens fejlődés szakaszának tekintik, i.e. noogenezis (a gr. noos - elme szóból). Ennek megfelelően a bioszféra fokozatosan nooszférává alakul át. A „nooszféra” fogalmát a 19. században vezették be. E. Leroy (1870-1954) francia tudós és filozófus, Teilhard de Chardin (1881-1955) francia filozófus dolgozta ki, a nooszféra koncepcióját pedig V. I. Vernadsky támasztotta alá. Ez a kifejezés a Föld különleges héjának kialakulását jelentette, annak minden tulajdonságával: emberi társadalom, épületek, nyelv stb. A nooszférát egyfajta „a bioszféra feletti gondolkodó rétegnek” tekintették. V. I. Vernadsky úgy vélte, hogy a nooszféra egy új geológiai jelenség a Földön. Ebben az ember először válik hatalmas geológiai erővé. De az ember, mint minden élőlény, csak abban a bioszférában tud gondolkodni és cselekedni, amelyhez kapcsolódik, és ahonnan nem tud távozni. Az élet fejlődésének ezen szakaszában menni fog a fejlődés a noogenezis útján, amely az ember és a természet kapcsolatának ésszerű szabályozásának állomása, i.e. a természetben meglévő jogsértések kijavítása és a jövőbeni jogsértések és eltérések megelőzése. Vernadsky szerint a bioszféra elkerülhetetlenül nooszférává változik, i.e. egy olyan szférába, ahol az emberi elme domináns szerepet fog játszani az ember-természet rendszer fejlődésében. Egyes tudósok ezt a törvényt társadalmi utópiának tekintik. De teljesen nyilvánvaló, hogy ha az emberiség nem kezdi el saját törvényeire támaszkodva szabályozni a természetre gyakorolt ​​hatásait, akkor pusztulásra van ítélve. Vernadsky akadémikus a nooszféra létrejöttének feltételei az egész emberiség tudományos és kulturális egyesülését, a kommunikációs és csereeszközök fejlesztését, az új energiaforrások felfedezését, a jólét növekedését, minden ember egyenlőségét, a háborúk kizárása a társadalom életéből. A bioszféra doktrínája kulcsfontosságú rendelkezései közé tartozik az élő anyag funkciói. Ezek közé tartozik az energiafunkció - a növények a fotoszintézis folyamatában a napenergiát szerves vegyületek formájában halmozzák fel, amelyek energiája később kémiai energiaforrásként szolgál a bioszféra számára. Az ökoszisztémán belül ez az energia „élelmiszer” formájában oszlik el az állatok között. Például tehenek, birkák, kecskék és más állatok füvet és faleveleket esznek táplálékul. Az energia részben disszipálódik, részben felhalmozódik az elhalt szerves anyagokban. Ez az anyag fosszilis állapotba megy át. Így keletkeztek tőzeg-, szén-, olaj- és egyéb ásványi lelőhelyek. Egy másik funkciója a destruktív, amely az elhalt szerves anyagok lebontásában, mineralizációjában és a keletkező ásványi anyagok biotikus körforgásban való részvételében, majd ennek (az anyagnak) egyszerű szerves vegyületekké (szén-dioxid, víz, metán) történő lebontásában áll. , ammónia), amelyeket ismét a ciklus kezdeti láncszemében használnak. Például a baktériumok, algák, gombák és zuzmók erős kémiai hatást fejtenek ki a kőzetekre egy egész sav komplex oldatával: szénsav, salétromsav, kénsav. Segítségükkel egyes ásványi anyagokat lebontva az élőlények kivonják és beépítik a biotikus körforgásba a legfontosabb táplálkozási elemeket: kalciumot, káliumot, nátriumot, foszfort, szilíciumot. A harmadik funkció a koncentráció. Ez a funkció a természetben szétszórt anyagok atomjainak szelektív felhalmozódásában áll az organizmusokban. Például a tengeri élőlényekben a természetes környezethez képest nagy mennyiségben halmozódnak fel a nyomelemek és nehézfémek, beleértve a mérgező anyagokat (higany, ólom, arzén és egyéb kémiai elemek). Koncentrációjuk a halakban több százszor nagyobb lehet, mint a tengervízben. Ennek köszönhetően a tengeri élőlények hasznosak mikroelemforrásként. Az élőanyag negyedik funkciója a környezetformáló, amely az élőhely paramétereinek (litoszféra, hidroszféra, atmoszféra) átalakításában áll az élőlények, köztük az ember életének kedvező feltételek mellett, vagyis ez a funkció fenntartja az anyag és az energia egyensúlyát a szervezetben. a bioszféra. Ugyanakkor az élő anyag képes a természeti katasztrófák vagy az antropogén hatások következtében megzavart környezeti állapotok helyreállítására, ha az okozott zavarok nem haladják meg a küszöbértékeket. Annak ellenére, hogy a Földet borító élőanyag össztömege elenyésző, az élőlények élettevékenységének eredményei befolyásolják a litoszféra, a hidroszféra és a légkör összetételét. V. I. Vernadsky az ökoszisztéma ezen állapotát azzal magyarázza, hogy az élőlények tömege a bolygó szerepét a gyors szaporodás, azaz a szaporodáshoz kapcsolódó anyagok nagyon energikus keringése révén tölti be. A bioszférában kialakuló összes természetes folyamat egyetlen energiaforrása a napsugárzás. A Föld felé irányuló napsugárzás fluxusa megközelítőleg 4190 103 J/(m2-év). Egységnyi felületre átlagosan a teljes áramlás 1/5-e érkezik. A Föld felszínére érkező és onnan kilépő napenergia-áramok összegét "a földfelszín sugárzási egyensúlyának" nevezik. A sugárzási egyensúly energiáját a légkör fűtésére, párolgásra, a hidro- vagy litoszféra rétegeivel való hőcserére és számos más folyamatra fordítják. Ezen folyamatok egy része befolyásolja a fotoszintézist, amely kémiai energiává alakul, és a szerves anyagok képződését. Azokat az élőlényeket, amelyek szervetlen vegyületekből szerves anyagokat szintetizálnak a Nap energiája felhasználásával, autotrófoknak nevezzük, és a folyamat során felszabaduló energia miatt. kémiai reakciók, - kemotrófok. A kész szerves anyagokkal táplálkozó élőlényeket heterotrófoknak nevezzük. A szervetlen vegyületekből szerves anyagokat előállító autotrófokat és kemotrófokat termelőknek nevezzük. Fogyasztóknak nevezzük azokat a szervezeteket, amelyek szerves anyagokkal táplálkoznak és új formákká alakítják át. Azokat a szervezeteket, amelyek életük során szerves maradványokat szervetlen anyagokká alakítanak át, lebontóknak nevezzük. A napenergia a Földön két anyagciklust idéz elő: nagy vagy geológiai, amely legvilágosabban a víz körforgásában és a légköri keringésben nyilvánul meg, és kicsi, vagyis biológiai. Mindkét ciklus összekapcsolódik, és egyetlen folyamatot képvisel. A geológiai ciklus több százezer vagy millió éven át tart. Ez abban rejlik, hogy a kőzetek pusztulásnak vannak kitéve, mállásnak vannak kitéve, és a mállási termékek – beleértve a vízben oldódókat is – a vízáramlások révén a világ óceánjaiba kerülnek. Itt tengeri rétegeket alkotnak, és a csapadékkal csak részben térnek vissza a szárazföldre. A biológiai körforgás a geológiai körforgás része, és abból áll, hogy a talaj tápanyagai - víz, szén - felhalmozódnak a növények élőanyagában, és a test felépítésére és életfolyamatainak lebonyolítására fordítják saját maguk és a fogyasztó szervezetek. A szerves anyagok bomlástermékei a mezofaunából (például baktériumok, gombák, férgek, puhatestűek stb.) kerülnek a talajba, és ismét ásványi összetevőkre bomlanak, amelyek ismét a növények rendelkezésére állnak, és ismét részt vesznek az élő anyagok áramlásában. Az anyagok kis körforgása, amely számos pályájára inert közeget von be, biztosítja az élő anyagok szaporodását, és aktívan befolyásolja a bioszféra megjelenését. A bioszféra tanának egyik rendelkezése a bioszféra megmaradási (takarékossági) törvényének megállapítása. A törvény értelme az, hogy az élő anyag valamilyen formájába bekerült atomok vagy nehezen, vagy nem térnek vissza, vagyis a geológiai periódusokban élő anyagban maradó atomokról beszélhetünk.

Bioszféra szintje- az élet szerveződésének legmagasabb formája a Földön. Ezen a szinten az összes anyagciklus egyesülése és az energia egyetlen ciklussá történő átalakulása következik be. Az élőlények a hierarchikus rendszerek típusa szerint szerveződnek: az egyik szintről a másikra való átmenet az előző szinten működő funkcionális mechanizmusok megőrzésével, illetve új struktúrák és funkciók, új minőségek megjelenésével jár. A szintet a bioszféra képviseli - az aktív élet területe. Fedezi aeroszféra(alsó légkör) hidrobioszféra(hidroszféra), terrabioszféra(földfelszín) és litobioszféra(a litoszféra felső része). A bioszféra meglehetősen vékony réteg: a mikrobiális élet a felszín felett 22 km-es magasságig elterjedt, az óceánokban pedig a tengerszint alatti 10-11 km-es mélységben is megtalálható az élet. Az élet kevésbé hatol be a földkéregbe 2-3 km mélységig végzett fúrás során mikroorganizmusokat találtak. Véletlenül az élő anyag a közeli „fent” és „lent” rétegekbe esik, ezeket ún. pár-És metabioszféra illetőleg. De az „életfilm” az egész Földet lefedi, még a sivatagokban és a jégben is megtalálták az élet nyomait. Az élet eloszlása ​​rendkívül egyenetlen. A talaj (a litoszféra felső rétegei), a hidroszféra és a légkör alsó rétegei tartalmazzák a legnagyobb mennyiségű élőanyagot.

A bioszféra tanának fejlődésének megvan a maga története. Az egyik első természettudós, aki a Föld egészét nézte, M. V. „A Föld rétegeiről” című művében azt írta, hogy „a csernozjom nem primitív vagy ősanyag, hanem az állatok és az idők folyamán növekvő testek bomlásából jött létre”, hogy a barnaszén, a kőszén és a csernozjom az ún. élőlények hatása a talajra. Lomonoszov általános vázlatot adott a Föld geológiájáról, és bebizonyította a bolygó ősiségét. Akkoriban még a kövületeket – élőlények megkövesedett maradványait – nem mindenki fogta fel egy hajdani élet nyomainak. 1802-ben Lamarck a „Hidrogeológiában” rámutatott az élő szervezetek szerepére a geológiai folyamatokban. A. Humboldt „Kozmosz” című könyve rengeteg anyagot tartalmaz az élőlények geológiai szerkezetekre gyakorolt ​​hatásáról.

A hazai eredete agrokémia kapcsolatban áll D. I. Mengyelejevvel. Kutatta a növények táplálkozásának és a termőképesség növelésének problémáit

mezőgazdasági termények. Az ásványi és szerves trágyák hatékonyságát A. N. Engelgardt és D. N. Pryanishnikov tanulmányozta. A 20. század elején keletkezett. a geokémia az evolúció elvein alapult. Talaj erdősítés V. A. Obrucsevvel foglalkozott, lefektette az alapokat permafrost tudomány, tektonikát és geológiát tanult. V. V. Dokuchaev az „Orosz fekete talaj” című munkájával fedezte fel talajtudomány Hogyan tudományos diszciplína, amely a geológia, a biológia és a kémia találkozásánál áll. Talajja különleges természeti test, amely nagy jelentőséggel bír a mezőgazdaság számára. Megadta a világ első talajosztályozását, felvázolta a tájföldrajzi övezetek doktrínáját, terveket dolgozott ki az aszály leküzdésére, számos agronómiai és erdőrekultivációs intézkedést előírva. M. M. Szibircev és P. A. Kosztycsev dolgozott vele. Szibircev számos expedícióban vett részt Oroszország déli sztyeppéin, megírta az első „Talajtan” tankönyvet (1889). Kosztycsev megmutatta a talajtulajdonságok és a növények és mikroorganizmusok létfontosságú tevékenysége közötti összefüggést, valamint az ember szerepét ezen összefüggések megváltoztatásában. Megállapította (1886) az alacsonyabb rendű élőlények meghatározó szerepét a humusz (humusz) képződésében. G. Gelriger német tudós kísérletileg demonstrálta a hüvelyesek és a csomóbaktériumok szimbiózisát (1888), amely fontosnak bizonyult mezőgazdasági üzemtan.

V. R. Williams orosz tudós bebizonyította a biológiai tényezők (a magasabb zöld növények és mikroorganizmusok természetes közösségei) szerepét a talaj termékenységének kialakításában. Elsőként hangsúlyozta az elemek biológiai körforgásának fontosságát a talajok nemcsak szerves, hanem ásványi részének kialakulásában is, és fejlesztette ki. tudományos alapon füves gazdálkodási rendszer (1914). Dokuchaev, aki ásványtant tanított, már diákéveiben meghatározta V. I. Vernadsky létfontosságú érdeklődését. Vernadsky tanulmányozta az ásványok fejlődését a földkéregben (1908), létrehozta a kémiai elemek geokémiai osztályozását, kidolgozta az atomok földkéregben való vándorlásának doktrínáját, lefektette az ásványtan genetikai irányának alapjait, és ez volt az általános ásványtani és geológiai problémák, amelyek elvezették a biogeokémia fogalmához (1917). Vernadsky „Bioszférája” holisztikus képet ad a földkéreg kialakulásának mechanizmusáról, figyelembe véve az élet meghatározó hatását.

V. I. Vernadsky megalkotta a bioszféra mint a Föld aktív héjának doktrínáját, amelyben az élő szervezetek teljes tevékenysége - geokémiai tényező bolygó léptéke és jelentősége. Az E. Suess által (1875) bevezetett „bioszféra” kifejezés a Föld felszínén élő organizmusok összességére vonatkozott. Vernadsky az embert is az élő szervezetek fogalmába foglalta. A bioszférában allokált inert(napenergia, kőzetek, ásványok stb.) és bioinert(talajok, felszíni vizek és szerves anyagok). Bár az élő anyag tömegét és térfogatát tekintve jelentéktelen részét képezi a bioszférának, jelentős szerepet játszik a bolygónkon végbemenő változásokkal összefüggő geológiai folyamatokban.

Vernadsky szerint a bioszféra a bolygó élő anyaga és az általa átalakított inert anyag. A „bioszféra” fogalma a biogeokémia alapvető fogalma, és nem biológiai vagy geológiai. A bioszféra folyamatokat szervez a Földön és a Föld közelében, az élettevékenység eredményeként bioenergetikai folyamatok és anyagcsere zajlik le. Az élő szervezet a földkéreg szerves része, képes megváltoztatni azt. Az élőanyag a geokémiai folyamatokban részt vevő szervezetek halmaza. Az élőlényeket a környezet kémiai elemeket, testeket építenek belőlük, visszajuttatják őket ugyanabba a környezetbe mind életük során, mind haláluk után. Ezért az élő anyag összekapcsolja a bioszférát, és rendszeralkotó tényező. Az élő anyag változásai sokkal gyorsabban mennek végbe, mint az inert anyagban, ezért ebben a történelmi idő, az inert anyagban pedig a geológiai idő fogalmát használják. A geológiai idők folyamán az élőanyag ereje és a közömbös anyagokra gyakorolt ​​hatása növekszik, és csak ezekben az időkben történik minőségi változás. És az élő anyagnak megvan a maga evolúciós folyamata, függetlenül a környezet változásaitól.

Ha az egyes élőlények „életciklusa” véges és létezése nem korlátlan, akkor az élőlények összességében geológiailag halhatatlannak tekinthetők. Földtanilag az élet örök, ezért ha az egyén végül elveszíti munkavégző képességét és megszűnik létezni, akkor magát az életfolyamatot a külső munkavégzés képességének folyamatos növekedése jellemzi. Ezt a gondolatát három alapelvben fejezte ki, amelyeket elnevezett biogeokémiai:

1 - a szabad (biogeokémiai) energia a bioszférában maximálisan megnyilvánul;

2 - a fajok evolúciója során azok az élőlények maradnak életben, amelyek életükkel növelik a szabad energiát;

3 - a Föld lakosságának geológiai időben a lehető legszélesebbnek kell lennie.

Ezek az elvek csak az élő természet törvényét fejezik ki, és nem mondanak ellent a termodinamika törvényeinek. Az élő anyag teljes áramlása, a legegyszerűbbtől a legfejlettebb formákig, beleértve az emberi elmét és a társadalmi munkát is, az anyag mozgásának az a formája, ahol a csökkenő entrópia törvénye működik, míg a szervetlen anyagoké nő. És ez a kétféle anyag egyetlen egésszé kapcsolódik össze. Vernadsky sikeresen alkalmazta a növekvő entrópia törvényét a Föld kozmikus fejlődésének magyarázatára. És a bioszféra születését bolygó-kozmikus „különleges pontnak” tekintette - minőségi ugrásnak, amely előtt az élettelen természet folyamatai domináltak bolygónk felszínén, és amely után az élő természet folyamatai kezdtek uralkodni.

kedves. A sugárzó energia hatására szerves élet keletkezik és visszafordíthatatlanul fejlődik.

Vernadsky úgy vélte, hogy a Földön az élet a bolygó kialakulásával egy időben keletkezett: „A Föld teremtményei a kozmikus folyamat létrejöttei, a harmonikus kozmikus mechanizmus szükséges és természetes részei.” A biológiában, geológiában, biokémiában és geokémiában érvényesülő számos törvény között Vernadsky azonosította az alapvető empirikus elveket.

1. Az integritás elve A bioszférát a bioszférában zajló összes folyamat önkonzisztenciája biztosítja. Az életet szűk határok korlátozzák - fizikai állandók, sugárzási szintek stb. Gravitációs állandó meghatározza a csillagok méretét, hőmérsékletét és nyomását bennük. Ha kisebb lesz, a csillagok tömege kisebb lesz, hőmérsékletük nem lesz elegendő a magreakciók lezajlásához; Ha egy kicsit több, a csillagok túllépik „kritikus tömegüket”, elhagyják az általános keringést és fekete lyukakká alakulnak. Elektromágneses kölcsönhatási állandó meghatározza a kémiai átalakulásokat, felelős az atomok elektronhéjáért és a molekulákban lévő kötések erősségéért. Gyenge interakciós állandó, Az elemi részecskék átalakulásáért felelős, ha ez megváltozik, az egész világunkat „aláássa”. Erős interakciós állandó, Az atommagok stabilitásáért felelősnek szintén nem szabad megváltoznia, különben a csillagokban a reakciók másképp mennek végbe, és előfordulhat, hogy nem képződik szén és nitrogén. És nem világos, hogy a mi típusunkhoz hasonló élet egyáltalán lehetséges lesz-e.

2. A bioszféra harmóniájának elve és szerveződése az előzőhöz kapcsolódik. A Földön az energia átalakulás törvényei, az atommozgás törvényei a Kozmosz harmóniájának, az égitestek mozgásának ritmusának a tükre. A bioszféra létezésének alapja a Föld Űrbeli helyzete, hajlása a föld tengelye az ekliptikához, amely minden élőlény éghajlatát és életciklusát meghatározza. A nap a bioszféra fő energiaforrása és a biológiai folyamatok szabályozója. Ahogy Yu R. Mayer megjegyezte, „az élet egy napsugár teremtménye”.

3. A bioszféra kozmikus szerepe az energiaátalakításban- tekinthetjük az élő természetnek ezt a részét további fejlődés ugyanaz a folyamat, amely a napfényenergiát a Föld hatékony energiájává alakítja. A bioszféra egy és ugyanaz űrhajó a legősibb geológiai időkből. Az élet mindvégig állandó maradt, csak a formája változott. Maga az élő anyag nem véletlenszerű alkotás. A geológiai jelenségek energiaforrásai kozmikusak, főként napenergia; planetáris, a szerkezettel és űrtörténet Föld; az anyag belső energiája – radioaktivitás. Az élő anyag aktívan alakítja át a napenergiát kémiai molekuláris mozgásokká és a biológiai struktúrák összetettségévé.

4. Az élet terjesztése- geokémiai energiájának megnyilvánulása, az élettelen anyag tehetetlenségi törvényének analógja. A kis szervezetek gyorsabban szaporodnak, mint a nagyok. Az élet terjedésének sebessége az élő anyag sűrűségétől függ.

5. Autotróf az élőlények mindent elvesznek a körülöttük lévő inert anyagból, amire szükségük van az élethez, és nem igényelnek kész vegyületeket egy másik szervezettől a testük felépítéséhez. A zöld autotróf szervezetek létezési területét elsősorban a napfény behatolási területe határozza meg.

6. Kozmikus energia az élet nyomását okozza, amit a szaporodás ér el. Az élőlények szaporodása számuk növekedésével csökken.

7. A kémiai elemek előfordulási formái: kőzetek és ásványok, magmák, nyomelemek, élő anyagok. A földkéreg egy összetett mechanizmus, ahol az atomok és molekulák folyamatosan mozognak, különféle geokémiai ciklusok mennek végbe, amelyeket nagyrészt az élő anyag aktivitása határoz meg. A takarékosság törvénye az egyszerű kémiai testek élőanyag általi használatában: ha egyszer egy elem belép, akkor egy hosszú állapotsoron megy keresztül, és a szervezet csak a szükséges mennyiségű elemet veszi fel.

8. A földi életet teljesen a mező határozza meg a zöld növényzet fenntarthatósága. Az élet határait a szervezetet felépítő vegyületek fizikai-kémiai tulajdonságai és bizonyos környezeti feltételek melletti elpusztíthatatlansága határozza meg. A maximális életteret az élőlények túlélési határai határozzák meg. Az élet felső határa a sugárzási energiának köszönhető, amelynek jelenléte kizárja az életet, és amelytől az ózonréteg véd. Az alsó határ eléréséhez kapcsolódik magas hőmérsékletű. A 432 °C-os intervallum (-252 és +180 °C között) a korlátozó hőpajzs.

9. Az élőanyag mennyiségének állandóságának elve a bioszférában. A légkörben lévő szabad oxigén mennyisége az élőanyag mennyiségével azonos nagyságrendű (1,5-10 18 kg és 10 17 -10 18 kg). Az élet sebessége nem haladhatja meg a gázok tulajdonságait sértő határértékeket. Küzdelem folyik a szükséges gázért.

10. Minden rendszer eléri a stabil egyensúlyi helyzetet
ez, amikor szabadenergiája nullával egyenlő vagy megközelíti
hozzá, vagyis amikor a rendszer körülményei között lehetséges minden munka elkészült
zaklatott. A stabil egyensúly fogalma rendkívül fontos.

Antropikus elv G. M. Idlis (1958) az itt felsorolt ​​Vernadsky elvek közül az elsőhöz kapcsolódik, és a világállandók értékeinek az élet létezésének lehetőségeivel való pontos megfeleléséből áll. Számos mennyiség elképesztő konzisztenciája azt a benyomást kelti, hogy egy rejtett elv lehet, amely az egész Univerzumot rendezi. Ahhoz

Sokan foglalkoztak ezzel a ténnyel. Jelenleg két változatban készült - gyenge és erős. Ahogy a híres amerikai fizikus, J. Dyson fogalmazott: „Ha alaposan megnézzük az Univerzumot, és megnézzük, hány baleset szolgált a javunkra, szinte úgy tűnik, hogy az Univerzum tudta, hogy megjelenünk.” Ez a gyenge elv egyik megfogalmazása, az angol szakirodalomban - WAP. De sok kérdésre nem ad választ, például miért olyan az Univerzum, amely lehetővé tette az élet kialakulását. Vagy talán nem kell olyan elméleteket alkotni, amelyek nem engedik meg a megfigyelő létezését? Erős elv - az élet megjelenése természetes az Univerzumban, de talán a megfigyelő megjelenése a célja az Univerzum fejlődésének?

Vernadsky az élőlények geológiai szerepét öt kategóriába sorolta: energia, koncentráció, pusztító, környezetformáló, szállítás. Az élő szervezetek légzésükkel, táplálkozásukkal, anyagcseréjükkel és folyamatos generációváltással hozzák létre a kémiai elemek vándorlását a bioszférában. Az élőlények biogeokémiai energiája a geoszférák átalakulásának energiaforrása.

AZ ÉS. Vernadsky, aki a bioszférát geológiai héjnak tekinti, világosan megértette, hogy ennek a héjnak a szerkezete nem tükrözi a benne zajló folyamatok teljes összetettségét. Ezért bevezette a bioszféra szerveződésének koncepcióját. Vernadsky 1931-ben „A földi élet kialakulásának feltételeiről” című munkájában a bioszféra szerveződését egy dinamikus rendszer stabilitásaként, egyensúlyaként határozta meg.

A bioszféra geológiai időbeli szerveződését igazolja, hogy a teljes bioszférát a troposzféra, a hidroszféra, a litoszféra és az élőanyag borítja. Ezek a részek áthatolnak és kölcsönhatásba lépnek egymással, egyetlen egészet alkotva (2. ábra).

BIOSZFÉRA

Rizs. 2. A Föld bioszférájának héjainak kapcsolata

A „szervezet” fogalma tehát azt jelenti, hogy a környező természet nem különböző elemek káosza, hanem egységes és koherens egészet képvisel.

A természet szerveződése nemcsak külső empirikus tény, hanem alapvető tulajdonsága is. A legvilágosabban az élőlények jelenségében jelenik meg, ahol minden szemcse egyfajta mikrokozmosznak tekinthető.

A bioszféra szerveződése tehát részei egységét, egyenértékűségét és összekapcsolódását jelenti. A bioszféra szerveződése különböző szinteken nyilvánul meg. A bioszféra szerveződésének termodinamikai, fizikai, kémiai, biológiai, paragenetikus, energetikai, planetáris szintjei vannak.

1.5. Stabilitás és önszabályozás a bioszféra fejlődési folyamatában

A Föld bioszférája- a bolygó külső héját alkotó, nyitott, összetett, többkomponensű, önszabályozó, térrel összefüggő élőanyag- és ásványi vegyületrendszer.

A bioszféra nemcsak az a terület, ahol az élet keletkezett és kifejlődött a Föld bolygón annak minden formájában. Fennállása során az élő anyag mélyen megváltoztatta a bolygó eredeti természetét, és biológiailag módosította. Maga az élet alkalmazkodott és optimalizálta a környezetet. A sztratoszférában ózonpajzs jelent meg, amely megvédi az élőlényeket az ultraibolya sugarak és más kozmikus sugárzás pusztító hatásaitól.

Az időjárás, a talajképződés, a kolluviális és hordalékos üledékek monolit, kopár, víztelen kőzeteket borítottak finom föld szerves-ásványi borításával. Ezek a folyamatok laza távlatokat hoztak létre, kedvező fizikai és kémiai tulajdonságokkal a növények, különösen azok gyökérrendszere számára, és ökológiai fülkéket az állatok számára. A növényi fotoszintézis az aktív biokémiai energia felhalmozódásának mechanizmusa szerves anyagok tömegeiben humusz és fosszilis tüzelőanyagok formájában, garantálva az élőlények igényeinek kielégítését stresszes körülmények és kedvezőtlen időszakok esetén.

Az élő anyag a talajtakarót létrehozva legyőzte a nitrogén-szén, víz, levegő és ásványi táplálék korlátozott erőforrásait. A nagymértékben diszpergált ásványok neoszintézise fizikai-kémiai abszorpciós képességet biztosított a talajban, ezáltal rögzítve az N, P, Ca, K vegyületeket. A makroelemek (C, N, P, Ca, S, K) és a mikroelemek (I, Zn, K) még intenzívebb felhalmozódása. Cu , Co, Se stb.) biogén akkumuláció során humusz-szerves vegyületek formájában figyelhető meg.

A növények, állatok, rovarok, alsóbbrendű gerinctelenek és mikroorganizmusok közötti együttműködési mechanizmus - szimbiózis - táplálékláncok kialakításával alakult ki és mutatta meg kivételes szerepét. Ez a mechanizmus a bioszférában lehetővé teszi, hogy kis energiatartalékokkal és kémiai vegyületek. De ennek a stabilitásnak és az önszabályozásnak vannak határai. Ha a környezet változásai túlmutatnak azon az időszakos ingadozásokon, amelyekhez az élőlények alkalmazkodnak, akkor az ökoszisztémák és a bioszféra egészének koherenciája megbomlik.

Az élet, az élő anyag, a bioszféra ezeknek a folyamatoknak köszönhetően, valamint a kozmikus energia áramlásának folytonosságával összefüggésben az önkontrollált kiterjesztett szaporodás elve szerint alakult ki a Földön. Így a devonban körülbelül 12 ezer növényfaj élt, a karbon időszakban - 27 ezer, a permo-triászban - 43 ezer, a jurában - a modern flóra körülbelül 300 ezer fajt tartalmaz (Kovda, 1983). . A bioszférának ez az irányított progresszív fejlődése nem volt folyamatos. A katasztrófák (vulkanizmus, eljegesedés, elsivatagosodás korszakai) megzavarták és késleltették az általános szaporodási folyamatot, de nem tudták megállítani az élet és a bioszféra egyre összetettebb fejlődésének általános folyamatát.

1.6. A biogeocenózis fogalma, mint elemi szerkezet

bioszféra egységek

Biogeocenosisélő és inert összetevők egymásra épülő komplexuma, amelyeket anyag és energia cseréje köt össze (görögül: biosz - élet, gi - geo - föld, koinos - általános). A koncepció V.N. akadémikus definícióján alapul. Sukachev, amely szerint biogeocenózis- „a földfelszín bizonyos kiterjedésén homogén természeti jelenségek (légkör, kőzet, növényzet, állatvilág és mikroorganizmusok világa, talaj és hidrológiai viszonyok) halmaza, amely ezen összetevők kölcsönhatásának sajátos sajátosságával rendelkezik, alkotják, és egy bizonyos típusú anyag- és energiacserét közöttük és más természeti jelenségek között, és egy belső ellentmondást, egy dialektikus egységet képviselnek, állandó mozgásban és fejlődésben."

Jelenleg a „biogeocenózis” és az „ökoszisztéma” kifejezéseket gyakran szinonimáknak tekintik. De a „biogeocenózis” koncepciója, amelyet V.N. Sukachev és a földi élőrendszerekhez kapcsolódóan bizonyos területi határok vannak. Az „ökoszisztéma” fogalma dimenzió nélküli, és tetszőleges kiterjedésű teret foglalhat magában - egy csepp víztől, amelyben mikroorganizmusok élnek, a teljes bioszféra egészéig. Így a „biogeocenózis” fogalma az „ökoszisztéma” fogalmával kapcsolatban specifikusabb. Az 1965-ben Koppenhágában megrendezett, a szárazföldi ökoszisztémák működéséről az elsődleges termelés szintjén rendezett UNESCO szimpóziumon azonban megállapodtak abban, hogy a két fogalom jelentése azonos.

Tehát a biogeocenózisok a föld vagy a víz felszínének részei, homogének a domborzati, mikroklimatikus, botanikai, állattani, talajtani, hidrológiai és geokémiai viszonyok szempontjából. Ebben a rendszerben az anyagok keringését és az energiaáramlást bizonyos intenzitás és irány jellemzi. Az anyagok körforgásának kiindulópontja a fotoszintézis és a fitobimassza növények általi létrehozása. A bolygó biogeocenózisainak tényleges mérete igen széles skálán mozog: több métertől (mikrodepressziók sztyeppékben és félsivatagokban, homokdűnékben stb.) a kilométerekig (szoloncsak, szolonyec, takyr biogeocönózisai, sztyeppek homogén területei, erdők stb.). ). A biogeocenózisok függőleges méretei is meglehetősen szélesek: a sziklákon néhány centimétertől a tajga vagy trópusi erdőkben több tíz méterig terjed.

A biogeocenózis időben viszonylag stabil, és termodinamikailag nyitott az anyag és energia be- és kiáramlása tekintetében. Energiával és különféle anyagokkal rendelkezik: napenergia, kőzetek ásványi elemei, légköri csapadék, talajvíz. Valamint az energia és tápanyagok légkörbe (hő, oxigén, szén-dioxid, stb.), litoszférába (humuszvegyületek, ásványok, üledékes kőzetek) és hidroszférába (feloldott tápanyagok talaj-, tó- és folyóvizekben) történő kibocsátása. .

A bioszféra és a biogeocenózisok önszabályozó jellege az élő anyag autokatalitikus tulajdonságainak, az anyagok felszívódásának és cseréjének, növekedésének és szaporodásának az eredménye. A biogeocenózisban az energia és az anyag áramlása a növényektől a növényevőkhöz, az utóbbiaktól a ragadozókhoz, majd a talaj alacsonyabb rendű élőlényeihez és baktériumokhoz jut. A növényevők kezdik meg azoknak a szervezeteknek a táplálékláncát, amelyek elfogyasztják és elpusztítják a fotoszintézis során keletkező szerves anyagokat. Ezért az élőlények táplálékláncának elsődleges táplálék- és energiaforrása a növények által létrehozott fitomassza. A Zoomass másodlagos termék. Ezért különbséget kell tenni a biogeocenózisok és tájak elsődleges és másodlagos termelékenysége között.

A biogeocenózisban élő szervezetek táplálékláncában folyamatos az energiaáramlás. A lánc minden egyes új láncszeménél az előző szakaszban felhalmozott energia és biomassza 50-90%-a elvész. Van egy ún ökológiai piramis energiatartalékok. Minél több láncszem a táplálékláncban, annál magasabb az ökológiai piramis, és annál több energia fog elvész a végső láncszemben (3. ábra).

	SAS
	KÍGYÓK
	BÉKÁK
	SZÜPEK
GYÓGYNÖVÉNYEK

Rizs. 3. A tápláléklánc piramisa

Az ökoszisztéma energiájának fő pontja a bioenergia-folyamatok visszafordíthatatlansága. Ezért az ökoszisztémákra (és különösen a talajokra) alkalmazva az „energiaciklus” kifejezés nem használható, csakúgy, mint a biogeokémiában és a talajtudományban az anyagok körforgásáról. Az egyetlen helyes kifejezés az „energiaáramlás”, mivel az elsődleges biológiai termékek energiáját csak a jövőben fogyasztják el. Az ökoszisztéma biomassza pótlásához és helyreállításához szükséges állandó beáramlás energiát kívülről, miközben előfordulhat, hogy nincs anyagatomok beáramlása. Ugyanazok az atomok ismételten keringhetnek egy biogeocenózisban.