ภูมิหลังทางวิทยาศาสตร์ รูปร่างทรงกลมของดาวเคราะห์ (XYII-XYII, Leonardo da Vinci, G. Bruno, Galileo Galilei) ความสำคัญทางธรณีวิทยาของสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวโลก (XYII-XYIII, D. Woodward, J. Buffon, Jean Baptiste Lamarck) 1803 Lamarck : ใช้คำว่า biosphere เพื่อแสดงถึงจำนวนทั้งสิ้นของสิ่งมีชีวิต (ทรงกลมของแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต) ตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 ไม่เพียงแต่บรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ และเปลือกโลกเท่านั้นที่ได้รับความโดดเด่น แต่ยังมีการสังเกตการแทรกซึมของพวกมันด้วย

ภูมิหลังทางวิทยาศาสตร์ ศตวรรษที่ 19: ฮุมโบลดต์ – เรื่องปฏิสัมพันธ์ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ Dokuchaev (อาจารย์ของ Vernadsky) ใน "หลักคำสอนเรื่องเขตธรรมชาติ" เกี่ยวกับ "... ความเชื่อมโยงทางธรรมชาติระหว่างธรรมชาติที่ตายแล้วกับธรรมชาติที่มีชีวิตระหว่างอาณาจักรพืชสัตว์และแร่ธาตุในด้านหนึ่งมนุษย์ชีวิตของเขาและแม้แต่โลกฝ่ายวิญญาณ อีกด้านหนึ่ง” E. Suess - 1875 ชีวมณฑลไม่เพียงแต่มีความหมายเท่านั้น โลกอินทรีย์แต่ยังรวมถึงสภาพแวดล้อมด้วย

บทบัญญัติหลัก (ภาพรวมเชิงประจักษ์) ของหลักคำสอนเรื่องชีวมณฑลของ Vernadsky ในปี 1926 เรื่อง "ชีวมณฑล": "สิ่งมีชีวิตยังกระจายอยู่ในศูนย์กลางในเปลือกโลกด้วย พื้นที่ที่ถูกครอบครองโดยมันก่อตัวเป็นเปลือกซึ่งเราเรียกว่าชีวมณฑล ชีวมณฑลนี้ครอบคลุมส่วนหนึ่งของธรณีภาคและบรรยากาศ และไฮโดรสเฟียร์ทั้งหมด"

ภาพรวมเชิงประจักษ์ Vernadsky ชี้ให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของสิ่งมีชีวิต: 1. มีความเชื่อมโยงทางพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิตสมัยใหม่และสิ่งมีชีวิตในอดีต ความต่อเนื่องของอิทธิพลของสารนี้ต่อสิ่งแวดล้อม ความต่อเนื่องของกระบวนการของ การผุกร่อนทางชีวธรณีเคมี หลักการของสัจนิยมนิยมคือความต่อเนื่องของการดำรงอยู่ของชีวมณฑล “การแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต - การเคลื่อนไหวซึ่งแสดงออกในการมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่งของชีวิต เป็นการสำแดงของพลังงานภายในของมัน ซึ่งเป็นงานทางเคมีที่มันสร้างขึ้น ฉันจะเรียกมันว่าพลังงานธรณีเคมีแห่งชีวิต”

ภาพรวมเชิงประจักษ์ 2. หลักการของ Redi (1712) – สิ่งมีชีวิตทุกสิ่งล้วนมาจากสิ่งมีชีวิต ไม่มีหลักฐานทางธรณีเคมีสำหรับการกำเนิดสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นเองในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา ไม่เคยมีการสำรวจยุคทางธรณีวิทยาของอะโซอิก (เช่น ไร้ชีวิต) ตลอดเวลาทางธรณีวิทยา 3. หลักการของแดน (1863) – ทิศทางของกระบวนการวิวัฒนาการ (cephalization) การปรากฏตัวของมนุษย์ในชีวมณฑลนั้นเป็นไปตามธรรมชาติ มนุษย์ได้กลายเป็นพลังทางธรณีวิทยาบนโลกใบนี้ 4. พลังงานการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ผ่านสิ่งมีชีวิต ควบคุมการปรากฏทางเคมีของเปลือกโลก

ภาพรวมเชิงประจักษ์ 6. สิ่งมีชีวิตเป็นปรากฏการณ์ของดาวเคราะห์และไม่สามารถแยกออกจากชีวมณฑลได้ ซึ่งเป็นหน้าที่ทางธรณีวิทยา 7. รังสีคอสมิกมาจากทุกคน เทห์ฟากฟ้าปกคลุมชีวมณฑล ทะลุทะลวงทุกสิ่งในนั้น ชีวมณฑลเป็นพื้นที่ของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจักรวาล สารของชีวมณฑลเริ่มทำงานได้ด้วยพลังงานนี้ ใบหน้าของโลกกำลังเปลี่ยนแปลง ไม่เพียงแต่เป็นภาพสะท้อนของโลกของเราเท่านั้น แต่ในขณะเดียวกัน ยังเป็นการสร้างพลังภายนอกของจักรวาลด้วย

สถานที่ของชีวมณฑลในระบบดาวเคราะห์ “โลก” (บรรยากาศ) ขอบเขตด้านบนของชีวมณฑลคือขอบเขตด้านบนของขอบเขตการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต – ชั้นโอโซนที่ขอบของโทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์ ขีดจำกัดบนถูกกำหนดโดยการแผ่รังสี (ที่ระดับความสูง 9,000 ม. มากกว่าระดับน้ำทะเลหลายสิบเท่า ที่ระดับความสูง 15 กม. 100 เท่า) ความเข้มข้นของชีวิตจะลดลงตามระยะห่างจากพื้นผิวโลก ใน 1 ลูกบาศก์ เมตรของอากาศ ประกอบด้วย: ใกล้ผิวดิน - จุลินทรีย์ 10 -100,000 ตัว 11 -21 กม. - สิ่งมีชีวิต 0.14 ตัว (เชื้อรา, แบคทีเรีย) 48 -85 กม. - พบจุลินทรีย์

ขอบเขตของชีวมณฑล ขอบเขตด้านบนของด้านความมั่นคงของชีวิตอยู่เหนือม่านโอโซน (85 กม. ขึ้นไปในอวกาศ) สิ่งมีชีวิตมีอยู่ไม่ว่าจะอยู่ในสภาวะสงบนิ่ง โดยไม่มีการเผาผลาญ หรือได้รับการปกป้องโดยสารบางชนิด (เช่น สารของอุกกาบาตที่เป็นเหล็กหนา 800 อังสตรอม เป็นที่พึ่งพิงของจุลินทรีย์ที่เชื่อถือได้)

สถานที่ของชีวมณฑลในระบบดาวเคราะห์ "โลก" (ไฮโดรสเฟียร์) ไฮโดรสเฟียร์ทั้งหมดมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ตั้งแต่ผิวน้ำในมหาสมุทรไปจนถึงความกดอากาศใต้ทะเลลึก

สถานที่ของชีวมณฑลในระบบดาวเคราะห์ “โลก” (เปลือกโลก) เปลือกโลกเป็นชั้นแข็งของเปลือกโลก (เปลือกโลกที่ผุกร่อน) ที่อยู่ใต้ด้วยพลาสติกและมีแอสทีโนสเฟียร์ที่มีความหนืดน้อยกว่า เปลือกโลกประกอบด้วยหิน: ตะกอน 12 -15 กม. (สูงถึง 20 กม.) แปรสภาพ (หินแกรนิต) หินอัคนี (หินบะซอลต์) ธรณีภาคประกอบด้วยแผ่นเปลือกโลก (มหาสมุทรและทวีป) สาเหตุของการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก (การเคลื่อนที่ในแนวนอน) คือการพาความร้อนในเนื้อโลก)

ขอบเขตในเปลือกโลกบนแผ่นทวีปขอบเขตล่างของการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตอยู่ที่ 2-3 กม. (สูงสุด 6 กม.) ตัวอย่างเช่นจุลินทรีย์ในน้ำล้างชั้นน้ำมัน (มากถึง 10-40,000 ใน 1 มล.) ในแผ่นมหาสมุทร - 0.5 -1 กม. ขีดจำกัดล่างของสนามเสถียรภาพของชีวิตในธรณีภาคถูกกำหนดโดยการมีน้ำของเหลว (ค้นพบ 10.5 กม.) แต่ไม่เกิน 25 กม. ซึ่งชีวิตเป็นไปไม่ได้โดยพื้นฐานเพราะแม้จะมีความกดดันสูงที่อุณหภูมิ 460 องศา น้ำของเหลวจะกลายเป็นสถานะไอ

ความหนาเฉลี่ยของชีวมณฑล กม. (ชิปอูนอฟ, 1980) โซนละติจูด ภูมิภาคมหาสมุทรทวีปขั้วโลก 12 13 ละติจูดกลาง 14 15 เขตร้อน 22 21

การจัดระเบียบของชีวมณฑล “ โครงสร้างของชีวมณฑลสามารถเรียกได้อย่างสะดวกว่าเป็นองค์กรตามลักษณะของกระบวนการทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นในนั้น” เน้นลักษณะการทำงานของแนวคิดนี้ การจัดระเบียบของชีวมณฑลในรูปแบบไดนามิกทั้งหมดนั้นมีอยู่ในกรอบของการไหลของพลังงานและการไหลเวียนของสสารเท่านั้น ระดับของการจัดระเบียบของชีวมณฑลมีความโดดเด่น: กายภาพ, อุณหพลศาสตร์, เคมี, ชีวภาพ, พาราเจเนติก

ระดับทางกายภาพของการจัดระเบียบของชีวมณฑล ชีวมณฑลถือได้ว่าเป็นระบบการกระจายตัวที่ซับซ้อนมาก ซึ่งประกอบด้วยเฟสของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในทุกส่วนของชีวมณฑล (โทรโพสเฟียริก ไฮโดรสเฟียร์ เปลือกโลก) จะมีสสารอยู่ในสถานะการรวมตัวสามสถานะเสมอ (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) ในชีวมณฑลมีการเปลี่ยนแปลงโดยการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันของสิ่งมีชีวิตจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง

ระดับทางอุณหพลศาสตร์ของการจัดระเบียบของชีวมณฑล เฟสก๊าซเชื่อมต่อส่วนทางอุณหพลศาสตร์ของชีวมณฑล คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของพวกมันขึ้นอยู่กับแต่ละส่วน (การปะทุของก๊าซภูเขาไฟ การระเหยของน้ำ ฯลฯ) บทบาทของสิ่งมีชีวิตในการควบคุมส่วนประกอบก๊าซของ ชีวมณฑล (เช่น การจับกันของคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง)

ระดับเคมีของการจัดระเบียบของชีวมณฑล โครงสร้างทางเคมีของน้ำชีวมณฑล: บนบก (พื้นผิว) เหนือพื้นดิน ใต้ดิน โครงสร้างทางเคมีของก๊าซชีวมณฑล (เหนือพื้นดิน บนบก ก๊าซใต้ดิน) ในภูมิภาคทวีปและมหาสมุทร โครงสร้างทางเคมี ของแข็งชีวมณฑล (ทางอากาศ ดิน ธรณีภาคที่เหมาะสม) โครงสร้างทางเคมีของสิ่งมีชีวิต ชีวธรณีเคมี ศึกษาการจัดองค์กรทางเคมีของชีวมณฑล

ระดับทางชีวภาพของการจัดระเบียบของชีวมณฑล ชั้นที่ 1 - สิ่งมีชีวิตเหนือพื้นดินของโฟโตไบโอสเฟียร์ ผู้ผลิต (จุลินทรีย์สังเคราะห์แสง) สิ่งแวดล้อม (โทรโพสเฟียร์) ผู้ย่อยสลายผู้บริโภค (เชื้อราและแบคทีเรีย)

ระดับทางชีวภาพของการจัดระเบียบของชีวมณฑล ชั้นที่ 2 - สิ่งมีชีวิตของโฟโตไบโอสเฟียร์บนบกและในน้ำ ผู้ผลิต (พืชสังเคราะห์แสงและแบคทีเรีย) สิ่งแวดล้อม (โทรโพสเฟียร์ ไฮโดรสเฟียร์ เปลือกโลก) ผู้บริโภค ผู้ย่อยสลาย (เชื้อราและแบคทีเรีย)

ระดับทางชีวภาพของการจัดระเบียบของชีวมณฑล ชั้นที่ 3 - สิ่งมีชีวิตของอะโฟโตไบโอสเฟียร์ใต้ดินและในน้ำ ผู้ผลิต (จุลินทรีย์สังเคราะห์ทางเคมี) สิ่งแวดล้อม (ไฮโดรสเฟียร์, เปลือกโลก) ตัวรีดิวซ์ (เชื้อราและแบคทีเรีย) ผู้บริโภค

ระดับพาราเจเนติกของการจัดระเบียบของชีวมณฑล “เราต้องเพิ่ม... เชลล์พาราเจเนติกส์ที่กำหนดพาราเจเนซิสขององค์ประกอบต่างๆ เช่น กฎของการเกิดขึ้นร่วมของธาตุต่างๆ ในชั้นอุณหพลศาสตร์ เฟส และชั้นเคมี ชีวมณฑลเป็นหนึ่งในเปลือกพาราเจเนติกส์เหล่านี้ ซึ่งเข้าถึงได้และรู้จักมากที่สุดสำหรับเรา”

สิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นการแสดงออกพิเศษของสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ กายภาพ และเคมีของโลก พยายามอย่างต่อเนื่องที่จะจัดระเบียบพวกมันในลักษณะที่ทำให้โครงสร้างของมันมีเสถียรภาพสูงสุด กล่าวคือ ถ่ายโอนพวกมันไปสู่ระดับองค์กรที่ซับซ้อนมากขึ้น เป็นผลให้เปลือกพาราเจเนติกของดาวเคราะห์ปรากฏขึ้น - ชีวมณฑล ในชีวมณฑลจะแสดงพาราเจเนซิสของโครงสร้างในระดับต่างๆ ขององค์กร สิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นดังกล่าว โครงสร้างที่ซับซ้อนเหมือนกับร่างกายที่เฉื่อยชาทางชีวภาพ

ประเภทของสสารชีวมณฑล 1. สิ่งมีชีวิตคือผลรวมของสิ่งมีชีวิตที่ตายและเกิดอยู่ตลอดเวลา (การอพยพของอะตอมทางชีวภาพสื่อสารกับสสารประเภทอื่น) 2. สารชีวภาพ (สิ่งมีชีวิตในอดีต: ถ่านหิน น้ำมันดิน น้ำมัน หินปูน ฯลฯ) 3. สสารเฉื่อยไม่มีชีวิต สิ่งมีชีวิตไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัว 4. สารชีวภาพ – สร้างขึ้นโดยสิ่งมีชีวิตและกระบวนการเฉื่อย (ดิน น้ำธรรมชาติ ชีวมณฑล)

หน้าที่ทางชีวธรณีเคมีของสิ่งมีชีวิต ก๊าซ (ออกซิเจน-คาร์บอนไดออกไซด์ โอโซน ฯลฯ) ความเข้มข้น รีดอกซ์ ทางชีวเคมี หน้าที่ทางชีวธรณีเคมีของมนุษย์

การจัดระเบียบของสิ่งมีชีวิตในระดับดาวเคราะห์ - จักรวาล 1 ในระดับชีวมณฑลและเวลาอันสั้น - กลุ่มของสิ่งมีชีวิต 2. ตามเวลาทางธรณีวิทยา พื้นที่ชีวมณฑลทั้งหมดกลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตที่มีการจัดระเบียบอย่างแท้จริง 3. ในระดับของเวลาจักรวาล เราสามารถสรุปได้ว่าจักรวาลทั้งหมด (?) สามารถกลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตที่อาจมีการจัดระเบียบ ซึ่งเป็นร่างกายที่มีศักยภาพของมันได้!

การจัดระเบียบสิ่งมีชีวิตในระดับดาวเคราะห์ - จักรวาล James Lovelock (1972) แนวคิดเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่มีชีวิต "Gaia" ดาวเคราะห์ที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่โดยรวมนั้นได้รับคุณสมบัติบางอย่างของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา Humberto Maturana และ Francisco Varela (1974 - 1979) ทฤษฎีระบบอัตโนมัติ ทฤษฎีผู้ผลิตตนเอง ระบบอัตโนมัติ. แบบจำลองทางทฤษฎีของชีวิตได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว

ระบบ autopoietic มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมเป็นกลุ่มเดียวและมีความสมบูรณ์ ในกระบวนการเชื่อมต่อโครงสร้างกับสิ่งแวดล้อม การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างแบบปรับตัวเกิดขึ้นในร่างกาย การรบกวนยังเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมภายใต้อิทธิพลของสิ่งมีชีวิต สภาพแวดล้อมไม่เฉื่อย ในกระบวนการปฏิสัมพันธ์ สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม (ซึ่งอาจรวมถึงสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ) จะทำหน้าที่เป็นหุ้นส่วนที่วิวัฒนาการร่วมกัน ชีวมณฑลเป็นระบบอัตโนมัติ

Noosphere คำนี้ถูกนำมาใช้โดย E. Leroy (นักคณิตศาสตร์และนักปรัชญาชาวฝรั่งเศส) ในปี 1927: วิวัฒนาการต่อไปของสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้จะสำเร็จได้ด้วยวิธีทางจิตวิญญาณเท่านั้น: สังคม, ภาษา, วัฒนธรรม ฯลฯ และนี่จะเป็น noosphere ซึ่ง จะเป็นไปตามชีวมณฑล Pierre Teilhard de Chardin (นักมานุษยวิทยาชาวฝรั่งเศส) เขียนหนังสือเรื่อง The Noosphere: A Human Phenomenon ในปี 1930 noosphere หมายถึงเปลือกโลกที่แยกจากกัน เกิดขึ้นระหว่างวิวัฒนาการของสสาร (พลังงานสัมผัส) และพลังงานรัศมี (บอบบาง) บนโลก

Noosphere V.I. Vernadsky (1935) นูสเฟียร์เป็นวัตถุตามธรรมชาติซึ่งมีส่วนประกอบต่างๆ ได้แก่ เปลือกโลก ไฮโดรสเฟียร์ บรรยากาศ และโลกอินทรีย์ ซึ่งได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยกิจกรรมของมนุษย์ที่ชาญฉลาด “การระเบิดของความคิดทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 20 เกิดขึ้นจากอดีตของชีวมณฑล ชีวมณฑลจะต้องผ่านเข้าสู่ชั้นบรรยากาศนูสเฟียร์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

หลักคำสอนของชีวมณฑล

ตามมุมมองของผู้ก่อตั้งหลักคำสอนสมัยใหม่ของชีวมณฑล นักวิชาการ V.I. Vernadsky จากช่วงเวลาที่สิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นมีกระบวนการก่อตัวในระยะยาวของความสามัคคีของสิ่งมีชีวิตและสสารเฉื่อยนั่นคือชีวมณฑล (จาก gr. bios - life, sphaira - ball) คำว่า "ชีวมณฑล" ถูกนำมาใช้ในปี พ.ศ. 2418 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรียซึ่งเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ชาวต่างชาติของสถาบันวิทยาศาสตร์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กอี. ซูสส์ (พ.ศ. 2374 - 2457) ชีวมณฑลเป็นพื้นที่ของสิ่งมีชีวิตที่ใช้งานอยู่บนโลก (เปลือกของมัน) องค์ประกอบโครงสร้างและพลังงานซึ่งถูกกำหนดโดยกิจกรรมของสิ่งมีชีวิต (สิ่งมีชีวิต) เป็นหลัก ตามที่ Vernadsky กล่าว สิ่งมีชีวิตเป็นตัวพาพลังงานอิสระในชีวมณฑล ซึ่งสิ่งมีชีวิตหลักทั้งหมดเชื่อมโยงกับที่อยู่อาศัยของพวกมันด้วยกระบวนการทางชีววิทยาและธรณีเคมีที่ควบคุมตนเอง นักวิทยาศาสตร์ได้สรุปขอบเขตบนและล่างของการกระจายตัวของสิ่งมีชีวิตไว้อย่างชัดเจน ขีดจำกัดบนถูกกำหนดโดยพลังงานการแผ่รังสีที่มาจากอวกาศซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต นี่หมายถึงรังสีอัลตราไวโอเลตชนิดแข็งซึ่งถูกปิดกั้นโดยชั้นโอโซน (หน้าจอ) ขอบเขตด้านล่างของมันผ่านที่ระดับความสูงประมาณ 15 กม. ซึ่งเป็นขอบเขตด้านบนที่ระดับความสูงเป็นประวัติการณ์สำหรับนกที่บินได้ ขีด จำกัด ล่างของชีวิตสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในบาดาลของโลก ที่ความลึก 3... 3.5 กม. อุณหภูมิสูงถึง 100 "C ขีด จำกัด ล่างของชีวิตในมหาสมุทรอยู่ในช่วงตั้งแต่ 5 ซม. ถึง 114 ม. ใต้พื้นผิวก้นทะเล โครงสร้างทั่วไปของชีวมณฑลซึ่งรวมถึง ส่วนล่างของบรรยากาศ (สูงถึงแถบโอโซน - บนระดับความสูง 20...25 กม.) อุทกภาคทั้งหมด - มหาสมุทร, ทะเล, น้ำผิวดิน (สูงสุดที่ความลึกสูงสุด - 11,022 ม.); พื้นผิวดิน เปลือกโลก - ขอบฟ้าด้านบนของเปลือกโลกแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 1.1 ตัวอย่างเช่น “ฉากกั้น” โอโซน หรือชั้นโอโซนเป็นชั้นบรรยากาศภายในชั้นสตราโตสเฟียร์ซึ่งมีความสูงต่างกันจากพื้นผิวโลกและมี ความหนาแน่นของโอโซนสูงสุด ความสูงของชั้นโอโซนที่เสา 1... 8 กม. ที่เส้นศูนย์สูตร 17... 18 กม. และ ความสูงสูงสุดมีโอโซน 45... 50 กม. เหนือชั้นโอโซน การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตเป็นไปไม่ได้ (เนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงของดวงอาทิตย์) ลักษณะที่สำคัญที่สุดของสถานะของชีวมณฑลคืออะตอมของชีวมวล ปริมาณคาร์บอนและพลังงานที่จับกันในชีวมวล (บนพื้นผิวและในดิน) การเติบโตต่อปี และปริมาณแร่ธาตุที่มีอยู่ในชีวมวล สิ่งมีชีวิตบนบกคือ 1,012...1,013 ตัน ชีวมวลป่าไม้ 1,011...12 ตัน แร่ธาตุและไนโตรเจน 1,010 ตัน ประมาณ 90% ของชีวมวลของชีวมณฑลกระจุกตัวอยู่ในป่า ชีวมวลในไทกาเพิ่มขึ้นทุกปีคือ 4...7% ในป่าผลัดใบ 10...15% การเติบโตของหญ้า 30...50%
ข้าว. 1.1. โครงสร้างของชีวมณฑล (อ้างอิงจาก G.V. Stadnitsky, 1997) ในรูป รูปที่ 1.2 แสดงขอบเขตของชีวมณฑลและการกระจายตัวของสิ่งมีชีวิตในนั้น สิ่งมีชีวิตเชื่อมโยงกับสิ่งแวดล้อมโดยกระแสไบโอเจนิกของอะตอม ได้แก่ การหายใจและการสืบพันธุ์ การโยกย้าย องค์ประกอบทางเคมีด้วยความช่วยเหลือของสิ่งมีชีวิตและสร้างเงื่อนไขการดำรงอยู่ที่จำเป็นสำหรับพวกมัน สิ่งมีชีวิตสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ แปลงเป็นพลังงานเคมี และสร้างความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต การอพยพขององค์ประกอบทางเคมีในชีวมณฑลมีความเกี่ยวข้องกับกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต การหายใจ โภชนาการ การสืบพันธุ์ ความตาย และการสลายตัว สิ่งมีชีวิตมีส่วนร่วมในการกระจายองค์ประกอบทางเคมี การก่อตัวของหินและแร่ธาตุ และทำหน้าที่พิเศษทางธรณีเคมี ได้แก่ การแลกเปลี่ยนก๊าซ ความเข้มข้น รีดอกซ์ การสร้างและการทำลายล้าง สิ่งมีชีวิตในชีวมณฑลสามารถศึกษาได้ในระดับประชากร (กลุ่มบุคคลในสายพันธุ์เดียวกันที่อาศัยอยู่ในดินแดนร่วมกัน) ชุมชน (สิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมอนินทรีย์) และระบบนิเวศ (ชุดของสิ่งมีชีวิตและส่วนประกอบอนินทรีย์ใน ซึ่งสามารถเกิดการหมุนเวียนของสารได้) ระบบนิเวศค่อนข้างคงที่เมื่อเวลาผ่านไปและเปิดทางอุณหพลศาสตร์โดยคำนึงถึงการไหลเข้าและการไหลของสิ่งมีชีวิตและพลังงาน ข้าว. 1.2. การแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑล: 1 - ชั้นโอโซน; 2 - ขอบหิมะ; 3 - ดิน; 4 - สัตว์ที่อาศัยอยู่ในถ้ำ 5 - แบคทีเรียในน้ำน้ำมัน ในระบบนิเวศบางประเภท การกำจัดสิ่งมีชีวิตนอกขอบเขตนั้นยอดเยี่ยมมากจนรักษาเสถียรภาพของพวกมันได้โดยการหลั่งไหลเข้ามาของสสารในปริมาณเท่ากันจากภายนอกในขณะที่วงจรภายในไม่ได้ผล เหล่านี้เป็นแม่น้ำลำธารและพื้นที่บนเนินเขาสูงชัน ระบบนิเวศอื่นๆ เช่น ป่าไม้ ทุ่งหญ้า ทะเลสาบ ฯลฯ มีวัฏจักรของสสารที่สมบูรณ์มากกว่าและค่อนข้างเป็นอิสระ ปริมาณสิ่งมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตบางชนิดหรือทั้งชุมชนต่อหน่วยพื้นที่หรือปริมาตรเรียกว่าชีวมวล ชีวมวลที่เกิดจากประชากรหรือชุมชน (ต่อหน่วยพื้นที่) ต่อหน่วยเวลาเรียกว่าผลผลิตทางชีวภาพ ส่วนหนึ่งของพื้นผิวโลกที่มีองค์ประกอบบางอย่างของสิ่งมีชีวิตและเฉื่อย (ชั้นพื้นดินของบรรยากาศดิน ฯลฯ ) ซึ่งรวมกันโดยการเผาผลาญและพลังงานเรียกว่า biogeocenosis นั่นคือหน่วยเนื้อเดียวกันเบื้องต้นของชีวมณฑล ส่วนแบ่งหลักของชีวมวลบนบกประกอบด้วยพืชสีเขียว - 99.2% และในมหาสมุทรเพียง 6.3% ในขณะที่มวลของสัตว์และจุลินทรีย์บนบกคือ 0.8% และในมหาสมุทร - 93.7% มวลของสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวทวีปนั้นมากกว่ามวลชีวภาพในมหาสมุทรถึง 800 เท่า ชีวมณฑลมีความหลากหลายอย่างมากทั้งในแง่ของชนิดพันธุ์และสัณฐานวิทยา ปัจจุบันบนโลกนี้มีสิ่งมีชีวิตมากกว่า 2 ล้านสายพันธุ์ ซึ่งสัตว์มีมากกว่า 1.5 ล้านสายพันธุ์ พืช - เพียงประมาณ 500,000 สายพันธุ์เท่านั้น ควรสังเกตว่าในมุมมองของเขา V.I. Vernadsky เข้าหาชีวมณฑลในฐานะสภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์ที่มีการกระจายสิ่งมีชีวิต แตกต่างจากนักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งที่มองว่าชีวมณฑลเป็นเพียงกลุ่มของสิ่งมีชีวิตและผลิตภัณฑ์จากกิจกรรมที่สำคัญของพวกมัน Vernadsky เชื่อว่าสิ่งมีชีวิต (ในแง่ชีวเคมี) ไม่สามารถแยกออกจากชีวมณฑลได้ ซึ่งเป็นหน้าที่ของสิ่งมีชีวิตนั้น นอกจากนี้ ชีวมณฑลยังเป็นพื้นที่ของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจักรวาล เนื่องจากรังสีคอสมิกที่มาจากเทห์ฟากฟ้าจะแทรกซึมเข้าไปในความหนาทั้งหมดของชีวมณฑล ดังนั้นตามที่ Vernadsky กล่าว Biosphere จึงเป็น "ปรากฏการณ์ดาวเคราะห์ในธรรมชาติของจักรวาล" ซึ่งสิ่งมีชีวิตมีอิทธิพลเหนือเป็นพื้นฐานของชีวมณฑล ในสิ่งมีชีวิต อัตราของปฏิกิริยาเคมีระหว่างการเผาผลาญจะเพิ่มขึ้นตามลำดับความสำคัญ คุณสมบัติเฉพาะของสิ่งมีชีวิตมีดังต่อไปนี้: - ความสามารถในการครอบครองหรือเชี่ยวชาญทุกสิ่งอย่างรวดเร็ว ที่ว่าง. ทรัพย์สินนี้ทำให้ Vernadsky เป็นพื้นฐานในการสรุปว่าในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาบางช่วง ปริมาณของสิ่งมีชีวิตอยู่ที่ประมาณคงที่ - ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาวะต่าง ๆ และด้วยเหตุนี้ การเรียนรู้ไม่เพียงแต่ทุกวิถีทางของชีวิต (ทางน้ำ ดิน) แต่ยังรวมถึงเงื่อนไขที่ยากมากในแง่ของพารามิเตอร์ทางกายภาพและเคมี - - ความเร็วสูงปฏิกิริยา มีขนาดใหญ่กว่าสิ่งไม่มีชีวิตหลายระดับ ตัวอย่างเช่น ตัวหนอนของแมลงบางชนิดกินอาหารในปริมาณต่อวันเป็น 100...200 เท่าของน้ำหนักตัว - อัตราการต่ออายุของสิ่งมีชีวิตสูง มีการคำนวณว่าสำหรับชีวมณฑลจะใช้เวลาเฉลี่ย 8 ปี ในขณะที่บนบกจะใช้เวลา 14 ปี และสำหรับมหาสมุทรซึ่งสิ่งมีชีวิตที่มีช่วงชีวิตสั้น (เช่น แพลงก์ตอน) มีอิทธิพลเหนือกว่า จะใช้เวลา 33 วัน ความมั่นคงในช่วงชีวิตและการสลายตัวอย่างรวดเร็วหลังความตายในขณะที่ยังคงรักษากิจกรรมทางกายภาพและเคมีไว้ในระดับสูง ดังนั้นในบรรยากาศการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนจึงเกิดขึ้นใน 2,000 ปี คาร์บอนไดออกไซด์ - ใน 6.3 ปี กระบวนการเปลี่ยนแปลงโดยสิ้นเชิงของน้ำบนโลก (ในอุทกสเฟียร์) ใช้เวลา 2,800 ปี และเวลาที่ใช้ในการสลายตัวด้วยการสังเคราะห์แสงของมวลน้ำทั้งหมดคือ 5...6 ล้านปี ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้พิสูจน์แล้วว่าองค์ประกอบหลักของสิ่งมีชีวิตคือออกซิเจน (65... 70%) และไฮโดรเจน (10%) องค์ประกอบที่เหลือจะแสดงด้วยคาร์บอน, ไนโตรเจน, แคลเซียม (จาก 1 ถึง 10%), ซัลเฟอร์, ฟอสฟอรัส, โพแทสเซียม, ซิลิคอน (0.1 ถึง 1%), เหล็ก, โซเดียม, คลอรีน, อลูมิเนียมและแมกนีเซียม ดังนั้นสิ่งมีชีวิตจึงเป็นจำนวนทั้งสิ้นและมวลชีวภาพของสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑล V.I. Vernadsky เขียนว่า: “ไม่มีพลังเคมีใดบนพื้นผิวโลกที่จะกระทำอย่างต่อเนื่อง และดังนั้นจึงมีพลังในผลลัพธ์สุดท้ายมากไปกว่าสิ่งมีชีวิตที่นำมารวมกัน” หลักคำสอนของ V.I. Vernadsky เกี่ยวกับชีวมณฑลทำให้เกิดการปฏิวัติทางธรณีวิทยาในมุมมองเกี่ยวกับสาเหตุของวิวัฒนาการ ก่อนที่ Vernadsky จะอยู่ในวิวัฒนาการ ชั้นบนเปลือกโลกซึ่งส่วนใหญ่เป็นเปลือกโลกได้รับความเป็นอันดับหนึ่ง กระบวนการทางกายภาพและเคมีส่วนใหญ่เป็นสภาพดินฟ้าอากาศ และมีเพียงเขาเท่านั้นที่แสดงให้เห็นบทบาทการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิต กลไกการทำลายหิน การเปลี่ยนแปลงของน้ำ และเปลือกชั้นบรรยากาศของโลก ตามข้อมูลของ Vernadsky ชีวมณฑลแบ่งออกเป็นนีโอไบโอสเฟียร์และพาลีโอไบโอสเฟียร์ ซึ่งเป็นชีวมณฑลที่เก่าแก่ที่สุด เป็นตัวอย่างของคำจำกัดความหลัง เราสามารถตั้งชื่อการสะสมของสารอินทรีย์ (การสะสมของถ่านหิน น้ำมัน หินน้ำมัน ฯลฯ) หรือปริมาณสำรองของสารประกอบอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของสิ่งมีชีวิต (มะนาว ชอล์ก การก่อตัวของแร่ สารประกอบซิลิกอน ). คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของชีวมณฑลคือการจัดระเบียบและความสมดุลที่มั่นคง ตัวอย่างเช่นเราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับระดับอุณหพลศาสตร์ของการจัดระเบียบของชีวมณฑล - การมีอยู่ของ "ชั้น" ที่เชื่อมต่อถึงกันสองชั้น: ด้านบน, ส่องสว่าง (โฟโตไบโอสเฟียร์) และชั้นล่างของดิน (aphotobiosphere) ระดับทางอุณหพลศาสตร์ของการจัดระเบียบของชีวมณฑลนั้นแสดงออกมาในลักษณะเฉพาะของการไล่ระดับอุณหภูมิในอุทกสเฟียร์ บรรยากาศ และเปลือกโลก มีองค์กรระดับอื่นและความมั่นคงของชีวมณฑล แนวคิดทางปรัชญาสมัยใหม่เกิดขึ้นจากความจริงที่ว่ากระบวนการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสังคมและชีวมณฑลควรได้รับการจัดการเพื่อผลประโยชน์ร่วมกัน ตรงกันข้ามกับการสร้างไบโอเจเนซิส ขั้นตอนของการวิวัฒนาการของชีวมณฑลนี้ถือเป็นขั้นตอนของการพัฒนาที่ชาญฉลาด เช่น noogenesis (จาก gr. noos - จิตใจ) ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงของชีวมณฑลไปเป็นนูสเฟียร์อย่างค่อยเป็นค่อยไป แนวคิดของ "noosphere" ถูกนำมาใช้ในศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์และนักปรัชญาชาวฝรั่งเศส E. Leroy (1870 - 1954) และพัฒนาโดยนักปรัชญาชาวฝรั่งเศส Teilhard de Chardin (1881 - 1955) และแนวคิดของ noosphere ได้รับการยืนยันโดย V. I. Vernadsky คำนี้หมายถึงการก่อตัวของเปลือกโลกพิเศษพร้อมคุณลักษณะทั้งหมด: สังคมมนุษย์ อาคาร ภาษา ฯลฯ นูสเฟียร์ถือเป็น "ชั้นความคิดเหนือชีวมณฑล" V.I. Vernadsky เชื่อว่า noosphere เป็นปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาใหม่บนโลก ในนั้น เป็นครั้งแรกที่มนุษย์กลายเป็นพลังทางธรณีวิทยาอันทรงพลัง แต่บุคคลเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดสามารถคิดและกระทำได้เฉพาะในชีวมณฑลซึ่งเขาเชื่อมโยงอยู่และไม่สามารถจากไปได้ ในขั้นนี้ของวิวัฒนาการแห่งชีวิต การพัฒนาจะไป ตามเส้นทางของการสร้างใหม่ซึ่งเป็นขั้นตอนของการควบคุมความสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับธรรมชาติอย่างสมเหตุสมผลนั่นคือ การแก้ไขการละเมิดที่มีอยู่ในธรรมชาติและการป้องกันการละเมิดและการเบี่ยงเบนในอนาคต จากข้อมูลของ Vernadsky ชีวมณฑลจะเปลี่ยนเป็น noosphere อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้นั่นคือ เข้าสู่ขอบเขตที่จิตใจของมนุษย์จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระบบธรรมชาติของมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์บางคนมองว่ากฎหมายนี้เป็นยูโทเปียทางสังคม แต่เห็นได้ชัดว่าหากมนุษยชาติไม่เริ่มควบคุมผลกระทบของตนเองต่อธรรมชาติโดยอาศัยกฎของมัน มันก็จะถึงวาระที่จะถูกทำลาย นักวิชาการ Vernadsky ถือว่าเงื่อนไขสำหรับการสร้าง noosphere คือการรวมกันทางวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมของมนุษยชาติทั้งหมด การปรับปรุงวิธีการสื่อสารและการแลกเปลี่ยน การค้นพบแหล่งพลังงานใหม่ การเพิ่มขึ้นของความเจริญรุ่งเรือง ความเท่าเทียมกันของทุกคน และ การกีดกันสงครามออกจากชีวิตของสังคม บทบัญญัติสำคัญของหลักคำสอนเรื่องชีวมณฑลรวมถึงหน้าที่ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งรวมถึงฟังก์ชันพลังงาน - พืชในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ในรูปของสารประกอบอินทรีย์ซึ่งพลังงานดังกล่าวจะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเคมีสำหรับชีวมณฑลในเวลาต่อมา ภายในระบบนิเวศ พลังงานในรูปของ “อาหาร” นี้ถูกแจกจ่ายให้กับสัตว์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น วัว แกะ แพะ และสัตว์อื่นๆ กินหญ้าและใบไม้เป็นอาหาร พลังงานจะกระจายไปบางส่วนและสะสมอยู่ในอินทรียวัตถุที่ตายแล้วบางส่วน สารนี้กลายเป็นสถานะฟอสซิล นี่คือลักษณะการสะสมของพีท ถ่านหิน น้ำมัน และแร่ธาตุอื่นๆ ฟังก์ชั่นอีกประการหนึ่งคือการทำลายล้างซึ่งประกอบด้วยการสลายตัว การทำให้เป็นแร่ของอินทรียวัตถุที่ตายแล้ว และการมีส่วนร่วมของแร่ธาตุที่เกิดขึ้นในวัฏจักรทางชีวภาพ จากนั้นจึงสลายตัว (สาร) ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์อย่างง่าย (คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ มีเทน , แอมโมเนีย) ซึ่งจะถูกใช้อีกครั้งในการเชื่อมโยงเริ่มต้นของวงจร ตัวอย่างเช่น แบคทีเรีย สาหร่าย เชื้อรา และไลเคนมีผลกระทบทางเคมีอย่างรุนแรงต่อหินด้วยสารละลายกรดที่ซับซ้อนทั้งหมด: คาร์บอนิก ไนตริก ซัลฟิวริก ด้วยการย่อยสลายแร่ธาตุบางชนิดด้วยความช่วยเหลือ สิ่งมีชีวิตจึงสกัดและรวมองค์ประกอบทางโภชนาการที่สำคัญที่สุดไว้ในวงจรชีวภาพ: แคลเซียม โพแทสเซียม โซเดียม ฟอสฟอรัส ซิลิคอน ฟังก์ชั่นที่สามคือความเข้มข้น ฟังก์ชันนี้ประกอบด้วยการเลือกสะสมในสิ่งมีชีวิตของอะตอมของสารที่กระจัดกระจายในธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น ในสิ่งมีชีวิตในทะเล เมื่อเปรียบเทียบกับสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ธาตุรองและโลหะหนัก รวมถึงสารพิษ (ปรอท ตะกั่ว สารหนู และองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ) จะสะสมในปริมาณมาก ความเข้มข้นในปลาอาจสูงกว่าน้ำทะเลหลายร้อยเท่า ด้วยเหตุนี้สิ่งมีชีวิตในทะเลจึงมีประโยชน์ในฐานะแหล่งที่มาขององค์ประกอบขนาดเล็ก ฟังก์ชั่นที่สี่ของสิ่งมีชีวิตคือการสร้างสภาพแวดล้อมซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของที่อยู่อาศัย (เปลือกโลก, ไฮโดรสเฟียร์, บรรยากาศ) ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตรวมถึงมนุษย์ด้วย กล่าวคือ ฟังก์ชั่นนี้รักษาสมดุลของสสารและพลังงานใน ชีวมณฑล ในเวลาเดียวกัน สิ่งมีชีวิตสามารถฟื้นฟูสภาพแวดล้อมที่ถูกรบกวนอันเป็นผลมาจากภัยพิบัติทางธรรมชาติหรือผลกระทบต่อมนุษย์ได้ หากการรบกวนที่เกิดขึ้นไม่เกินค่าเกณฑ์ แม้ว่ามวลรวมของสิ่งมีชีวิตที่ปกคลุมโลกจะมีเพียงเล็กน้อย แต่ผลลัพธ์ของกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบของเปลือกโลก ไฮโดรสเฟียร์ และบรรยากาศ V.I. Vernadsky อธิบายสถานะของระบบนิเวศนี้โดยข้อเท็จจริงที่ว่ามวลของสิ่งมีชีวิตเติมเต็มบทบาทของดาวเคราะห์ผ่านการแพร่พันธุ์อย่างรวดเร็วนั่นคือการไหลเวียนของสารที่เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์นี้มีพลังมาก แหล่งพลังงานเดียวสำหรับกระบวนการทางธรรมชาติทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นในชีวมณฑลคือรังสีดวงอาทิตย์ ฟลักซ์ของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์มายังโลกมีค่าประมาณเท่ากับ 4190 103 J/(m2-ปี) โดยเฉลี่ยแล้ว 1/5 ของการไหลทั้งหมดจะได้รับต่อหน่วยพื้นผิว ผลรวมของฟลักซ์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ไหลเข้าและออกจากพื้นผิวโลกเรียกว่า "สมดุลการแผ่รังสีของพื้นผิวโลก" พลังงานของความสมดุลของการแผ่รังสีถูกใช้ไปกับการให้ความร้อนแก่บรรยากาศ การระเหย การแลกเปลี่ยนความร้อนกับชั้นของไฮโดรหรือเปลือกโลก และกระบวนการอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง กระบวนการบางอย่างเหล่านี้ส่งผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งแปลงเป็นพลังงานเคมี และการสร้างอินทรียวัตถุ สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารประกอบอนินทรีย์โดยใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เรียกว่าออโตโทรฟ และเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างนั้น ปฏิกริยาเคมี, - เคมีบำบัด สิ่งมีชีวิตที่กินสารอินทรีย์สำเร็จรูปเรียกว่าเฮเทอโรโทรฟ ออโตโทรฟและเคมีบำบัดที่ผลิตอินทรียวัตถุจากสารประกอบอนินทรีย์เรียกว่าผู้ผลิต สิ่งมีชีวิตที่กินสารอินทรีย์และเปลี่ยนสภาพให้เป็นรูปแบบใหม่เรียกว่าผู้บริโภค สิ่งมีชีวิตที่เปลี่ยนสารอินทรีย์ตกค้างให้เป็นสารอนินทรีย์ในช่วงชีวิตเรียกว่าผู้ย่อยสลาย พลังงานแสงอาทิตย์บนโลกทำให้เกิดวัฏจักรของสสารสองรอบ: ใหญ่หรือทางธรณีวิทยา ซึ่งปรากฏชัดเจนที่สุดในวัฏจักรของน้ำและการไหลเวียนของบรรยากาศ และเล็กหรือทางชีวภาพ วงจรทั้งสองเชื่อมต่อกันและเป็นตัวแทนของกระบวนการเดียว วัฏจักรทางธรณีวิทยาเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายแสนปีหรือหลายล้านปี ความจริงที่ว่าหินอาจถูกทำลาย การผุกร่อน และการผุกร่อนของผลิตภัณฑ์ รวมถึงหินที่ละลายน้ำได้ จะถูกพัดพาไปตามน้ำที่ไหลลงสู่มหาสมุทรโลก ที่นี่พวกมันก่อตัวเป็นชั้นในทะเลและเพียงบางส่วนเท่านั้นที่กลับขึ้นบกพร้อมกับมีฝนตก วัฏจักรทางชีววิทยาเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรทางธรณีวิทยาและประกอบด้วยความจริงที่ว่าสารอาหารในดิน - น้ำ, คาร์บอน - สะสมในสิ่งมีชีวิตของพืชถูกใช้ไปในการสร้างร่างกายและดำเนินกระบวนการชีวิตของทั้งตัวมันเองและสิ่งมีชีวิตของผู้บริโภค ผลิตภัณฑ์อินทรียวัตถุที่เน่าเปื่อยเข้าสู่ดินจากเมโซฟานา (เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา หนอน หอย ฯลฯ) และสลายตัวเป็นแร่ธาตุอีกครั้ง ซึ่งพืชสามารถเข้าถึงได้อีกครั้งและเกี่ยวข้องกับการไหลของสารที่มีชีวิตอีกครั้ง วัฏจักรเล็กๆ ของสสารซึ่งดึงตัวกลางเฉื่อยเข้าสู่วงโคจรจำนวนมาก ช่วยให้มั่นใจในการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตและมีอิทธิพลอย่างแข็งขันต่อการปรากฏตัวของชีวมณฑล บทบัญญัติประการหนึ่งของหลักคำสอนเรื่องชีวมณฑลคือการจัดตั้งกฎการอนุรักษ์ (ความประหยัด) ของชีวมณฑล ความหมายของกฎหมายก็คือ อะตอมที่เข้าไปในสิ่งมีชีวิตบางรูปแบบอาจกลับมาด้วยความยากลำบากหรือไม่กลับมาอีก กล่าวคือ เราสามารถพูดถึงอะตอมที่ยังคงอยู่ในสิ่งมีชีวิตในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาได้

ระดับชีวมณฑล- รูปแบบการจัดระเบียบสิ่งมีชีวิตสูงสุดบนโลก ในระดับนี้ การรวมกันของวัฏจักรของสารทั้งหมดและการเปลี่ยนแปลงพลังงานเป็นวัฏจักรเดียวจะเกิดขึ้น สิ่งมีชีวิตได้รับการจัดระเบียบตามประเภทของระบบลำดับชั้น: การเปลี่ยนจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งนั้นสัมพันธ์กับการรักษากลไกการทำงานที่ทำงานในระดับก่อนหน้าและการเกิดขึ้นของโครงสร้างและฟังก์ชันใหม่คุณสมบัติใหม่ ระดับนี้แสดงโดยชีวมณฑล - พื้นที่แห่งชีวิตที่กระตือรือร้น มันครอบคลุม ชั้นบรรยากาศ(บรรยากาศชั้นล่าง) ไฮโดรไบโอสเฟียร์(ไฮโดรสเฟียร์), เทอร์ราไบโอสเฟียร์(พื้นผิวดิน) และ เปลือกโลก(ส่วนบนของเปลือกโลก) ชีวมณฑลเป็นชั้นที่ค่อนข้างบาง: สิ่งมีชีวิตจุลินทรีย์แพร่กระจายได้สูงถึงความสูง 22 กม. เหนือพื้นผิว และในมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตสามารถพบได้ที่ระดับความลึกสูงสุด 10-11 กม. ใต้ระดับน้ำทะเล ชีวิตแทรกซึมเข้าไปในเปลือกโลกน้อยลงพบจุลินทรีย์ระหว่างการขุดเจาะที่ระดับความลึก 2 - 3 กม. โดยบังเอิญสิ่งมีชีวิตตกลงไปในชั้นที่อยู่ใกล้เคียง "ด้านบน" และ "ด้านล่าง" พวกมันถูกเรียกว่า คู่-และ เมตาไบโอสเฟียร์ตามลำดับ แต่ "ภาพยนตร์แห่งชีวิต" ครอบคลุมทั่วทั้งโลก ร่องรอยของชีวิตยังพบได้ แม้แต่ในทะเลทรายและน้ำแข็ง การกระจายตัวของชีวิตไม่สม่ำเสมอมาก ดิน (ชั้นบนของเปลือกโลก) ไฮโดรสเฟียร์ และชั้นล่างของบรรยากาศมีสิ่งมีชีวิตในปริมาณมากที่สุด

การพัฒนาหลักคำสอนของชีวมณฑลมีประวัติของตัวเอง หนึ่งในนักธรรมชาติวิทยากลุ่มแรกที่มองโลกโดยรวมคือ M.V. Lomonosov เขาเขียนในงานของเขาเรื่อง "On the Layers of the Earth" ว่า "เชอร์โนเซมไม่ใช่สสารดึกดำบรรพ์หรือดึกดำบรรพ์ แต่มาจากการเน่าเปื่อยของสัตว์และร่างกายที่เติบโตเมื่อเวลาผ่านไป" ถ่านหินสีน้ำตาล ถ่านหินแข็ง และเชอร์โนเซมเป็นผลจาก อิทธิพลของสิ่งมีชีวิตบนดิน Lomonosov ให้โครงร่างทั่วไปเกี่ยวกับธรณีวิทยาของโลกและพิสูจน์ความเก่าแก่ของมันในฐานะดาวเคราะห์ ในเวลานั้นแม้แต่ฟอสซิลซึ่งเป็นซากฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตก็ยังไม่ถูกมองว่าเป็นร่องรอยของชีวิตในอดีต ในปี ค.ศ. 1802 ลามาร์กใน "อุทกธรณีวิทยา" ชี้ให้เห็นถึงบทบาทของสิ่งมีชีวิตในกระบวนการทางธรณีวิทยา หนังสือ "Cosmos" ของ A. Humboldt มีเนื้อหามากมายเกี่ยวกับอิทธิพลของสิ่งมีชีวิตที่มีต่อโครงสร้างทางธรณีวิทยา

ต้นกำเนิดของภายในประเทศ เคมีเกษตรเกี่ยวข้องกับ D.I. Mendeleev เขาศึกษาปัญหาธาตุอาหารพืชและการเพิ่มผลผลิต

พืชผลทางการเกษตร ศึกษาประสิทธิผลของแร่ธาตุและปุ๋ยอินทรีย์โดย A.N. Engelgardt และ D.N. Pryanishnikov มีต้นกำเนิดเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ธรณีเคมีมีพื้นฐานมาจากหลักการวิวัฒนาการ การปลูกป่าในดินเข้าร่วมใน V. A. Obruchev โดยวางรากฐาน วิทยาศาสตร์ชั้นดินเยือกแข็งถาวร,เขาศึกษาเปลือกโลกและธรณีวิทยา V.V. Dokuchaev กับผลงานของเขา "Russian Black Soil" ค้นพบ วิทยาศาสตร์ดินยังไง ระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์ยืนอยู่ตรงจุดบรรจบของธรณีวิทยา ชีววิทยา และเคมี ดินของเขาเป็นวัตถุธรรมชาติพิเศษที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเกษตร เขาได้จัดประเภทดินเป็นครั้งแรกของโลก ร่างหลักคำสอนของเขตภูมิศาสตร์ภูมิทัศน์ พัฒนาแผนเพื่อต่อสู้กับภัยแล้ง จัดให้มีมาตรการทางการเกษตรและการบุกเบิกป่าไม้หลายประการ M. M. Sibirtsev และ P. A. Kostychev ทำงานร่วมกับเขา Sibirtsev เข้าร่วมการสำรวจหลายครั้งไปยังสเตปป์ทางตอนใต้ของรัสเซีย เขียนตำราเรียนเล่มแรก "วิทยาศาสตร์ดิน" (พ.ศ. 2432) Kostychev แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างคุณสมบัติของดินกับกิจกรรมที่สำคัญของพืชและจุลินทรีย์ และบทบาทของมนุษย์ในการเปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อเหล่านี้ เขาก่อตั้ง (พ.ศ. 2429) บทบาทชี้ขาดของสิ่งมีชีวิตชั้นล่างในการก่อตัวของฮิวมัส (ฮิวมัส) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน G. Gelriger ทดลองสาธิตความสัมพันธ์ของพืชตระกูลถั่วกับแบคทีเรียปม (พ.ศ. 2431) ซึ่งกลายเป็นสิ่งสำคัญใน พืชไร่

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย V.R. Williams พิสูจน์บทบาทของปัจจัยทางชีวภาพ (ชุมชนธรรมชาติของพืชสีเขียวและจุลินทรีย์ชั้นสูง) ในการก่อตัวของความอุดมสมบูรณ์ของดิน เขาเป็นคนแรกที่เน้นความสำคัญของวัฏจักรทางชีวภาพขององค์ประกอบในการก่อตัวของไม่เพียงแต่อินทรีย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนที่เป็นแร่ธาตุของดินด้วยและพัฒนา พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ระบบการทำฟาร์มสนามหญ้า (พ.ศ. 2457) Dokuchaev ผู้สอนแร่วิทยาได้กำหนดความสนใจที่สำคัญของ V.I. Vernadsky ย้อนกลับไปในช่วงที่เขายังเป็นนักศึกษา Vernadsky ศึกษาวิวัฒนาการของแร่ธาตุในเปลือกโลก (1908) สร้างการจำแนกธรณีเคมีขององค์ประกอบทางเคมี พัฒนาหลักคำสอนเรื่องการอพยพของอะตอมในเปลือกโลก วางรากฐานของทิศทางทางพันธุกรรมในแร่วิทยา และเป็นเรื่องทั่วไป ปัญหาแร่วิทยาและธรณีวิทยาที่นำเขาไปสู่แนวคิดเรื่องชีวธรณีเคมี (1917) "ชีวมณฑล" ของ Vernadsky ให้ภาพองค์รวมเกี่ยวกับกลไกการก่อตัวของเปลือกโลก โดยคำนึงถึงอิทธิพลที่กำหนดของชีวิต

V.I. Vernadsky สร้างหลักคำสอนของชีวมณฑลในฐานะเปลือกโลกที่ใช้งานอยู่ซึ่งในกิจกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต - ปัจจัยธรณีเคมีขนาดและความสำคัญของดาวเคราะห์ คำว่า "ชีวมณฑล" นำมาใช้ (พ.ศ. 2418) โดย E. Suess ซึ่งหมายถึงจำนวนทั้งสิ้นของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนพื้นผิวโลก Vernadsky ยังรวมมนุษย์ไว้ในแนวคิดเรื่องสิ่งมีชีวิตด้วย เขาจัดสรรไว้ในชีวมณฑล เฉื่อย(พลังงานแสงอาทิตย์, หิน, แร่ธาตุ ฯลฯ) และ สารชีวภาพ(ดิน น้ำผิวดิน และอินทรียวัตถุ) แม้ว่าสิ่งมีชีวิตจะถือเป็นส่วนที่ไม่มีนัยสำคัญของชีวมณฑลในแง่ของมวลและปริมาตร แต่ก็มีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางธรณีวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในโลกของเรา

จากข้อมูลของ Vernadsky ชีวมณฑลคือสิ่งมีชีวิตของโลกและเป็นสสารเฉื่อยที่ถูกเปลี่ยนรูปไป แนวคิดเรื่อง "ชีวมณฑล" เป็นแนวคิดพื้นฐานของชีวธรณีเคมี ไม่ใช่ทางชีวภาพหรือทางธรณีวิทยา ชีวมณฑลจัดกระบวนการบนโลกและใกล้โลก กระบวนการทางชีวภาพและเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกิจกรรมของชีวิต สิ่งมีชีวิตเป็นส่วนสำคัญของเปลือกโลกที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ สิ่งมีชีวิตคือกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่มีส่วนร่วมในกระบวนการธรณีเคมี สิ่งมีชีวิตถูกนำมาจาก สิ่งแวดล้อมองค์ประกอบทางเคมี สร้างร่างกายจากสิ่งเหล่านั้น คืนสู่สภาพแวดล้อมเดิมทั้งในชีวิตและหลังความตาย ดังนั้นสิ่งมีชีวิตจึงจับชีวมณฑลเข้าด้วยกันและเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดระบบ การเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นเร็วกว่าสสารเฉื่อยมากดังนั้นในนั้นพวกเขาจึงใช้แนวคิดเรื่องเวลาทางประวัติศาสตร์และในสสารเฉื่อย - เวลาทางธรณีวิทยา ในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา พลังของสิ่งมีชีวิตและอิทธิพลของมันต่อสสารเฉื่อยจะเพิ่มขึ้น และการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพจะเกิดขึ้นเฉพาะในสิ่งมีชีวิตในช่วงเวลาเหล่านี้เท่านั้น และสิ่งมีชีวิตอาจมีกระบวนการวิวัฒนาการเป็นของตัวเองโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม

หาก “วงจรชีวิต” ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีจำกัดและการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตนั้นไม่จำกัด สิ่งมีชีวิตโดยรวมก็ถือได้ว่าเป็นอมตะทางธรณีวิทยา ในทางธรณีวิทยาชีวิตนั้นเป็นนิรันดร์ดังนั้นหากบุคคลสูญเสียความสามารถในการทำงานและหยุดดำรงอยู่ในที่สุดกระบวนการของชีวิตเองก็มีลักษณะเฉพาะด้วยความสามารถในการทำงานภายนอกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง พระองค์ทรงแสดงแนวคิดนี้ด้วยหลักสามประการซึ่งเขาเรียกว่า ชีวธรณีเคมี:

1 - พลังงานอิสระ (ชีวชีวเคมี) มีแนวโน้มที่จะปรากฏตัวสูงสุดในชีวมณฑล

2 - ในระหว่างวิวัฒนาการของสายพันธุ์ สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นมีชีวิตรอดโดยเพิ่มพลังงานให้กับชีวิตของพวกเขา

3 - ประชากรโลกควรมีความกว้างมากที่สุดในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา

หลักการเหล่านี้แสดงถึงกฎของธรรมชาติที่มีชีวิตเท่านั้น และไม่ขัดแย้งกับกฎของอุณหพลศาสตร์ การไหลเวียนของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ตั้งแต่รูปแบบที่ง่ายที่สุดไปจนถึงรูปแบบที่พัฒนาแล้วมากที่สุด รวมทั้งจิตใจของมนุษย์และการทำงานทางสังคม คือรูปแบบหนึ่งของการเคลื่อนไหวของสสารที่กฎการลดเอนโทรปีทำงาน ในขณะที่มันเติบโตสำหรับสสารอนินทรีย์ และสสารทั้งสองประเภทนี้ก็เชื่อมโยงกันเป็นอันเดียว Vernadsky ประสบความสำเร็จในการใช้กฎการเพิ่มเอนโทรปีเพื่ออธิบายวิวัฒนาการของจักรวาลของโลก และเขาถือว่าการกำเนิดของชีวมณฑลเป็น "จุดพิเศษ" ของดาวเคราะห์ - จักรวาลซึ่งเป็นการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพก่อนที่กระบวนการของธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตจะครอบงำบนพื้นผิวโลกของเราและหลังจากนั้นกระบวนการในธรรมชาติที่มีชีวิตก็เริ่มมีอำนาจเหนือกว่า

ใจดี. ภายใต้อิทธิพลของพลังงานที่เปล่งประกาย สิ่งมีชีวิตอินทรีย์เกิดขึ้นและพัฒนาอย่างถาวร

Vernadsky เชื่อว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นพร้อมกันกับการก่อตัวของดาวเคราะห์: “สิ่งมีชีวิตในโลกคือการสร้างกระบวนการของจักรวาล ซึ่งเป็นส่วนที่จำเป็นและเป็นธรรมชาติของกลไกของจักรวาลที่กลมกลืนกัน” ในบรรดากฎหมายหลายฉบับที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยา ธรณีวิทยา ชีวเคมี และธรณีเคมี Vernadsky ได้ระบุหลักการเชิงประจักษ์ขั้นพื้นฐาน

1. หลักการแห่งความซื่อสัตย์ชีวมณฑลได้รับการรับรองโดยความสอดคล้องในตัวเองของกระบวนการทั้งหมดในชีวมณฑล ชีวิตถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดแคบๆ เช่น ค่าคงที่ทางกายภาพ ระดับรังสี ฯลฯ ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงกำหนดขนาดของดาว อุณหภูมิ และความดันในนั้น ถ้ามันเล็กลง ดาวฤกษ์ก็จะมีมวลน้อยลง อุณหภูมิของดาวก็จะไม่เพียงพอต่อการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ หากเพิ่มอีกนิด ดาวก็จะเกิน "มวลวิกฤต" ของมัน ออกจากการไหลเวียนทั่วไปและกลายเป็นหลุมดำ ค่าคงที่ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้ากำหนดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี รับผิดชอบเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมและความแข็งแรงของพันธะในโมเลกุล ค่าคงที่ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน เมื่อมีการเปลี่ยนแปลง มันจะ "บ่อนทำลาย" โลกทั้งใบของเรา ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งคงที่ไม่ควรเปลี่ยนแปลงซึ่งรับผิดชอบต่อความเสถียรของนิวเคลียสของอะตอม มิฉะนั้นปฏิกิริยาในดาวฤกษ์จะเกิดขึ้นแตกต่างออกไป และคาร์บอนและไนโตรเจนอาจไม่เกิดขึ้น และยังไม่ชัดเจนว่าชีวิตแบบเราจะเป็นไปได้หรือไม่

2. หลักการความสามัคคีของชีวมณฑลและการจัดระเบียบเกี่ยวข้องกับอันที่แล้ว กฎแห่งการเปลี่ยนแปลงพลังงานบนโลก กฎการเคลื่อนที่ของอะตอมเป็นภาพสะท้อนของความกลมกลืนของจักรวาล จังหวะของการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้า พื้นฐานสำหรับการดำรงอยู่ของชีวมณฑลคือตำแหน่งของโลกในอวกาศความโน้มเอียง แกนโลกไปจนถึงสุริยุปราคาซึ่งเป็นตัวกำหนดสภาพอากาศและวงจรชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหลักในชีวมณฑลและเป็นตัวควบคุมกระบวนการทางชีวภาพ ดังที่ Yu. R. Mayer กล่าวไว้ “ชีวิตคือการสร้างแสงตะวัน”

3. บทบาทจักรวาลของชีวมณฑลในการเปลี่ยนแปลงพลังงาน- เราสามารถพิจารณาธรรมชาติสิ่งมีชีวิตส่วนนี้ได้ว่า การพัฒนาต่อไปกระบวนการเดียวกันในการแปลงพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานที่มีประสิทธิภาพของโลก ชีวมณฑลเป็นหนึ่งเดียวกัน ยานอวกาศตั้งแต่สมัยทางธรณีวิทยาที่เก่าแก่ที่สุด ชีวิตยังคงคงที่ตลอดเวลา มีเพียงรูปแบบเท่านั้นที่เปลี่ยนไป สิ่งมีชีวิตนั้นไม่ใช่สิ่งสร้างแบบสุ่ม แหล่งพลังงานของปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาคือจักรวาล ส่วนใหญ่เป็นแสงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างและ ประวัติศาสตร์อวกาศโลก; พลังงานภายในของสสาร - กัมมันตภาพรังสี สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลทางเคมีและความซับซ้อนของโครงสร้างทางชีววิทยา

4. ชีวิตที่แพร่กระจาย- การรวมตัวกันของพลังงานธรณีเคมีซึ่งเป็นอะนาล็อกของกฎความเฉื่อยของสสารไม่มีชีวิต สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กสืบพันธุ์ได้เร็วกว่าสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ อัตราการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสิ่งมีชีวิต

5. ออโตโทรฟิกสิ่งมีชีวิตนำทุกสิ่งที่ต้องการสำหรับชีวิตไปจากสสารเฉื่อยที่อยู่รอบตัว และไม่ต้องการสารประกอบสำเร็จรูปจากสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อสร้างร่างกาย ขอบเขตการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิคสีเขียวนั้นถูกกำหนดโดยพื้นที่ที่แสงแดดส่องเข้ามาเป็นหลัก

6. พลังงานจักรวาลทำให้เกิดแรงกดดันแห่งชีวิตซึ่งเกิดขึ้นได้จากการสืบพันธุ์ การสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตจะลดลงตามจำนวนที่เพิ่มขึ้น

7. รูปแบบการเกิดองค์ประกอบทางเคมี:หินและแร่ธาตุ แมกมา ธาตุรอง สิ่งมีชีวิต เปลือกโลกเป็นกลไกที่ซับซ้อนซึ่งอะตอมและโมเลกุลเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา วัฏจักรธรณีเคมีต่างๆ เกิดขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยกิจกรรมของสิ่งมีชีวิต กฎแห่งความมัธยัสถ์ในการใช้วัตถุเคมีธรรมดากับสิ่งมีชีวิต: เมื่อธาตุเข้าไป มันจะผ่านสภาวะต่างๆ กันเป็นลำดับยาวๆ และร่างกายจะดูดซับธาตุตามจำนวนที่ต้องการเท่านั้น

8. ชีวิตบนโลกถูกกำหนดโดยสนามอย่างสมบูรณ์ ความยั่งยืนของพืชพรรณสีเขียวขีดจำกัดของชีวิตถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของสารประกอบที่สร้างร่างกายและความสามารถในการทำลายไม่ได้ภายใต้สภาพแวดล้อมบางอย่าง ขอบเขตสูงสุดแห่งชีวิตถูกกำหนดโดยขีดจำกัดสุดโต่งของการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิต ขีด จำกัด สูงสุดของสิ่งมีชีวิตนั้นเกิดจากพลังงานรังสีซึ่งมีอยู่ซึ่งไม่รวมชีวิตและจากที่ชั้นโอโซนปกป้อง ขีดจำกัดล่างเกี่ยวข้องกับการบรรลุผล อุณหภูมิสูง. ช่วงอุณหภูมิ 432 °C (-252 ถึง +180 °C) ถือเป็นแผงป้องกันความร้อนแบบจำกัด

9. หลักการคงตัวของปริมาณสิ่งมีชีวิตในชีวมณฑล ปริมาณออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศอยู่ในลำดับเดียวกับปริมาณสิ่งมีชีวิต (1.5-10 18 กก. และ 10 17 -10 18 กก.) อัตราการส่งผ่านของชีวิตต้องไม่เกินขีดจำกัดที่ละเมิดคุณสมบัติของก๊าซ มีการต่อสู้แย่งชิงก๊าซที่จำเป็น

10. ทุกระบบเข้าสู่จุดสมดุลที่มั่นคง
นี้,เมื่อพลังงานอิสระมีค่าเท่ากับศูนย์หรือเข้าใกล้
นั่นคือเมื่องานทั้งหมดที่เป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขของระบบเสร็จสิ้น
ถูกคุกคาม แนวคิดเรื่องความสมดุลที่มั่นคงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

หลักการมานุษยวิทยาหยิบยกโดย G.M. Idlis (1958) มีความเกี่ยวข้องกับหลักการแรกของ Vernadsky ที่ระบุไว้ที่นี่และประกอบด้วยความสอดคล้องที่แน่นอนของค่าคงที่ของโลกกับความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของชีวิต ความสม่ำเสมอที่น่าทึ่งของปริมาณจำนวนหนึ่งทำให้รู้สึกว่าอาจมีหลักการที่ซ่อนอยู่ซึ่งควบคุมจักรวาลทั้งมวล เพื่อสิ่งนั้น

หลายคนได้กล่าวถึงข้อเท็จจริงนี้ ตอนนี้มี 2 เวอร์ชัน คือ อ่อนแอ และ แข็งแกร่ง ดังที่นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้โด่งดัง เจ. ไดสัน กล่าวไว้ว่า “หากเรามองดูจักรวาลอย่างใกล้ชิดและดูว่ามีอุบัติเหตุมากมายที่เป็นประโยชน์ต่อเรา ดูเหมือนว่าจักรวาลจะรู้ว่าเราจะปรากฏตัวขึ้นมา” นี่เป็นหนึ่งในสูตรของหลักการที่อ่อนแอในวรรณคดีอังกฤษ - WAP แต่มันไม่ได้ตอบคำถามมากมาย เช่น ทำไมจักรวาลถึงยอมให้สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้ หรือบางทีไม่จำเป็นต้องสร้างทฤษฎีที่ไม่อนุญาตให้มีผู้สังเกตการณ์? หลักการที่แข็งแกร่ง - การเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตเป็นไปตามธรรมชาติในจักรวาล แต่บางทีการปรากฏตัวของผู้สังเกตการณ์อาจเป็นเป้าหมายของวิวัฒนาการของจักรวาลใช่ไหม

Vernadsky แบ่งบทบาททางธรณีวิทยาของสิ่งมีชีวิตออกเป็น 5 ประเภท ได้แก่ พลังงาน ความเข้มข้น การทำลายล้าง การก่อตัวของสิ่งแวดล้อม การขนส่ง สิ่งมีชีวิตทำให้เกิดการอพยพขององค์ประกอบทางเคมีในชีวมณฑลผ่านการหายใจ โภชนาการ เมแทบอลิซึม และการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของรุ่น พลังงานชีวธรณีเคมีของสิ่งมีชีวิตเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการเปลี่ยนแปลงของธรณีสเฟียร์

ในและ Vernadsky เมื่อพิจารณาชีวมณฑลในฐานะเปลือกทางธรณีวิทยา เข้าใจได้อย่างชัดเจนว่าโครงสร้างของเปลือกนี้ไม่ได้สะท้อนถึงความซับซ้อนทั้งหมดของกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้น ดังนั้นเขาจึงแนะนำแนวคิดเรื่องการจัดระเบียบของชีวมณฑล ย้อนกลับไปในปี 1931 ในงานของเขาเรื่อง On the Conditions for the Emergence of Life on Earth, Vernadsky นิยามการจัดระเบียบของชีวมณฑลว่าเป็นเสถียรภาพของระบบไดนามิกและความสมดุลของมัน

การจัดระเบียบของชีวมณฑลในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าชีวมณฑลทั้งหมดถูกปกคลุมไปด้วยโทรโพสเฟียร์ ไฮโดรสเฟียร์ เปลือกโลก และสิ่งมีชีวิต ชิ้นส่วนเหล่านี้แทรกซึมและมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ก่อตัวเป็นชิ้นเดียว (รูปที่ 2)

ไบออสเฟียร์

ข้าว. 2. ความสัมพันธ์กันของเปลือกชีวมณฑลของโลก

ดังนั้น แนวคิดของ "องค์กร" จึงบอกเป็นนัยว่าธรรมชาติที่อยู่รอบๆ ไม่ใช่ความสับสนวุ่นวายขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน แต่เป็นตัวแทนของสิ่งเดียวและสอดคล้องกัน

การจัดระเบียบของธรรมชาติไม่เพียงแต่เป็นข้อเท็จจริงเชิงประจักษ์ภายนอกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติพื้นฐานของธรรมชาติด้วย ปรากฏชัดเจนที่สุดในปรากฏการณ์ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งแต่ละเมล็ดถือได้ว่าเป็นพิภพเล็ก ๆ

ดังนั้นการจัดระเบียบของชีวมณฑลจึงแสดงถึงความสามัคคีความเท่าเทียมกันและการเชื่อมต่อของส่วนต่างๆ การจัดระเบียบของชีวมณฑลนั้นแสดงออกมาในระดับต่างๆ มีระดับอุณหพลศาสตร์, กายภาพ, เคมี, ชีวภาพ, พาราเจเนติก, พลังงาน, ระดับการจัดองค์กรของชีวมณฑลของดาวเคราะห์

1.5. ความมั่นคงและการกำกับดูแลตนเองในกระบวนการพัฒนาชีวมณฑล

ชีวมณฑลของโลก- ระบบเปิด ซับซ้อน หลายองค์ประกอบ ควบคุมตนเอง เชื่อมต่อกับอวกาศของสิ่งมีชีวิตและสารประกอบแร่ธาตุที่ก่อตัวเป็นเปลือกนอกของดาวเคราะห์

ชีวมณฑลไม่ได้เป็นเพียงพื้นที่ที่สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นและพัฒนาบนโลกในทุกรูปแบบเท่านั้น ในระหว่างที่มันดำรงอยู่ สิ่งมีชีวิตได้เปลี่ยนแปลงธรรมชาติดั้งเดิมของโลกอย่างลึกซึ้งและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยา ชีวิตเองก็ปรับตัวและปรับสภาพแวดล้อมให้เหมาะสม เกราะป้องกันโอโซนได้ปรากฏขึ้นในชั้นสตราโตสเฟียร์ เพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิตจากผลการทำลายล้างของรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีคอสมิกอื่นๆ

การผุกร่อน การก่อตัวของดิน ตะกอนบริเวณคอลูเวียและลุ่มน้ำปกคลุมหินเสาหิน แห้งแล้ง และไร้น้ำ โดยมีแร่ธาตุอินทรีย์ปกคลุมอยู่ด้วยดินเนื้อดี กระบวนการเหล่านี้ทำให้เกิดขอบเขตที่หลวมพร้อมคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีสำหรับการดำรงอยู่ของพืช โดยเฉพาะระบบรากของพวกมัน และระบบนิเวศเฉพาะสำหรับสัตว์ การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเป็นกลไกในการสะสมพลังงานชีวเคมีที่ใช้งานอยู่ในมวลของอินทรียวัตถุในรูปของเชื้อเพลิงฮิวมัสและฟอสซิล รับประกันความพึงพอใจต่อความต้องการของสิ่งมีชีวิตในกรณีที่สภาวะตึงเครียดและช่วงเวลาที่ไม่เอื้ออำนวย

สิ่งมีชีวิตได้สร้างสิ่งปกคลุมดินเพื่อเอาชนะทรัพยากรไนโตรเจน-คาร์บอน น้ำ อากาศ และแร่ธาตุที่มีจำกัด การสังเคราะห์ใหม่ของแร่ธาตุที่มีการกระจายตัวสูงทำให้เกิดความสามารถในการดูดซับทางเคมีกายภาพในดิน ดังนั้นจึงช่วยตรึงสารประกอบ N, P, Ca, K การสะสมขององค์ประกอบหลัก (C, N, P, Ca, S, K) และองค์ประกอบขนาดเล็ก (I, Zn, Cu , Co, Se ฯลฯ ) ถูกสังเกตในระหว่างการสะสมทางชีวภาพในรูปแบบของสารประกอบอินทรีย์ฮิวมัส

กลไกของความร่วมมือ - การอยู่ร่วมกัน - ระหว่างพืช สัตว์ แมลง สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังส่วนล่าง และจุลินทรีย์ที่มีการก่อตัวของห่วงโซ่อาหารเกิดขึ้นและแสดงให้เห็นถึงบทบาทพิเศษของมัน กลไกในชีวมณฑลนี้ทำให้สามารถผ่านไปได้ด้วยพลังงานสำรองเพียงเล็กน้อยและ สารประกอบเคมี. แต่มีข้อจำกัดสำหรับความมั่นคงและการกำกับดูแลตนเองนี้ หากการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมนอกเหนือไปจากความผันผวนเป็นระยะซึ่งสิ่งมีชีวิตถูกปรับตัว การเชื่อมโยงกันของระบบนิเวศและชีวมณฑลโดยรวมก็จะหยุดชะงัก

ชีวิต สิ่งมีชีวิต ชีวมณฑล ต้องขอบคุณกระบวนการเหล่านี้ เช่นเดียวกับความต่อเนื่องของการไหลของพลังงานจักรวาลที่พัฒนาขึ้นบนโลกตามหลักการของการสืบพันธุ์แบบขยายที่ควบคุมตนเอง ดังนั้นในดีโวเนียนจึงมีพืชประมาณ 12,000 ชนิดในยุคคาร์บอนิเฟอรัส - 27,000 ชนิดใน Permo-Triassic - 43,000 ในจูราสสิก - 60,000 ชนิด พืชสมัยใหม่มีประมาณ 300,000 ชนิด (Kovda, 1983) . สิ่งนี้ชี้นำการพัฒนาที่ก้าวหน้าของชีวมณฑลไม่ต่อเนื่อง ภัยพิบัติ (ยุคภูเขาไฟ น้ำแข็ง การทำให้กลายเป็นทะเลทราย) ขัดขวางและชะลอกระบวนการขยายพันธุ์โดยทั่วไป แต่ไม่สามารถหยุดกระบวนการทั่วไปของการพัฒนาชีวิตและชีวมณฑลที่ซับซ้อนมากขึ้นได้

1.6. แนวคิดเรื่อง biogeocenosis เป็นโครงสร้างเบื้องต้น

หน่วยชีวมณฑล

ไบโอจีโอซีโนซิสเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนและส่วนประกอบเฉื่อยที่เชื่อมโยงถึงกันโดยการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงาน (กรีก: bios - life, gi - geo - Earth, koinos - ทั่วไป) แนวคิดนี้มีพื้นฐานมาจากคำจำกัดความของ Academician V.N. Sukachev ตามนั้น ไบโอจีโอซีโนซิส- “ชุดของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เป็นเนื้อเดียวกัน (บรรยากาศ หิน พืชพรรณ ชีวิตสัตว์ และโลกของจุลินทรีย์ ดิน และสภาพอุทกวิทยา) เหนือพื้นผิวโลกในระดับหนึ่ง ซึ่งมีความจำเพาะพิเศษของตัวเองในปฏิสัมพันธ์ของส่วนประกอบเหล่านี้ที่ ประกอบขึ้นเป็นการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานบางประเภทระหว่างสิ่งเหล่านั้นกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่นๆ และแสดงถึงความขัดแย้งภายใน เอกภาพวิภาษวิธี ในการเคลื่อนไหวและการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง”

ปัจจุบันคำว่า "biogeocenosis" และ "ระบบนิเวศ" มักถูกมองว่ามีความหมายเหมือนกัน แต่แนวคิดเรื่อง "biogeocenosis" ที่เสนอโดย V.N. Sukachev และที่เกี่ยวข้องกับระบบสิ่งมีชีวิตบนบกมีขอบเขตอาณาเขตที่แน่นอน แนวคิดของ "ระบบนิเวศ" นั้นไร้มิติและอาจรวมถึงพื้นที่ในทุกขอบเขตตั้งแต่หยดน้ำที่มีจุลินทรีย์อาศัยอยู่ในนั้นไปจนถึงชีวมณฑลทั้งหมดโดยรวม ดังนั้นแนวคิดเรื่อง "biogeocenosis" ที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่อง "ระบบนิเวศ" จึงมีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ในการประชุมสัมมนาของยูเนสโกเรื่องการทำงานของระบบนิเวศบนบกในระดับการผลิตขั้นปฐมภูมิ ซึ่งจัดขึ้นที่โคเปนเฮเกนเมื่อปี พ.ศ. 2508 มีการเห็นพ้องกันว่าทั้งสองคำมีความหมายเหมือนกัน

ดังนั้น biogeocenoses เป็นส่วนหนึ่งของโลกหรือผิวน้ำที่เป็นเนื้อเดียวกันจากมุมมองของภูมิประเทศ ภูมิอากาศจุลภาค พฤกษศาสตร์ สัตววิทยา ดิน อุทกวิทยา และธรณีเคมี ในระบบนี้การไหลเวียนของสารและการไหลของพลังงานมีลักษณะเฉพาะด้วยความเข้มข้นและทิศทางที่แน่นอน จุดเริ่มต้นของวัฏจักรของสารคือการสังเคราะห์ด้วยแสงและการสร้างไฟโตชีวมวลโดยพืช ขนาดที่แท้จริงของ biogeocenoses บนโลกนั้นแตกต่างกันไปอย่างมาก: จากหลายเมตร (microdepressions ในสเตปป์และกึ่งทะเลทราย, เนินทราย ฯลฯ ) ถึงกิโลเมตร (biogeocenoses ของ Solonchak, Solonetz, takyr, พื้นที่ที่เป็นเนื้อเดียวกันของสเตปป์, ป่าไม้ ฯลฯ ). ขนาดแนวตั้งของไบโอจีโอซีโนสยังแตกต่างกันค่อนข้างมาก ตั้งแต่ไม่กี่เซนติเมตรบนโขดหินไปจนถึงหลายสิบเมตรในป่าไทกาหรือป่าเขตร้อน

Biogeocenosis ค่อนข้างคงที่ในเวลาและเปิดทางอุณหพลศาสตร์โดยคำนึงถึงการไหลเข้าและการไหลของสสารและพลังงาน มีการป้อนพลังงานและสารต่างๆ: พลังงานแสงอาทิตย์, องค์ประกอบแร่ของหิน, การตกตะกอนในชั้นบรรยากาศ, น้ำบาดาล. เช่นเดียวกับการปล่อยพลังงานและสารอาหารออกสู่ชั้นบรรยากาศ (ความร้อน ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ) เปลือกโลก (สารประกอบฮิวมัส แร่ธาตุ หินตะกอน) และไฮโดรสเฟียร์ (สารอาหารที่ละลายในพื้นดิน ทะเลสาบ และน้ำในแม่น้ำ) .

ธรรมชาติในการควบคุมตนเองของชีวมณฑลและจีโอซีโนสเป็นผลมาจากคุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติของสิ่งมีชีวิต ความสามารถในการดูดซับและแลกเปลี่ยนสาร เติบโตและสืบพันธุ์ การไหลของพลังงานและสสารในไบโอจีโอซีโนซิสเริ่มจากพืชสู่สัตว์กินพืช จากพืชสู่สัตว์กินพืช จากพืชไปสู่สัตว์นักล่า จากนั้นไปสู่สิ่งมีชีวิตและแบคทีเรียในดินที่ลดลง เป็นสัตว์กินพืชที่เริ่มต้นห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิตที่กินและทำลายอินทรียวัตถุที่สร้างขึ้นระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้นแหล่งอาหารและพลังงานหลักสำหรับห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิตคือไฟโตแมสที่สร้างขึ้นโดยพืช Zoomass เป็นสินค้ารอง ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่างผลผลิตปฐมภูมิและทุติยภูมิของ biogeocenoses และภูมิทัศน์

ในห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิตใน biogeocenosis มีพลังงานไหลอย่างต่อเนื่อง ในแต่ละจุดเชื่อมต่อใหม่ในเครือนี้ พลังงานและชีวมวลที่สะสมในขั้นตอนก่อนหน้า 50–90% จะหายไป มีสิ่งที่เรียกว่า ปิรามิดทางนิเวศวิทยาพลังงานสำรอง ยิ่งการเชื่อมโยงในห่วงโซ่อาหารมีมากขึ้น ปิระมิดทางนิเวศก็จะยิ่งสูงขึ้น และพลังงานในห่วงโซ่สุดท้ายก็จะสูญเสียไปมากขึ้น (รูปที่ 3)

	นกอินทรี
	งู
	กบ
	ตั๊กแตน
สมุนไพร

ข้าว. 3. ปิระมิดแห่งห่วงโซ่อาหาร

ประเด็นหลักของพลังงานในระบบนิเวศคือการที่กระบวนการพลังงานชีวภาพไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้น เมื่อนำไปใช้กับระบบนิเวศ (และโดยเฉพาะกับดิน) ไม่สามารถใช้คำว่า "วงจรพลังงาน" ได้ เช่นเดียวกับในชีวธรณีเคมีและวิทยาศาสตร์ดินเกี่ยวกับวัฏจักรของสาร คำที่ถูกต้องเพียงคำเดียวคือ "การไหลของพลังงาน" เนื่องจากพลังงานของผลิตภัณฑ์ชีวภาพปฐมภูมิจะถูกใช้ไปในอนาคตเท่านั้น เพื่อเติมเต็มและฟื้นฟูชีวมวลในระบบนิเวศจึงมีความจำเป็น การไหลเข้าอย่างต่อเนื่องพลังงานจากภายนอกในขณะที่อะตอมของสสารอาจไม่ไหลเข้ามา อะตอมเดียวกันสามารถหมุนเวียนซ้ำ ๆ ใน biogeocenosis