Vetenskaplig bakgrund Planetens sfäriska form (XYI-XYII, Leonardo da Vinci, G. Bruno, Galileo Galilei) Geologisk betydelse av levande organismer på jordklotets yta (XYII-XYIII, D. Woodward, J. Buffon, Jean Baptiste Lamarck) 1803 Lamarck : använde termen biosfär för att beteckna helheten av levande organismer (livssfär för levande organismer) Sedan 1700-talet har inte bara atmosfären, hydrosfären och litosfären särskiljts utan deras interpenetration har också noterats
Vetenskaplig bakgrund 1800-talet: Humboldt – om interaktion naturfenomen Dokuchaev (Vernadskys lärare) i "The Doctrine of Natural Zones" om "... den naturliga kopplingen mellan död och levande natur, mellan växt-, djur- och mineralriket, å ena sidan människan, hennes liv och till och med den andliga världen , på den andra." E. Suess - 1875. Biosfären betyder inte bara organisk värld, men också dess miljö.
De viktigaste bestämmelserna (empiriska generaliseringarna) i Vernadskys doktrin om biosfären 1926 "Biosfären": "Levande materia är också fördelad koncentriskt i jordskorpan. Området som det upptar bildar ett skal, som vi kallar biosfären. Denna biosfär täcker en del av litosfären och atmosfären och hela hydrosfären."
Empiriska generaliseringar Med hänsyn till den centrala rollen av levande materia, påpekar Vernadsky: 1. Det finns ett genetiskt samband mellan modern levande materia och levande materia från det förflutna, kontinuiteten i påverkan av detta ämne på miljön, kontinuiteten i processerna av biogeokemisk vittring. Aktualismens princip är kontinuiteten i biosfärens existens ”Livets spridning - rörelse, uttryckt i livets allestädesnärvaro, är en manifestation av dess inre energi, det kemiska arbete det producerar. Jag kommer att kalla det livets geokemiska energi."
Empiriska generaliseringar 2. Redis princip (1712) – allt levande är från levande varelser. Det finns inga geokemiska bevis för spontan generering av liv på en geologisk tidsskala. Azoiska (d.v.s. utan liv) geologiska epoker har aldrig observerats under hela geologisk tid. 3. Dans princip (1863) – riktningen för den evolutionära processen (cefalisering). Människors utseende i biosfären är naturligt. Människan har blivit en geologisk kraft på planeten. 4. Solens strålningsenergi, genom levande organismer, reglerar den kemiska manifestationen av jordskorpan.
Empiriska generaliseringar 6. Levande materia är ett planetfenomen och kan inte separeras från biosfären, av vilken den är en geologisk funktion. 7. Kosmisk strålning som kommer från alla himlakroppar, täck biosfären, penetrera allt i den. Biosfären är området för transformationer av kosmisk energi. Biosfärens substans blir aktiv tack vare denna energi. Jordens yta förändras, det är inte bara en återspegling av vår planet, utan samtidigt är det också skapandet av yttre krafter i kosmos.
Biosfärens plats i planetsystemet "Jorden" (atmosfären) Biosfärens övre gräns är de övre gränserna för livets existensfält – ozonskiktet på gränsen mellan troposfären och stratosfären. Den övre gränsen bestäms av strålning (på en höjd av 9000 m, tiotals gånger mer än vid havsnivån, på en höjd av 15 km, 100 gånger). Koncentrationen av liv minskar med avståndet från jordens yta. I 1 kubik m luft innehåller: Nära markytan - 10 -100 tusen mikroorganismer 11 -21 km - 0,14 organismer (svampar, bakterier) 48 -85 km - hittade mikroorganismer
Biosfärens gränser De övre gränserna för området för livsstabilitet ligger ovanför ozonskärmen (85 km och uppåt, rymden). Levande organismer finns antingen i ett vilande tillstånd, utan aktiv metabolism, eller skyddade av något ämne (till exempel är ämnet i en järnmeteorit 800 ångström tjock en tillförlitlig tillflyktsort för en mikrob).
Biosfärens plats i planetsystemet "Jorden" (hydrosfären) Hela hydrosfären är befolkad av levande organismer: från ytvatten till djuphavssänkor
Biosfärens plats i planetsystemet "Jorden" (litosfären) Litosfären är ett fast lager av jordskorpan (väderskorpan) som ligger under en plastisk och mindre trögflytande astenosfär. Litosfären består av stenar: Sedimentär 12 -15 km (upp till 20 km) Metamorf (graniter) Magmatisk (basalt) Litosfären är sammansatt av plattor (oceaniska och kontinentala). Orsaken till plattektonik (horisontella rörelser) är termisk konvektion i jordens mantel)
Gränser i litosfären På kontinentalplattor är de nedre gränserna för livets existensfält 2-3 km (upp till 6 km). Till exempel mikroorganismer i vattnet som tvättar lager av olja (upp till 10-40 tusen i 1) ml). I oceaniska plattor - 0,5 -1 km. De nedre gränserna för livsstabilitetsfältet i litosfären bestäms av närvaron av flytande vatten (10,5 km upptäckt), men inte mer än 25 km, där livet är i grunden omöjligt, eftersom trots det höga trycket vid en temperatur på 460 grader , flytande vatten förvandlas till ett ångtillstånd.
Genomsnittlig tjocklek av biosfären km (Shipunov, 1980) Latitudinella zoner Polar Continental Ocean region 12 13 Mid-latitud 14 15 Tropiskt 22 21
Organisering av biosfären "Biosfärens struktur kan lämpligen kallas organisation baserat på arten av de geologiska processer som förekommer i den." Den funktionella karaktären av detta koncept betonas. Organisationen av biosfären som helhet dynamisk formation existerar endast inom ramen för energiflöden och materiens cirkulation. Biosfärens organisationsnivåer särskiljs: fysikaliska, termodynamiska, kemiska, biologiska, paragenetiska
Fysisk nivå av organisering av biosfären Biosfären kan betraktas som ett mycket komplext dispergerat system, sammansatt av fasta, flytande och gasformiga faser. I alla delar av biosfären (troposfär, hydrosfär, litosfär) finns alltid ämnen i tre aggregationstillstånd (fast, flytande och gasformig). I biosfären sker en övergång, med aktivt deltagande av levande organismer, från ett aggregationstillstånd till ett annat.
Biosfärens termodynamiska organisationsnivå Gasfasen förbinder de termodynamiska delarna av biosfären. Deras termodynamiska egenskaper är beroende av varandra (utbrott av vulkaniska gaser, avdunstning av vatten etc.) Den levande materiens roll för att reglera gaskomponenten i biosfär (till exempel bindning av koldioxid under fotosyntes)
Kemisk organisationsnivå för biosfären Kemisk struktur i biosfärens vatten: terrestra (yt), ovan jord, underjordisk Kemisk struktur för biosfärgaser (ovanjordiska, terrestra, underjordiska gaser) i den kontinentala och oceaniska regionen Kemisk struktur fasta ämnen biosfärer (luft-, terrestra, egentliga litosfäriska) Kemisk struktur av levande materia Biogeokemi studerar biosfärens kemiska organisation
Biologisk organisationsnivå för biosfären Lager 1 - levande material ovan jord i fotobiosfären Producenter (fotosyntetiska mikroorganismer) Miljö (troposfären) Konsumenter Nedbrytare (svampar och bakterier)
Biologisk organisationsnivå för biosfären Lager 2 - levande materia i den terrestra och akvatiska fotobiosfären Producenter (fotosyntetiska växter och bakterier) Miljö (troposfär, hydrosfär, litosfär) Konsumenter Nedbrytare (svampar och bakterier)
Biologisk organisationsnivå för biosfären Lager 3 - levande material i den underjordiska och akvatiska afotobiosfären Producenter (kemosyntetiska mikroorganismer) Miljö (hydrosfär, litosfär) Reducerare (svampar och bakterier) Konsumenter
Paragenetisk nivå av organisering av biosfären "Till de termodynamiska, fas- och kemiska skalen måste vi lägga till... ett paragenetiskt skal som bestämmer paragenes av element, dvs. lagarna för deras samtidiga förekomst. Biosfären är ett av dessa paragenetiska skal, det mest tillgängliga och kända för oss."
Levande materia, som är en speciell manifestation av planetens termodynamiska, fysikaliska och kemiska förhållanden, strävar ständigt efter att organisera dem på ett sådant sätt att de har maximal stabilitet i dess struktur, d.v.s. den överför dem till en mer komplex organisationsnivå. Som ett resultat dyker ett paragenetiskt skal av planeten upp - biosfären. I biosfären manifesteras en paragenes av strukturer på olika organisationsnivåer. Detta leder till uppkomsten av sådana komplexa strukturer, som bioinerta kroppar.
Kategorier av biosfärmaterial 1. Levande materia är summan av levande organismer som ständigt dör och föds (biogen migration av atomer kommunicerar med andra kategorier av materia). 2. Biogena ämnen (tidigare levande ämnen: kol, bitumen, olja, kalksten, etc.). 3. Inert materia är abiotisk, levande materia deltar inte i dess bildning. 4. Bioinert ämne – skapat av levande organismer och inerta processer (jordar, naturliga vatten, biosfär)
Biogeokemiska funktioner hos levande materia Gas (syre-koldioxid, ozon, etc.) Koncentration Redox Biokemisk Biogeokemiska funktioner hos människor
Organisation av livet på planetarisk-kosmisk nivå 1. På biosfärens skala och kort tid - en samling levande organismer. 2. På skalan av geologisk tid blir hela biosfären en faktiskt organiserad del av livet. 3. På skalan av kosmisk tid kan vi anta att hela kosmos (?) kan bli en potentiellt organiserad del av livet, dess potentiella kropp!
Organisation av livet på planetarisk-kosmisk nivå James Lovelock (1972) idé om den levande planeten "Gaia". En planet som bebos av levande organismer själv, som helhet, förvärvar vissa egenskaper hos en biologisk organism. Humberto Maturana och Francisco Varela (1974 -1979) Theory of autopoiesis, theory of self-producers autonoma system. En metasystemteoretisk livsmodell har skapats.
Det autopoetiska systemet interagerar med miljön som ett enda kollektiv, som en integritet. I processen av strukturell koppling med omgivningen sker adaptiva strukturella förändringar i kroppen. Störningar förekommer även i miljön under påverkan av organismen. Miljön är inte inert. I interaktionsprocessen fungerar organismen och miljön (som kan innefatta andra organismer) som samutvecklande partners. Biosfären är ett autopoetiskt system
Noosphere Termen introducerades av E. Leroy (fransk matematiker och filosof) 1927: Den fortsatta utvecklingen av livet på planeten kommer endast att åstadkommas med andliga medel: samhälle, språk, kultur, etc. Och detta kommer att vara noosfären, som kommer att följa biosfären. Pierre Teilhard de Chardin (fransk antropolog) skrev 1930 boken "The Noosphere: A Human Phenomenon". Noosfären betyder ett separat skal av jorden, bildat under utvecklingen av materia (tangentiell energi) och radiell (subtil) energi på planeten
Noosphere V.I. Vernadsky (1935) Noosphere är en naturlig kropp, vars komponenter är litosfären, hydrosfären, atmosfären och den organiska världen, omvandlad av intelligent mänsklig aktivitet. "Explosionen av vetenskapligt tänkande på 1900-talet förbereddes av hela biosfärens förflutna. Biosfären kommer oundvikligen att passera, på ett eller annat sätt, förr eller senare, in i noosfären.
Läran om biosfären
Enligt åsikterna från grundaren av den moderna läran om biosfären, akademiker V.I. Vernadsky, från ögonblicket av uppkomsten av liv på jorden, var det en process av långsiktig bildning av enheten av levande och inert materia, d.v.s. biosfären (från gr. bios - liv, sphaira - boll). Termen "biosfär" introducerades 1875 av den österrikiske vetenskapsmannen, utländsk hedersmedlem i St. Petersburgs vetenskapsakademi E. Suess (1831 - 1914). Biosfären är ett område med aktivt liv på jorden (dess skal), vars sammansättning, struktur och energi bestäms huvudsakligen av aktiviteten hos levande organismer (levande materia). Levande materia, enligt Vernadsky, är en bärare av fri energi i biosfären, där alla huvudorganismer är förbundna med sin livsmiljö genom självkontrollerade biologiska och geokemiska processer. Forskaren beskrev tydligt de övre och nedre gränserna för livsfördelningen. Den övre gränsen bestäms av strålningsenergi som kommer från rymden, vilket är destruktivt för levande organismer. Detta avser hård ultraviolett strålning, som blockeras av ozonskiktet (skärmen). Dess nedre gräns passerar på en höjd av cirka 15 km, dess övre gräns på rekordhöjd för fåglar att flyga. Den nedre gränsen för liv är förknippad med en ökning av temperaturen i jordens tarmar. På ett djup av 3...3,5 km når temperaturen 100 "C. Den nedre gränsen för liv i havet sträcker sig från 5 cm till 114 m under havsbottnens yta. Biosfärens allmänna struktur, som inkluderar nedre delen av atmosfären (upp till ozonbältet - på höjd 20...25 km); hela hydrosfären - oceaner, hav, ytvatten på land (upp till maximala djup - 11022 m); landyta; litosfären - den övre horisonten av jordens fasta skal, som visas i Fig. 1.1. Till exempel är ozonskärmen, eller ozonlagret, ett lager av atmosfären i stratosfären, beläget på olika höjder från jordens yta och har högsta ozondensitet. Höjden på ozonskiktet vid polerna är 1...8 km, vid ekvatorn 17...18 km, och maxhöjd förekomst av ozon 45...50 km. Ovanför ozonskiktet är det omöjligt att existera liv (på grund av solens hårda ultravioletta strålning). De viktigaste egenskaperna hos biosfärens tillstånd är biomassans atom, mängden kol och energi bunden i biomassan (på ytan och i marken), årlig tillväxt och mängden mineraler som finns i biomassan. Levande material på land är 1012...1013 ton, skogsbiomassa är 1011...12 ton, mineraler och kväve är 1010 ton. Cirka 90% av biomassan i biosfären är koncentrerad till skog. Den årliga ökningen av biomassa i taigan är 4...7%, i lövskogar 10...15%, grästillväxten är 30...50%.
Ris. 1.1. Biosfärens struktur (enligt G.V. Stadnitsky, 1997) I fig. Figur 1.2 visar biosfärens gränser och fördelningen av levande organismer i den. Organismer är kopplade till miljön genom den biogena strömmen av atomer: deras andning och reproduktion. Migration kemiska grundämnen med hjälp av levande organismer och skapar de existensvillkor som är nödvändiga för dem. Levande organismer ackumulerar solenergi, omvandlar den till kemisk energi och skapar all mångfald av liv. Migrationen av kemiska element i biosfären är förknippad med den vitala aktiviteten hos levande organismer, deras andning, näring, reproduktion, död och nedbrytning. Levande organismer deltar i omfördelningen av kemiska element, bildandet av stenar och mineraler och utför speciella geokemiska funktioner: gasutbyte, koncentration, redox, skapande och förstörelse. Levande organismer i biosfären kan studeras på nivån av populationer (en grupp individer av samma art som tillsammans lever i ett gemensamt territorium), samhällen (organismer associerade med en oorganisk miljö) och ekosystem (en uppsättning organismer och oorganiska komponenter i som kan cirkulera ämnen). Ekosystemet är relativt stabilt över tid och termodynamiskt öppet med avseende på inflöde och utflöde av levande materia och energi. 
Ris. 1.2. Fördelning av levande organismer i biosfären: 1 - ozonskikt; 2 - snögräns; 3 - jord; 4 - djur som lever i grottor; 5 - bakterier i oljevatten I vissa typer av ekosystem är avlägsnandet av levande materia utanför deras gränser så stort att deras stabilitet bibehålls huvudsakligen av inflödet av samma mängd materia utifrån, medan det inre kretsloppet är ineffektivt. Dessa är strömmande floder, bäckar och områden på branta bergssluttningar. Andra ekosystem, som skogar, ängar, sjöar etc., har en mer komplett kretslopp av ämnen och är relativt autonoma. Mängden levande materia från vissa organismer eller ett helt samhälle per ytenhet eller volym kallas biomassa. Den biomassa som produceras av en befolkning eller ett samhälle (per ytenhet) per tidsenhet kallas biologisk produktivitet. En del av jordens yta med en viss sammansättning av levande och inerta (jordlager av atmosfären, jord, etc.) komponenter, förenade av ämnesomsättningen och energin, kallas en biogeocenos, det vill säga en elementär homogen enhet av biosfären. Den största andelen landbiomassa består av gröna växter - 99,2%, och i havet endast 6,3%, medan massan av djur och mikroorganismer på land är 0,8% och i havet - 93,7%. Massan av levande materia på ytan av kontinenter är 800 gånger större än havets biomassa. Biosfären är extremt mångsidig när det gäller arter och morfologi. Nu på jorden finns det mer än 2 miljoner arter av organismer, varav djur står för mer än 1,5 miljoner, växter - bara cirka 500 tusen arter. Det bör noteras att V.I. Vernadsky i hans åsikter närmade sig biosfären som en planetarisk miljö där levande materia är fördelad. Till skillnad från ett antal forskare som bara såg biosfären som en samling av levande organismer och produkterna av deras vitala aktivitet, trodde Vernadsky att levande materia (i biokemisk mening) inte kan separeras från biosfären, vars funktion den är. Dessutom är biosfären ett område för omvandling av kosmisk energi, för kosmisk strålning som kommer från himlakroppar tränger igenom hela biosfärens tjocklek. Därför, enligt Vernadsky, är biosfären ett "planetärt fenomen av kosmisk natur", där levande materia dominerar som basen för biosfären. Hos levande organismer ökar hastigheten för kemiska reaktioner under ämnesomsättningen med en storleksordning. De unika egenskaperna hos levande materia inkluderar följande: - förmågan att snabbt ockupera eller bemästra allt fritt utrymme. Denna egenskap gav Vernadsky grunden för att dra slutsatsen att under vissa geologiska perioder var mängden levande materia ungefär konstant; - Förmågan att anpassa sig till olika förhållanden och, i samband med detta, behärska inte bara alla medel för livet (vattenlevande, mark), utan också förhållanden som är extremt svåra när det gäller fysiska och kemiska parametrar; - hög hastighet reaktionernas förlopp. Det är flera storleksordningar högre än i icke-levande materia. Till exempel konsumerar larverna hos vissa insekter en mängd mat per dag som är 100...200 gånger deras kroppsvikt; - hög förnyelsegrad av levande materia. Man beräknar att det för biosfären är i genomsnitt 8 år, medan det för land är 14 år, och för havet, där organismer med kort livslängd (till exempel plankton) dominerar, är det 33 dagar; stabilitet under livet och snabb nedbrytning efter döden, samtidigt som hög fysisk och kemisk aktivitet bibehålls. Således sker förändringen av syre i atmosfären om 2000 år, koldioxid - om 6,3 år. Processen med ett fullständigt vattenbyte på jorden (i hydrosfären) tar 2800 år, och den tid som krävs för fotosyntetisk nedbrytning av hela vattenmassan är 5...6 miljoner år. Ryska forskares arbeten har bevisat att de viktigaste beståndsdelarna i levande materia är syre (65...70%) och väte (10%). De återstående elementen representeras av kol, kväve, kalcium (från 1 till 10%), svavel, fosfor, kalium, kisel (från 0,1 till 1%), järn, natrium, klor, aluminium och magnesium. Således är levande materia helheten och biomassan av levande organismer i biosfären. V.I. Vernadsky skrev: "Det finns ingen kemisk kraft på jordens yta som är mer konstant verkande, och därför mer kraftfull i sina slutliga konsekvenser, än levande organismer sammantagna." V.I. Vernadskys doktrin om biosfären gjorde en revolution inom geologin, i åsikter om orsakerna till dess evolution. Innan Vernadsky i evolution övre skikten litosfären, främst jordskorpan, gavs företräde till fysiska och kemiska processer, främst vittring. Och bara han visade den transformerande rollen av levande organismer, mekanismer för stenförstörelse, förändringar i vattnet och atmosfäriska skal på jorden. Enligt Vernadsky är biosfären uppdelad i neobiosfär och paleobiosfär, den mer antika biosfären. Som exempel på den senare definitionen kan vi nämna ansamlingar av organiska ämnen (avlagringar av kol, olja, oljeskiffer etc.) eller reserver av andra föreningar som bildats med deltagande av levande organismer (kalk, krita, malmformationer, kiselföreningar) ). Biosfärens viktigaste egenskaper är dess organisation och stabila balans. Till exempel kan vi prata om biosfärens termodynamiska organisationsnivå - närvaron av två sammankopplade "lager": det övre, upplysta (fotobiosfären) och det nedre, jorden (afotobiosfären). Den termodynamiska organisationsnivån för biosfären manifesteras i specifikationerna för temperaturgradienter i hydrosfären, atmosfären och litosfären. Det finns andra nivåer av organisering och stabilitet i biosfären. Moderna filosofiska begrepp handlar om att samspelsprocessen mellan samhället och biosfären bör hanteras i ömsesidigt intresse. I motsats till biogenes betraktas detta stadium av biosfärens utveckling som ett stadium av intelligent utveckling, d.v.s. noogenesis (från gr. noos - sinne). Följaktligen sker en gradvis omvandling av biosfären till noosfären. Begreppet "noosphere" introducerades på 1800-talet. Den franske vetenskapsmannen och filosofen E. Leroy (1870 - 1954) och utvecklad av den franske filosofen Teilhard de Chardin (1881 - 1955), och konceptet om noosfären underbyggdes av V. I. Vernadsky. Denna term innebar bildandet av ett speciellt skal av jorden med alla dess attribut: mänskligt samhälle, byggnader, språk etc. Noosfären betraktades som ett slags "tänkande lager ovanför biosfären." V.I. Vernadsky trodde att noosfären är ett nytt geologiskt fenomen på jorden. I den blir människan för första gången en mäktig geologisk kraft. Men en person, som allt levande, kan bara tänka och handla i biosfären, som han är ansluten till och från vilken han inte kan lämna. I detta skede av livets utveckling utvecklingen kommer att gå längs noogenesens väg, som är ett skede av rimlig reglering av förhållandet mellan människa och natur, d.v.s. rättelse av befintliga kränkningar i naturen och förebyggande av kränkningar och avvikelser i framtiden. Enligt Vernadsky kommer biosfären oundvikligen att förvandlas till noosfären, d.v.s. in i en sfär där det mänskliga sinnet kommer att spela en dominerande roll i utvecklingen av människa-natur-systemet. Vissa forskare ser denna lag som en social utopi. Men det är ganska uppenbart att om mänskligheten inte börjar reglera sin egen påverkan på naturen, förlitar sig på dess lagar, så är den dömd till förstörelse. Akademikern Vernadsky ansåg att villkoren för skapandet av noosfären var den vetenskapliga och kulturella föreningen av hela mänskligheten, förbättringen av kommunikationsmedel och utbyte, upptäckten av nya energikällor, framväxten av välstånd, alla människors jämlikhet och utestängning av krig från samhällets liv. De viktigaste bestämmelserna i läran om biosfären inkluderar funktionerna hos levande materia. Dessa inkluderar energifunktionen - växter, i processen för fotosyntes, ackumulerar solenergi i form av organiska föreningar, vars energi sedan fungerar som en källa till kemisk energi för biosfären. Inom ekosystemet fördelas denna energi i form av "mat" mellan djuren. Till exempel äter kor, får, getter och andra djur gräs och trädblad som mat. Energin försvinner delvis och ackumuleras delvis i dött organiskt material. Detta ämne förvandlas till ett fossilt tillstånd. Det var så fyndigheter av torv, kol, olja och andra mineraler bildades. En annan funktion är destruktiv, som består i nedbrytning, mineralisering av dött organiskt material och inblandning av de resulterande mineralerna i den biotiska cykeln, och sedan i nedbrytningen av det (ämnet) till enkla organiska föreningar (koldioxid, vatten, metan) ammoniak), som återigen används i cykelns första länk. Till exempel har bakterier, alger, svampar och lavar en stark kemisk effekt på stenar med lösningar av ett helt komplex av syror: kolsyra, salpeter, svavelsyra. Genom att sönderdela vissa mineraler med deras hjälp, extraherar organismer och inkluderar i den biotiska cykeln de viktigaste näringsämnena: kalcium, kalium, natrium, fosfor, kisel. Den tredje funktionen är koncentration. Denna funktion består i selektiv ackumulering i organismer av atomer av ämnen som är utspridda i naturen. Till exempel, i marina organismer, jämfört med den naturliga miljön, ackumuleras spårämnen och tungmetaller, inklusive giftiga (kvicksilver, bly, arsenik och andra kemiska element), i stora mängder. Deras koncentration i fisk kan vara hundratals gånger högre än i havsvatten. Tack vare detta är marina organismer användbara som en källa till mikroelement. Den fjärde funktionen av levande materia är miljöbildande, vilket består i att omvandla parametrarna för livsmiljön (litosfären, hydrosfären, atmosfären) under förhållanden som är gynnsamma för organismers liv, inklusive människor, dvs. denna funktion upprätthåller balansen mellan materia och energi i biosfären. Samtidigt kan levande materia återställa miljöförhållanden som störts till följd av naturkatastrofer eller antropogen påverkan, om de störningar som uppstår inte överstiger tröskelvärdena. Trots det faktum att den totala massan av levande materia som täcker jorden är försumbar, påverkar resultaten av den vitala aktiviteten hos organismer sammansättningen av litosfären, hydrosfären och atmosfären. V.I. Vernadsky förklarar detta tillstånd i ekosystemet med det faktum att massan av organismer fyller sin planetariska roll genom snabb reproduktion, det vill säga en mycket energisk cirkulation av ämnen som är associerade med denna reproduktion. Den enda energikällan för alla naturliga processer som utvecklas i biosfären är solstrålning. Flödet av solstrålning till jorden är ungefär lika med 4190 103 J/(m2-år). I genomsnitt tas 1/5 av det totala flödet emot per ytenhet. Summan av solenergiflöden som kommer till och lämnar jordens yta kallas "strålningsbalansen på jordens yta". Strålningsbalansens energi går åt till uppvärmning av atmosfären, förångning, värmeväxling med lager av hydro- eller litosfären och en rad andra processer. Vissa av dessa processer påverkar fotosyntesen, som omvandlas till kemisk energi, och skapandet av organiskt material. Organismer som syntetiserar organiska ämnen från oorganiska föreningar med hjälp av solens energi kallas autotrofer, och på grund av den energi som frigörs under kemiska reaktioner, - kemotrofer. Organismer som livnär sig på färdiga organiska ämnen kallas heterotrofer. Autotrofer och kemotrofer som producerar organiskt material från oorganiska föreningar kallas producenter. Organismer som livnär sig på organiska ämnen och omvandlar dem till nya former kallas konsumenter. Organismer som under sin livstid omvandlar organiska rester till oorganiska ämnen kallas nedbrytare. Solenergi på jorden orsakar två cykler av ämnen: stora eller geologiska, tydligast manifesterade i vattnets kretslopp och atmosfärscirkulationen, och små eller biologiska. Båda cyklerna är sammankopplade och representerar en enda process. Den geologiska cykeln sker över hundratusentals eller miljoner år. Det ligger i det faktum att stenar utsätts för förstörelse, vittring och vittringsprodukter, inklusive de som är lösliga i vatten, transporteras av vattenflöden till världshaven. Här bildar de marina skikt och återvänder endast delvis till land med nederbörd. Det biologiska kretsloppet är en del av det geologiska kretsloppet och består i att markens näringsämnen - vatten, kol - ackumuleras i växternas levande materia, läggs på att bygga kroppen och utföra livsprocesserna för både dem själva och konsumentorganismer. Sönderfallsprodukter av organiskt material kommer in i jorden från mesofauna (till exempel bakterier, svampar, maskar, blötdjur, etc.) och sönderdelas igen till mineralkomponenter, återigen tillgängliga för växter och återigen involverade av dem i flödet av levande ämnen. Den lilla cykeln av ämnen, som drar inerta medier in i dess många banor, säkerställer reproduktionen av levande materia och har ett aktivt inflytande på biosfärens utseende. En av bestämmelserna i doktrinen om biosfären är upprättandet av lagen om bevarande (sparsamhet) av biosfären. Meningen med lagen är att atomer som kommit in i någon form av levande materia antingen återvänder med svårighet eller inte återvänder, det vill säga man kan tala om att atomer finns kvar i levande materia under geologiska perioder. Biosfärnivå- den högsta formen av organisering av liv på jorden. På denna nivå sker enandet av alla kretslopp av ämnen och omvandlingen av energi till en enda cykel. Levande saker är organiserade enligt typen av hierarkiska system: övergången från en nivå till en annan är förknippad med bevarandet av de funktionella mekanismer som fungerar på den tidigare nivån, och med uppkomsten av nya strukturer och funktioner, nya kvaliteter. Nivån representeras av biosfären - området för aktivt liv. Det täcker aerosfären(lägre atmosfär) hydrobiosfären(hydrosfär), terrabiosfären(landyta) och lithobiosfären(övre delen av litosfären). Biosfären är ett ganska tunt lager: mikrobiellt liv är utbrett upp till höjder av 22 km över ytan, och i haven finns närvaron av liv på djup upp till 10-11 km under havsytan. Liv tränger mindre in i jordskorpan, mikroorganismer hittades vid borrning till djup av 2 - 3 km. Av en slump faller levande materia in i lagren som ligger nära "ovanför" och "under", de kallas par- Och metabiosfären respektive. Men "livets film" täcker hela jorden, spår av liv har hittats även i öknar och is. Livsfördelningen är extremt ojämn. Marken (litosfärens övre skikt), hydrosfären och atmosfärens nedre skikt innehåller den största mängden levande materia.
Utvecklingen av läran om biosfären har sin egen historia. En av de första naturforskarna som tittade på jorden som helhet var M.V. Lomonosov. Han skrev i sitt arbete "On the Layers of the Earth" att "chernozem inte är en primitiv eller primordial materia, utan kom från förfallet av djur och växande kroppar över tiden", att brunkol, stenkol och chernozem är resultatet av organismers inverkan på marken. Lomonosov gav en allmän översikt över jordens geologi och bevisade dess antiken som en planet. På den tiden uppfattades inte ens fossiler - de fossiliserade resterna av organismer - av alla som spår av ett en gång tidigare liv. 1802 påpekade Lamarck i "Hydrogeology" de levande organismernas roll i geologiska processer. A. Humboldts bok "Cosmos" innehåller mycket material om levande varelsers inverkan på geologiska strukturer.
Ursprunget till det inhemska agrokemi associerad med D.I. Mendeleev. Han undersökte problemen med växtnäring och ökad produktivitet
jordbruksgrödor. Effektiviteten av mineraliska och organiska gödningsmedel studerades av A.N. Engelgardt och D.N. Pryanishnikov. Uppstod i början av 1900-talet. geokemin baserades på evolutionens principer. Skogsodling i marken var engagerad i V. A. Obruchev och lade grunden permafrost vetenskap, han studerade tektonik och geologi. V.V. Dokuchaev med sitt verk "Russian Black Soil" upptäckte markvetenskap Hur vetenskaplig disciplin, som står i skärningspunkten mellan geologi, biologi och kemi. Hans jord är en speciell naturkropp som har stor betydelse för jordbruket. Han gav världens första klassificering av jordar, skisserade doktrinen om landskapsgeografiska zoner, utvecklade planer för att bekämpa torka och sörjde för ett antal agronomiska och skogsåtervinningsåtgärder. M. M. Sibirtsev och P. A. Kostychev arbetade med honom. Sibirtsev deltog i många expeditioner till Rysslands södra stäpp, skrev den första läroboken "Soil Science" (1889). Kostychev visade sambandet mellan markegenskaper och den vitala aktiviteten hos växter och mikroorganismer, och människans roll i att förändra dessa samband. Han fastställde (1886) den avgörande roll som lägre organismer spelar i bildandet av humus (humus). Den tyske vetenskapsmannen G. Gelriger demonstrerade experimentellt baljväxternas symbios med knölbakterier (1888), vilket visade sig vara viktigt i agronomi.
Den ryske forskaren V.R. Williams bevisade rollen av biologiska faktorer (naturliga samhällen av högre gröna växter och mikroorganismer) i bildandet av markens bördighet. Han var den förste att betona vikten av den biologiska cykeln av element i bildandet av inte bara den organiska, utan också den mineraliska delen av jordar, och utvecklade vetenskaplig grund gräs-fält jordbrukssystem (1914). Dokuchaev, som undervisade i mineralogi, bestämde V.I. Vernadskys vitala intressen redan under sina studentår. Vernadsky studerade utvecklingen av mineraler i jordskorpan (1908), skapade en geokemisk klassificering av kemiska element, utvecklade läran om migration av atomer i jordskorpan, lade grunden till den genetiska riktningen i mineralogin, och det var den allmänna problem med mineralogi och geologi som ledde honom till begreppet biogeokemi (1917). Vernadskys "Biosphere" ger en holistisk bild av mekanismen för bildandet av jordskorpan, med hänsyn till livets avgörande inflytande.
V.I. Vernadsky skapade doktrinen om biosfären som jordens aktiva skal, där den totala aktiviteten hos levande organismer - geokemisk faktor planetarisk skala och betydelse. Termen "biosfär", som introducerades (1875) av E. Suess, hänvisade till helheten av organismer som lever på jordens yta. Vernadsky inkluderade också människor i begreppet levande organismer. Han tilldelade i biosfären inert(solenergi, stenar, mineraler, etc.) och bioinert(jordar, ytvatten och organiskt material). Även om levande materia utgör en obetydlig del av biosfären i termer av massa och volym, spelar den en stor roll i geologiska processer i samband med förändringar på vår planet.
Enligt Vernadsky är biosfären planetens levande materia och den inerta materia som omvandlas av den. Begreppet "biosfär" är ett grundläggande begrepp inom biogeokemi, och inte biologiskt eller geologiskt. Biosfären organiserar processer på jorden och nära jorden; bioenergetiska processer och metabolism sker i den som ett resultat av livsaktivitet. En levande organism är en integrerad del av jordskorpan, som kan förändra den. Levande materia är en samling organismer som deltar i geokemiska processer. Organismer tas från miljö kemiska grundämnen, bygga kroppar av dem, återföra dem till samma miljö både under livet och efter deras död. Därför binder levande materia samman biosfären och är en systembildande faktor. Förändringar i levande materia sker mycket snabbare än i inert materia, därför använder de begreppet historisk tid i den, och i inert materia - geologisk tid. Under geologiska tiders lopp ökar den levande materiens kraft och dess inflytande på inert materia, och endast i levande materia under dessa tider sker kvalitativa förändringar. Och levande materia kan ha sin egen utvecklingsprocess, oavsett förändringar i miljön.
Om en enskild organisms "livscykel" är begränsad och dess existens inte är obegränsad, kan levande varelser som helhet betraktas som geologiskt odödliga. Geologiskt sett är livet evigt, därför, om en individ så småningom förlorar förmågan att utföra arbete och upphör att existera, kännetecknas själva livets process av en kontinuerlig ökning av förmågan att utföra externt arbete. Han uttryckte denna idé i tre principer, som han kallade biogeokemisk:
1 - fri (biogeokemisk) energi tenderar till maximal manifestation i biosfären;
2 - under arternas utveckling överlever de organismer som ökar fri energi med sina liv;
3 - jordens befolkning bör vara så bred som möjligt under geologisk tid.
Dessa principer uttrycker endast lagen om levande natur och motsäger inte termodynamikens lagar. Hela flödet av levande materia, från de enklaste till de mest utvecklade formerna, inklusive det mänskliga sinnet och socialt arbete, är den form av rörelse av materia där lagen om minskande entropi verkar, medan den växer för oorganisk materia. Och dessa två typer av materia är sammankopplade till en enda helhet. Vernadsky använde framgångsrikt lagen om ökande entropi för att förklara jordens kosmiska utveckling. Och han betraktade biosfärens födelse som en planetariskt-kosmisk "särskild punkt" - ett kvalitativt språng, före vilket processer av livlös natur dominerade på vår planets yta, och efter vilket processer i levande natur började dominera.
snäll. Under påverkan av strålningsenergi uppstår organiskt liv och utvecklas irreversibelt.
Vernadsky trodde att livet på jorden uppstod samtidigt med planetens bildande: "Jordens varelser är skapandet av den kosmiska processen, en nödvändig och naturlig del av den harmoniska kosmiska mekanismen." Bland de många lagar som äger rum inom biologi, geologi, biokemi och geokemi identifierade Vernadsky de grundläggande empiriska principerna.
1. Principen om integritet Biosfären säkerställs genom att alla processer i biosfären är konsekventa. Livet begränsas av snäva gränser - fysiska konstanter, strålningsnivåer, etc. Gravitationskonstant bestämmer storleken på stjärnor, temperatur och tryck i dem. Om den blir mindre kommer stjärnorna att ha lägre massor, deras temperatur blir otillräcklig för att kärnreaktioner ska inträffa; om lite mer kommer stjärnorna att överstiga sin "kritiska massa", lämna den allmänna cirkulationen och förvandlas till svarta hål. Elektromagnetisk interaktionskonstant bestämmer kemiska omvandlingar, är ansvarig för det elektroniska skalet av atomer och styrkan hos bindningar i molekyler. Svag interaktionskonstant, ansvarig för omvandlingen av elementarpartiklar, när den förändras kommer den att "underminera" hela vår värld. Stark interaktionskonstant, ansvarig för atomkärnornas stabilitet, bör inte heller förändras, annars kommer reaktioner i stjärnor att fortgå annorlunda och kol och kväve kanske inte bildas. Och det är inte klart om ett liv av vår typ överhuvudtaget kommer att vara möjligt.
2. Principen om harmoni i biosfären och dess organisation relaterad till den föregående. Lagarna för energiomvandling på jorden, lagarna för atomrörelse är en återspegling av kosmos harmoni, rytmiken i himlakropparnas rörelse. Grunden för biosfärens existens är jordens position i rymden, lutningen jordens axel till ekliptikan, som bestämmer klimatet och livscyklerna för alla organismer. Solen är den huvudsakliga energikällan i biosfären och en regulator av biologiska processer. Som Yu. R. Mayer noterade, "livet är skapandet av en solstråle."
3. Biosfärens kosmiska roll i energiomvandling– vi kan betrakta den här delen av levande natur som ytterligare utveckling samma process att omvandla solenergi till effektiv energi från jorden. Biosfären är en och samma rymdskepp från de äldsta geologiska tiderna. Livet förblev konstant hela denna tid, bara dess form förändrades. Levande materia i sig är inte en slumpmässig skapelse. Energikällor för geologiska fenomen är kosmiska, främst solenergi; planetarisk, förknippad med strukturen och rymdhistoria Jorden; materiens inre energi - radioaktivitet. Levande materia omvandlar aktivt solenergi till kemisk molekylär rörelse och komplexiteten hos biologiska strukturer.
4. Livet sprider sig- en manifestation av dess geokemiska energi, en analog till lagen om tröghet för livlös materia. Små organismer förökar sig snabbare än stora. Hastigheten för överföring av liv beror på densiteten av levande materia.
5. Autotrofisk organismer tar allt de behöver för livet från den inerta materien runt dem och kräver inte färdiga föreningar från en annan organism för att bygga sin kropp. Existensfältet för gröna autotrofa organismer bestäms främst av området för penetration av solljus.
6. Kosmisk energi orsakar livstrycket, vilket uppnås genom reproduktion. Reproduktionen av organismer minskar när deras antal ökar.
7. Former av förekomst av kemiska element: bergarter och mineraler, magma, spårämnen, levande materia. Jordskorpan är en komplex mekanism där atomer och molekyler ständigt rör sig, olika geokemiska cykler förekommer, som till stor del bestäms av levande materias aktivitet. Lagen om sparsamhet vid användning av enkla kemiska kroppar av levande materia: när ett grundämne väl kommer in går det igenom en lång rad tillstånd, och kroppen absorberar endast den nödvändiga mängden grundämnen.
8. Livet på jorden bestäms helt av fältet hållbarhet hos grön vegetation. Livets gränser bestäms av de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos föreningarna som bygger upp kroppen och deras oförstörbarhet under vissa miljöförhållanden. Det maximala livsfältet bestäms av de extrema gränserna för organismers överlevnad. Den övre gränsen för liv beror på strålningsenergi, vars närvaro utesluter liv och från vilken ozonskiktet skyddar. Den nedre gränsen är förknippad med att uppnå hög temperatur. Intervallet 432 °C (från -252 till +180 °C) är den begränsande värmeskölden.
9. Principen om beständighet av mängden levande materia i biosfären. Mängden fritt syre i atmosfären är av samma storleksordning som mängden levande materia (1,5-10 18 kg och 10 17 -10 18 kg). Livsöverföringshastigheten kan inte överskrida de gränser som bryter mot gasernas egenskaper. Det pågår en kamp om den nödvändiga gasen.
10. Varje system når en position med stabil jämvikt
detta, när dess fria energi är lika med noll eller närmar sig
till det, d.v.s. när allt arbete som är möjligt under systemets förhållanden är gjort
trakasserad. Konceptet med stabil jämvikt är extremt viktigt.
Antropisk princip som framförts av G.M. Idlis (1958), är förknippad med den första av Vernadskys principer som listas här och består i den exakta överensstämmelsen mellan världskonstanters värden och möjligheterna för livets existens. Den fantastiska konsistensen av ett antal kvantiteter ger intrycket att det kan finnas en dold princip som ordnar hela universum. Till det
Många människor har tagit upp detta faktum. Nu är den formulerad i två versioner - svag och stark. Som den berömda amerikanske fysikern J. Dyson uttryckte det: "Om vi tittar noga på universum och ser hur många olyckor som har tjänat oss till vårt bästa, verkar det nästan som att universum visste att vi skulle dyka upp." Detta är en av formuleringarna av den svaga principen, i engelsk litteratur - WAP. Men det svarar inte på många frågor, som varför universum är sådant att det tillät livets uppkomst. Eller kanske det inte finns något behov av att skapa teorier som inte tillåter existensen av en observatör? En stark princip - livets uppkomst är naturligt i universum, men kanske är uppkomsten av en observatör målet för universums utveckling?
Vernadsky klassificerade levande tings geologiska roll i fem kategorier: energi, koncentration, destruktiv, miljöbildande, transport. Levande organismer skapar migration av kemiska element i biosfären genom deras andning, näring, metabolism och en kontinuerlig generationsväxling. Levande varelsers biogeokemiska energi är energikällan för omvandlingen av geosfärer.
IN OCH. Vernadsky, som betraktade biosfären som ett geologiskt skal, förstod tydligt att strukturen av detta skal inte återspeglar den fulla komplexiteten hos de processer som äger rum i den. Därför introducerade han begreppet organisering av biosfären. Redan 1931, i sitt arbete "Om villkoren för uppkomsten av liv på jorden", definierade Vernadsky organiseringen av biosfären som stabiliteten i ett dynamiskt system, dess jämvikt.
Organisationen av biosfären i geologisk tid bekräftas av det faktum att hela biosfären är täckt av troposfären, hydrosfären, litosfären och levande materia. Dessa delar tränger in i varandra och interagerar med varandra och bildar en enda helhet (Fig. 2).
BIOSFÄR
Ris. 2. Samband mellan skalen i jordens biosfär
Sålunda innebär begreppet "organisation" att den omgivande naturen inte är ett kaos av disparata element, utan representerar en enda och sammanhängande helhet.
Naturens organisation är inte bara ett yttre empiriskt faktum, utan också dess grundläggande egenskap. Tydligast framträder det i fenomenet levande varelser, där varje korn kan betraktas som ett slags mikrokosmos.
Sålunda innebär organiseringen av biosfären enhet, likvärdighet och koppling mellan dess delar. Organisationen av biosfären manifesteras på olika nivåer. Det finns termodynamiska, fysikaliska, kemiska, biologiska, paragenetiska, energetiska, planetariska nivåer av organisering av biosfären.
1.5. Stabilitet och självreglering i processen för biosfärutveckling
Jordens biosfär- ett öppet, komplext, flerkomponents, självreglerande, rymdanslutet system av levande materia och mineralföreningar som bildar planetens yttre skal.
Biosfären är inte bara det område där liv uppstod och utvecklades på planeten jorden i alla dess mångfald av former. Under dess existens har levande materia djupt förändrat planetens ursprungliga natur och biologiserat den. Livet i sig anpassade och optimerade miljön. En ozonsköld har uppstått i stratosfären som skyddar levande varelser från de destruktiva effekterna av ultravioletta strålar och annan kosmisk strålning.
Vitring, jordbildning, kolluviala och alluviala sediment täckte monolitiska, karga, vattenfria bergarter med organiskt-mineraliska täcken av fin jord. Dessa processer skapade lösa horisonter med gynnsamma fysikaliska och kemiska egenskaper för växternas existens, särskilt deras rotsystem, och ekologiska nischer för djur. Växtfotosyntes var en mekanism för ackumulering av aktiv biokemisk energi i massor av organiskt material i form av humus och fossila bränslen, vilket garanterar tillfredsställelse av organismernas krav i händelse av stressiga förhållanden och ogynnsamma perioder.
Levande materia, efter att ha skapat jordtäcket, övervann de begränsade resurserna av kväve-kol, vatten, luft och mineralnäring. Neosyntes av högdispergerade mineraler gav fysikalisk-kemisk absorptionsförmåga i jordar, och fixerade därigenom föreningarna N, P, Ca, K. Ännu mer intensiv ackumulering av makroelement (C, N, P, Ca, S, K) och mikroelement (I, Zn, Cu, Co, Se, etc.) observeras under biogen ackumulering i form av humusorganiska föreningar.
En samverkansmekanism - symbios - mellan växter, djur, insekter, lägre ryggradslösa djur och mikroorganismer med bildandet av näringskedjor uppstod och visade sin exceptionella roll. Denna mekanism i biosfären gör det möjligt att klara sig med små energireserver och kemiska föreningar. Men det finns gränser för denna stabilitet och självreglering. Om förändringar i miljön går utöver de periodiska fluktuationer som organismer är anpassade till, störs koherensen mellan ekosystemen och biosfären som helhet.
Liv, levande materia, biosfären, tack vare dessa processer, såväl som i samband med kontinuiteten i flödet av kosmisk energi, utvecklat på jorden enligt principen om självkontrollerad utökad reproduktion. Således fanns det i Devonian cirka 12 tusen arter av växter, under karbonperioden - 27 tusen, i Permo-Triassic - 43 tusen, i Jurassic - 60 tusen. Modern flora har cirka 300 tusen arter (Kovda, 1983) . Denna riktade progressiva utveckling av biosfären var inte kontinuerlig. Katastrofer (epoker av vulkanism, glaciation, ökenspridning) störde och försenade den allmänna processen med utökad reproduktion, men kunde inte stoppa den allmänna processen med allt mer komplex utveckling av livet och biosfären.
1.6. Begreppet biogeocenos som en elementär strukturell
biosfärenheter
Biogeocenosär ett ömsesidigt beroende komplex av levande och inerta komponenter sammankopplade genom utbyte av materia och energi (grekiska: bios - liv, gi - geo - jorden, koinos - allmänt). Konceptet bygger på definitionen av akademiker V.N. Sukachev, enligt vilken biogeocenos- "en uppsättning homogena naturfenomen (atmosfär, sten, vegetation, djurliv och världen av mikroorganismer, jordmån och hydrologiska förhållanden) över en viss utsträckning av jordens yta, som har sin egen speciella specificitet av interaktionen mellan dessa komponenter som utgör det och ett visst slags utbyte av materia och energi mellan dem och andra naturfenomen och representerar en inre motsättning, en dialektisk enhet, i ständig rörelse och utveckling.”
För närvarande anses termerna "biogeocenos" och "ekosystem" ofta vara synonyma. Men konceptet "biogeocenosis" som föreslagits av V.N. Sukachev och relaterad till jordlevande system, har vissa territoriella gränser. Begreppet "ekosystem" är dimensionslöst och kan omfatta utrymme i vilken utsträckning som helst - från en droppe vatten med mikroorganismer som lever i den till hela biosfären som helhet. Således är begreppet "biogeocenos" i förhållande till begreppet "ekosystem" mer specifikt. Men vid Unescos symposium om hur terrestra ekosystem fungerar på primärproduktionsnivå, som hölls i Köpenhamn 1965, kom man överens om att de två termerna hade samma betydelse.
Så, biogeocenoser är delar av jorden eller vattenytan, homogena ur topografiska, mikroklimatiska, botaniska, zoologiska, jordmån, hydrologiska och geokemiska förhållanden. I detta system kännetecknas cirkulationen av ämnen och energiflödet av en viss intensitet och riktning. Utgångspunkten för ämnescykeln är fotosyntes och växternas skapande av fytobiomassa. Den faktiska storleken på biogeocenoser på planeten varierar mycket: från flera meter (mikrodepressioner i stäpper och halvöknar, sanddyner, etc.) till kilometer (biogeocoenoser av solonchak, solonetz, takyr, homogena stäppområden, skogar, etc.). ). De vertikala dimensionerna hos biogeocenoser varierar också ganska mycket: från några centimeter på klippor till flera tiotals meter i taiga eller tropiska skogar.
Biogeocenos är relativt stabil i tiden och är termodynamiskt öppen med avseende på in- och utflöde av materia och energi. Den har tillförsel av energi och olika ämnen: solenergi, mineralelement av stenar, atmosfärisk nederbörd, grundvatten. Liksom frigörandet av energi och näringsämnen till atmosfären (värme, syre, koldioxid, etc.), litosfären (humusföreningar, mineraler, sedimentära bergarter) och hydrosfären (upplösta näringsämnen i mark-, sjö- och flodvatten) .
Biosfärens och biogeocenosens självreglerande natur är resultatet av de autokatalytiska egenskaperna hos levande materia, dess förmåga att absorbera och utbyta ämnen, växa och fortplanta sig. Flödet av energi och materia i biogeocenos går från växter till växtätare, från de senare till rovdjur, sedan till lägre organismer och bakterier i marken. Det är växtätare som börjar näringskedjan av organismer som konsumerar och förstör organiskt material som skapas under fotosyntesprocessen. Därför är den primära källan till mat och energi för näringskedjan av organismer den fytomassa som skapas av växter. Zoomass är en sekundär produkt. Därför görs en skillnad mellan primär och sekundär produktivitet av biogeocenoser och landskap.
I näringskedjan av organismer i en biogeocenos finns ett kontinuerligt flöde av energi. Vid varje ny länk i denna kedja försvinner 50–90 % av den energi och biomassa som ackumulerats i föregående steg. Det finns en sk ekologisk pyramid energireserver. Ju fler länkar i näringskedjan, desto högre blir den ekologiska pyramiden och desto mer energi går förlorad i den sista länken (Fig. 3).
| ÖRN | ||||||||||
| ORMER | ||||||||||
| GRODOR | ||||||||||
| GRÄSHOPPOR | ||||||||||
| Örter | ||||||||||
Ris. 3. Pyramid av näringskedjan
Huvudpoängen med ekosystemenergi är bioenergiprocessernas irreversibilitet. Därför, när det tillämpas på ekosystem (och i synnerhet på jordar), kan uttrycket "energicykel" inte användas, precis som i biogeokemi och markvetenskap om ämnens kretslopp. Den enda korrekta termen är "energiflöde", eftersom energin från primära biologiska produkter bara förbrukas i framtiden. För att fylla på och återställa biomassa i ekosystemet är det nödvändigt konstant tillströmning energi från utsidan, medan det kanske inte finns ett inflöde av materiaatomer. Samma atomer kan cirkulera upprepade gånger i en biogeocenos.