Вчення про біосферу. Проект – "біосфера", рай який луснув. Вчення В.І.Вернадського про біосферу

На початку 90-х років минулого століття світ став свідком вельми дивного наукового експерименту під назвою "Біосфера-2".

Вісім чоловік, одягнених у формені футуристичні комбінезони, помахали величезному натовпу журналістів і увійшли до герметичного шлюзу, що розташовувався в пустелі Арізони.

Повітронепроникні скляні куполи вміщали п'ять ландшафтних модулів: джунглі, савана, болото, пустеля і навіть маленький океан з пляжем і кораловим рифом.

Серед цієї краси був сільськогосподарський блок, оснащений за останнім словом техніки, а також житловий будинок, побудований в авангардному стилі. Також крім людей усередину було запущено близько 4 тисяч різноманітних представників фауни, включаючи кіз, свиней та курей на фермі.

«Біосфера-2» — споруда, що моделює замкнуту екологічну систему, побудовану компанією «Space Biosphere Ventures» та мільярдером Едвардом Бассом у пустелі Арізона (США).

Цифра «2» у назві покликана наголосити, що «Біосферою-1» є Земля.

Існує альтернативна версія з приводу «першої Biosphere» — саме так називався американський павільйон Biosphere на всесвітній виставці Експо-67, свого часу не менш відомий за Атоміум.

На користь цієї версії говорить помітна зовнішня схожість у конструкції Biosphere та Biosphere-2.

Головним завданням «Біосфери-2» було з'ясувати, чи зможе людина жити та працювати у замкнутому середовищі. У віддаленому майбутньому такі системи можуть бути корисні як автономні поселення в космосі, і в разі крайнього погіршення умов життя на Землі.

Лабораторія є мережею герметичних будівель загальною площею 1,5 га з легких матеріалів, розділених на кілька незалежних екосистем та покритих скляним ковпаком, що пропускає близько 50% сонячного світла.

Внутрішній простір поділено на 7 блоків, серед яких тропічний ліс, мініатюрний океан з незвичайним хімічним складом, пустеля, савана і мангровий естуарій. Гігантські "легкі" регулюють внутрішній тиск таким чином, щоб він відповідав зовнішньому - це зводить до мінімуму витоку повітря.

Експеримент було проведено у два етапи: перший з 26 вересня 1991 року по 26 вересня 1993 року та другий – у 1994 році.

Весь цей ковчег мав автономно проіснувати два роки, харчуючись тим, що росло під куполом, дихаючи киснем, який виділяли рослини, очищуючи і нескінченно використовуючи ту саму воду.

Така собі планета в мініатюрі, незаймана технічною революцією, де вісім інтелігентних, освічених людей планували займатися простою фізичною працею, збиратися за одним обіднім столом, музикувати в дозвілля і, нарешті, працювати заради великої мети, на благо науки.

Чим не рай?

Виявилося, не все так просто...

Вісім людей (чотири жінки та четверо чоловіків) пробули в «Біосфері-2» близько двох років, підтримуючи зв'язок із зовнішнім світом лише через комп'ютер. Разом з ними туди було доставлено 3000 видів рослин і тварин.

Під час першого етапу рівень кисню почав падати на 0,5% на місяць, що спричинило ситуацію, коли люди змушені були жити в умовах кисневого голодування (аналогічні умови спостерігаються на висоті 4,080 м над рівнем моря).

Приблизно через тиждень головний технік Біосфери Ван Тілло прийшов на сніданок дуже схвильованим. Він оголосив, що має дивні і неприємні новини. Щоденні виміри стану повітря показали, що проектувальники купола помилилися у розрахунках.

В атмосфері поступово скорочується кількість кисню та збільшується відсоток вуглекислого газу.

Поки що це зовсім непомітно, проте, якщо тенденція продовжиться, приблизно через рік існування на станції стане неможливим. З цього дня райське життя біонавтів закінчилося, почалася напружена боротьба за повітря, яким вони дихали.

По-перше, було вирішено якнайінтенсивніше нарощувати зелену біомасу.

Усе вільний часколоністи присвячували посадкам та догляду за рослинами.

По-друге, вони запустили на повну потужність резервний поглинач вуглекислого газу, з якого постійно потрібно було скребати осад.

По-третє, несподіваним помічником став океан, де осідала кілька CO2, перетворюючись на оцтову кислоту.

Щоправда, кислотність океану від цього постійно зростала, і доводилося використовувати добавки, які її знижують. Ніщо не помагало. Повітря під куполом ставало все більш розрідженим.

Оскільки рівень кисню впав до такого небезпечного рівня, було ухвалено рішення штучно закачувати кисень ззовні.

За кілька тижнів одна з учасниць експерименту відрізала собі палець під час роботи на сільськогосподарському устаткуванні. Спроби пришити палець закінчилися невдачею і учасниці довелося залишити експеримент.

Досить швидко команда розбилася на дві протиборчі групи. Це заважало нормальному ходу досліджень.

Навіть через 20 років гурти уникають зустрічей.

Усередині лабораторії росли дерева, трава та чагарники, що давали 46 видів рослинної їжі, були пасовища кіз, свинарники, курники, у штучних водоймах плавала риба та креветки.

Передбачалося, що комплекс функціонуватиме автономно, оскільки були всі умови нормального кругообігу речовин.

Сонячного світла, за розрахунками вчених, мало вистачити для достатнього відтворення кисню рослинами внаслідок фотосинтезу, черв'яки та мікроорганізми мали забезпечити переробку відходів, комахи — запилювати рослини тощо.

Проте за кілька тижнів життя людей, які живуть натуральним господарством, порушилося.

Мікроорганізми та комахи стали розмножуватися в несподівано великих кількостях, викликаючи непередбачене споживання кисню та знищення сільськогосподарських культур (використання отрутохімікатів не передбачалося).

Незабаром перед біонавтами постала ще одна глобальна проблема.

З'ясувалося, що ферма в 20 соток за всіх сучасних технологіяхобробка землі здатна забезпечити лише 80% потреб колоністів у їжі. Їхній щоденний раціон (однаковий для жінок та чоловіків) становив 1700 калорій, що нормально для сидячого офісного життя, але катастрофічно мало при тій кількості фізичної роботи, яку мав виконувати кожен мешканець «Біосфери».

Спочатку вечерю сервірували у вигляді шведського столуПроте незабаром через це почали виникати серйозні конфлікти, і їжу стали накладати кожному в тарілку, відміряючи буквально до грама.

Люди вставали з-за столу голодними і постійно мріяли про ласощі великого світу.

Вечірні філософські дискусії замінили фантазії про те, що вони з'їдять, коли вийдуть на волю. Кладову, де зберігалися головні ласощі біонавтів - банани, після огидного епізоду з анонімним пограбуванням довелося замикати на ключ.

Перед тим як віддавати очищення свиням, люди ретельно обирали все, що можна було з'їсти. Бананові шкірки та горіхове лушпиння йшли за делікатес.

Якось увечері Джейн Пойнтер, відповідальна за ферму, зізналася, що їй було відомо про майбутню продовольчу кризу. За кілька місяців до заселення вона прорахувала, що біонавтам не вистачатиме їжі, проте під впливом доктора Валфорда з його уявленнями про здорову дієту було вирішено, що цей брак піде лише на користь.

Лікар, до речі, був єдиним, хто не скаржився на голод. Він же продовжував наполягати на справедливості своєї теорії: вже за півроку «голодної» дієти стан крові біонавтів значно покращився, знизився рівень холестеролу, покращився метаболізм. Люди втратили від 10 до 18 відсотків маси тіла і виглядали напрочуд молодо. Вони посміхалися через скло журналістам та цікавим туристам, вдаючи, що нічого не відбувається. Однак біонавти відчували себе все гірше та гірше.

Літо 1992 стало для колоністів особливо складним. Посіви рису були знищені шкідниками, тому їх раціон протягом кількох місяців майже повністю складався з квасолі, батату і моркви.

Через надлишок бета-каротину їхня шкіра стала помаранчевою. До цієї біди додався особливо сильний ель-ніньйо, через яке небо над «Біосферою-2» майже всю зиму було затягнуте хмарами.

Це послабило фотосинтез джунглів (означає, і вироблення дорогоцінного кисню), а також знизило і без того мізерні врожаї. Світ навколо них втрачав свою красу та гармонійність. У «пустелі» через конденсацію на стелі регулярно випадали дощі, тому багато рослин згнили.

Величезні п'ятиметрові дерева в джунглях несподівано стали крихкими, дехто впав, зламавши все довкола. (Згодом, досліджуючи цей феномен, вчені дійшли висновку, що його причина крилася без вітру під куполом, який зміцнює стовбури дерев у природі.)

Стоки в рибних ставках забилися, і риби ставало дедалі менше. Все важче було боротися із кислотністю океану, через яку гинули корали.

Тваринний світ джунглів та савани теж невблаганно скорочувався.

Господарі раю почували себе нітрохи не краще. Кількість кисню в атмосфері постійно знижувалася і досягла 16% (при нормі 20%). Це можна порівняти з розрідженим повітрям гір, і зазвичай людський організмшвидко пристосовується до цього стану. Однак через загальне виснаження колоністів гірська хвороба не відпускала їх.

Біонавти почали швидко втомлюватися, постійно паморочилося в голові, вони не могли вже виконувати роботу в колишньому обсязі. Але найрадикальнішим чином кисневе голодування позначилося на їхньому моральному стані. Усі відчували себе пригніченими, сумними, роздратованими. Щодня під куполом відбувалися скандали.

Чудово себе почували лише таргани та мурахи, що заповнили всі біологічні ніші. Біосфера поступово вмирала.

Мешканці проекту стали втрачати у вазі та задихатися. Вченим довелося піти на порушення умов експерименту та почати постачання всередину кисню (23 тонни) та продуктів (ці факти ховалися і були викриті згодом).

Перший експеримент закінчився невдачею: люди сильно втратили вагу, кількість кисню знизилася до 15% (нормальний вміст в атмосфері — 21%).

Після закінчення експерименту 1994 року, почалося трирічне відновлення величезного комплексу.

За цей час спонсори відмовилися від проекту, визнаючи, що експеримент не приніс очікуваних результатів.

На початку 1996 року "Біосфера-2" була передана під науковий нагляд Б. Маріно та його колег з Обсерваторії Землі при Колумбійському університеті.

Вони вирішили припинити експеримент і видалити зі спорудження людей, оскільки було неясно, як вирішити проблему харчування та збереження постійного складу повітря. У середині 1996 року вчені розпочали новий експеримент, вже без участі людей.

Вони мали з'ясувати: чи справді зі збільшенням відсоткового вмісту СО2 врожайність підвищується і доки; що відбувається із надлишками вуглекислоти і де вони накопичуються; чи можливий при неконтрольованому зростанні вмісту двоокису вуглецю в атмосфері якийсь зворотний катастрофічний процес.

Другий етап також був передчасно перерваний через організаційно-фінансові проблеми. Передбачається, що падіння рівня кисню було викликане непередбаченим розмноженням мікроорганізмів. Посіви, савана та ліс були заповнені мікроорганізмами, які почали розмножуватися та винищувати сходи.

Головною причиною конфлікту було те, що Аллен не дозволяв біонавтам оприлюднити їхні проблеми.

Він продовжував вдавати, що експеримент йде за планом.

Половина колоністів (обидва капітани, піар-директор і начальниця з наукових досліджень, тобто керівництво) були абсолютно згодні з цією позицією. Вони вважали, що потрібно пробути під куполом заплановані два роки за будь-яку ціну. Ще четверо біонавтів стверджували, що треба терміново запитати на допомогу міжнародних вчених, щоб зрозуміти, чому зникає кисень. Також непогано було б замовити трохи повітря та їжі ззовні.

Джейн Пойнтер, лідер групи, яка хотіла просити допомоги, так описує початок конфлікту: «Я прибирала у загонах для тварин на фермі. Голова страшенно паморочилася, і доводилося щохвилини відпочивати. З ранку ми говорили про наше становище, і я сказала, що залишатись тут і задихатися – це якесь сектантство. Я думала про все це, потім обернулася і побачила Абігайль, яка стояла в мене за спиною. У неї щось було в роті... У наступну мить вона плюнула мені в обличчя! Я розгубилася і запитала: "За що?" "Сама подумай", - відповіла та, розвернулась і пішла».

Тим часом звичайні глядачі, які щодня приїжджали цілими автобусами, щоб подивитися, що коїться у гігантському людському акваріумі, і не підозрювали, які пристрасті там киплять. Вони шикувалися вздовж стіни, потягуючи колу, жуючи хот-доги, і люди у футуристичних костюмах за склом здавались їм напрочуд одухотвореними, справжніми героями фантастичних книг та візіонерами. Хоча, за великим рахунком, «візіонери» просто були дуже втомленими та голодними. Восени 1992 року вміст кисню під куполом опустилося до 14%.

Доктор Валфорд оголосив, що знімає з себе свої обов'язки, оскільки більше не в змозі скласти в думці навіть двозначні числа. Ночами біонавти постійно прокидалися, оскільки активний фотосинтез рослин припинявся, рівень кисню різко падав і вони починали задихатися. На цей момент усі хребетні тварини біосфери загинули.

Через рік після початку експерименту Аллен і Басс вирішили розгерметизувати капсулу і додати в атмосферу «Біосфери» кисень.

Також вони дозволили біонавтам використати недоторканні запаси зерна та овочів із насіннєвого сховища. Це значно покращило загальний стан колоністів.

Однак дві ворогуючі групи так і залишилися в стані перманентної війни, намагаючись навіть не розмовляти одна з одною. 26 вересня 1993 року, коли шлюз був урочисто розгерметизований і люди вийшли назовні, з їхніх осіб можна було зрозуміти, що експеримент провалився - вигнання з раю відбулося повною мірою і назавжди. Біосфера виявилася непридатною життя. Тим часом журналісти, які довідалися про добавку кисню в атмосферу, роздмухали з цього величезний скандал і охрестили «Біосферу» грандіозним провалом століття. Тож у чому полягала ця таємнича проблема з киснем?

Коли вчені уважно оглянули жалюгідний стан розорених куполів, вони дійшли висновку, що фатальну роль відіграли цементні перекриття.

Кисень вступав у реакцію з цементом і осідав у вигляді оксидів на стінах.

Ще одним активним споживачем кисню виявилися бактерії у ґрунті.

Для «Біосфери» вибрали найродючіший чорнозем, щоб природних мікроелементів у ньому вистачило на довгі роки, проте в такій землі було дуже багато мікроорганізмів, які так само дихають киснем, як і хребетні тварини.

Наукові журнали визнали ці відкриття головними та єдиними здобутками «Біосфери». На одній із внутрішніх стін «планети» досі збереглося кілька рядків, написаних однією з жінок: «Тільки тут ми відчули, наскільки залежить від навколишньої природи. Якщо не буде дерев — нам не буде чим дихати, якщо вода забрудниться — нам не буде чого пити».

Виявлені проблеми

• У лабораторії розплодилося безліч мікробів і комах, особливо тарганів і мурах.
• Під скляним дахом комплексу вранці конденсувалася вода та лився штучний дощ.
• Творці не передбачили такого явища, як вітер: виявилося, що без регулярного розгойдування дерева стають крихкими та ламаються.

Розпродаж

10 січня 2005 року компанія-власник унікального комплексу виставила лабораторію на продаж.

Висновки

На одній із внутрішніх стін «планети» досі збереглося кілька рядків, написаних однією з жінок:

«Лише тут ми відчули, наскільки залежимо від навколишньої природи. Якщо не буде дерев — нам не буде чим дихати, якщо вода забрудниться — нам не буде чого пити».

Біод для тварин Африки з'явиться до 2014 року в зоопарку Честера північної Англії.(Велика Британія)

Ця гігантська "оранжерея" стане постійним будинком для таких африканських тварин, як горили, шимпанзе, окапі, а також деяких рідкісних видівптахів, земноводних, плазунів, риб та безхребетних. Очікується, що цей біодом внесе вагомий внесок у збереження біорізноманіття нашої планети.

Біодом імітуватиме природне середовище проживання вологого тропічного лісу Конго. Площа цього Великобританського шматочка Африки складе 16000 м2, максимальна висота склепіння «оранжереї» сягатиме 34 метри.

Навколишній простір людина звично називає природою чи місцем існування. Більшість із нас отримали фундаментальні знання про це поняття на шкільних уроках: природознавство (3 клас), географія та біологія (4), анатомія та хімія (6). Але мало хто розуміє, як ці науки об'єднані, ще, що вони ставляться до галузі природознавства. Для узагальнення всіх знань людини про навколишній світ створено одну ємну назву – біосфера. Незважаючи на багаторічні дослідження та ретельне вивчення, планета Земля ще дає привід вченим задуматися про процеси, що відбуваються на ній.

Визначення

Що називають біосферою? Тлумачень даного терміна можна знайти в літературі досить багато, і всі вони відрізняються змістом, але практично ідентичні за змістом. Найчастіше біосферою називають глобальну екосистему планети, до якої людина входить як один з нечисленних видів. Якщо перекладати назву «біосфера» дослівно з давньогрецької мови, вона має два корені. "Сфера" означає "область, сфера, куля", а корінь "біос" перекладається як "життя". Виходить досить ємна і точна назва, яка, по суті, і дає визначення складної та багатогранної науки. В. І. Вернадський дає розширену відповідь на питання про те, що називають біосферою. Він визначає це поняття як комплекс наукових знань про Землю, до якого входить географія, геохімія, біологія, геологія. Біосфера - це сукупність які об'єднуються за принципом наявності живих істот та середовища проживання. Всі сфери різні за складом, функцій і властивостям, але кожна з них відіграє значну роль у існуванні та еволюції навколишнього світу.

Вчення про біосферу

Створив цілісну систему знань філософ, вчений, геолог та біохімік В. І. Вернадський. До початку XX століття існувала маса дослідницьких робітз вивчення Землі та процесів, що відбуваються на ній, але поглибити та узагальнити даний матеріал вдалося великому російському вченому. На початку XIX століття французький дослідник Ламарк визначив початкову концепцію майбутньої науки, але не дав їй назву. Австрійський палеонтолог та геолог Едуард Зюсс у 1875 році запропонував термін «біосфера», який використовується до сьогодні. Він визначить цю науку як знання про все живе на нашій планеті. Лише через 50 років Вернадський доведе взаємозв'язок живих організмів та їх кругообіг. Що називають біосферою на етапі? Це одна з оболонок планети, в якій взаємодіють природні елементи різного походження, саме їхня сукупність створює унікальну, збалансовану систему.

Атмосфера

Зовнішня повітряна оболонка планети Земля. Більшість її маси зосереджена біля самої поверхні, а висоту вона простягається на три тисячі кілометрів. Атмосфера є найлегшою з усіх оболонок, вона залишає поверхню лише завдяки силі тяжіння планети, але із збільшенням висоти її шари поступово розряджаються. забезпечує захист від радіоактивного сонячної діїзнижуючи рівень ультрафіолету, який потрапляє на землю. До складу атмосфери входять гази: вуглекислий, азот, кисень, аргон, які забезпечують існування живих організмів.

Гідросфера

Біосфера Землі включає частину водної оболонки планети. Її склад відрізняється за агрегатного стануречовини. Гідросфера поєднує всі водні ресурси на планеті, які можуть знаходитися в рідкому, газоподібному та твердому вигляді. Поверхневі верстви Світового океану служать перерозподілу тепла, що надходить від Сонця через атмосферу. Особливе значення вода має у процесі кругообігу речовин у природі, оскільки є найбільш мобільною фракцією. Організми біосфери повністю освоїли водну стихію, їх можна виявити в найглибших придонних западинах Світового океану та в арктичних льодовиках. У хімічний складгідросфери входять такі основні елементи: магній, натрій, хлор, сірка, вуглець, кальцій тощо.

Літосфера

В нашої Сонячної системине у всіх планет є тверда оболонка, Земля в цьому випадку є винятком. Літосфера - це величезна маса гірських (твердих) порід, які становлять частину суші та служать як ложа Світового океану. Товщина цієї оболонки Землі становить від 70 до 250 кілометрів, її склад найрізноманітніший за кількістю алюміній, залізо, кисень, магній, калій, натрій і т. д.), які необхідні існування всіх живих організмів. Ця геосфера характеризується найменшим за шириною шаром поширення життя. Найбільш освоєним є верхній шар літосфери, що становить кілька метрів. У міру поглиблення зростає температура і щільність твердої оболонки, які з відсутністю світла не дають можливості існування живим організмам.

Біосфера

Ця геосфера поєднує всі оболонки Землі (гідросферу, атмосферу та літосферу) наявністю в них живої речовини. Для всього людства роль біосфери переоцінити складно, вона є довкіллям та джерелом виникнення. Це комплексна система взаємозв'язків, які зумовлюють можливість існування будь-якого організму за рахунок обміну речовиною та енергією. Більше 40 хімічних елементів беруть участь у процесі круговороту, який постійно відбувається між органічними та неорганічними сполуками. Основним джерелом енергії є Сонце. Земля розташована на оптимальній відстані від зірки та має захисний бар'єр у вигляді атмосфери. Тому поряд із живою речовиною сонячна енергія є найважливішим біохімічним фактором існування біосфери. За рахунок впливу ряду факторів процеси, що відбуваються, мають закінчений циклічний вигляд, вони забезпечують кругообіг речовини між атмосферою, літосферою, гідросферою і живими організмами.

Межі біосфери

Під час аналізу протяжності оболонки біосфери можна побачити її нерівномірне поширення. Нижня межа розташована в шарах літосфери, вона не опускається нижче за значення 4 км. Верхній шар земної кори – ґрунт – є найбільш насиченим за щільністю вмісту живої речовини шаром біосфери. Гідросфера, що включає простори Світового океану, річки, озера, болота, льодовики повністю входить до складу «живої оболонки». Найвищі концентрації організмів спостерігаються в поверхневих та прибережних шарах водойм, але життя існує і в глибоководних западинах, на максимальній глибині понад 11 км, і в придонних відкладах. Верхня межа біосфери знаходиться на відстані 20 км від поверхні. Атмосфера обмежує «живий шар» озоновим щитом, вище якого організми будуть знищені короткохвильовим ультрафіолетовим випромінюванням. Таким чином, максимальна концентрація живої речовини знаходиться на межі літосфери та атмосфери.

склад

Вчення про біосферу створив В. І. Вернадський, він визначив ключову роль організмів при формуванні та функціонуванні «живої оболонки» Землі. Раніше до аналогічних висновків приходили й інші вчені, але російський дослідник природи зміг довести необхідність присутності в структурі неорганічних сполук, які також беруть участь у загальному кругообігу. На його думку, біосфера має наступний склад:

1. Живі організми (біологічна маса, сукупність всіх видів).
2. Біогенна речовина (створюється у процесі життєдіяльності живих організмів, є продуктом їхньої переробки).
3. (Неорганічні сполуки, що утворюються без участі живих організмів).
4. Біокосна речовина (утворюється разом живими організмами та закісною речовиною).
5. Речовина має космічне походження.
6. Розсіяні атоми.

Історія виникнення

Мільярди років тому утворилася тверда оболонка Землі – літосфера. Подальший етап формування того, що називають біосферою, відбувався за рахунок геологічних процесів, які рухали тектонічні плити, викликали виверження вулканів, землетруси і т. д. Після утворення стабільних геологічних форм настала черга виникнення живих організмів. Вони отримали можливість розвитку за рахунок активних викидів різних біохімічних елементів, що відбувалися для формування літосфери. Жива речовина кілька мільйонів років створювала прийнятні умови для життєдіяльності. За рахунок поетапної еволюції утворився газовий склад атмосфери. Постійна взаємодія органічних та неорганічних сполук під впливом енергії Сонця дало можливість живій речовині поширитися на всій території планети та значно змінити її вигляд.

Еволюція

Перші живі організми Землі з'явилися торік у гідросфері, їх поступовий вихід сушу тривав досить тривалий період. Освоєння ще однієї оболонки біосфери – літосфери, спричинило утворення озонового шару. За рахунок процесу фотосинтезу величезна біологічна маса поглинала з атмосфери вуглекислий газ та звільняла кисень. У цьому випадку жива речовина використовує практично енергію - Сонце. Аеробні організми, яким не вистачало органічних речовин у товщі гідросфери, вийшли на поверхню суші та значно прискорили процес еволюції за рахунок енергетичного кругообігу. Нині «жива оболонка» Землі перебуває у стані стабільного рівноваги, але людство на неї все більший негативний вплив. Створюється нова сфера землі - ноосфера, вона має на увазі більш гармонійне сприяння людини та природи, але це окрема та дуже цікава для вивчення тема. Біосфера продовжує функціонувати, незважаючи на значне зменшення біомаси, «жива оболонка» прагне компенсувати шкоду, завдану діяльністю людини. Як свідчить історія, цей процес може зайняти значний проміжок часу.

Біохімічні функції

Основний компонент у структурі біосфери – біомаса. Вона виконує всі біохімічні функції «живої оболонки», підтримує її склад у стані рівноваги, забезпечує процес круговороту речовин та енергії. p align="justify"> Газова функція підтримує оптимальний склад атмосфери. Вона здійснюється за рахунок фотосинтезу рослин, які виділяють кисень та поглинають вуглекислий газ. Живі організми при видиханні та у процесі розкладання виділяють СО 2 . Газообмін відбувається постійно, неорганічні сполуки беруть у ньому участь під час проходження хімічних реакцій. Енергетична функція полягає в засвоєнні та перетворенні біомасою (рослини) зовнішнього джерела- Сонячного світла. Концентраційна функція забезпечує накопичення Всі організми в процесі життєдіяльності накопичують необхідний рівень вмісту біохімічних елементів, який після їхньої смерті повертається до біосфери у вигляді органічних та неорганічних сполук. Окисно-відновна функція полягає у біохімічній реакції. Вона відбувається в процесі життєдіяльності живого організму і є необхідною ланкою кругообігу речовин.

Біомаса

Усі живі організми розподілені по земним сферам нерівномірно. Найбільша концентрація біомаси спостерігається на стиках геосфери планети. Це відбувається з допомогою утворення оптимальних умов життєдіяльності (температура, вологість, тиск, наявність біохімічних сполук). Склад біомаси також не є однотипним. На суші перевагу мають рослини, у гідросфері основу живої речовини становлять тварини. Щільність біомаси залежить від географічне положення, глибини проживання в літосфері та висоти - в атмосфері. Кількість видів рослин та тварин дуже велика, але ареалом проживання всіх організмів є біосфера. Біологія, як окрема наука, значною мірою пояснює всі процеси, що відбуваються в ній. Це походження, розмноження, міграція всіх видів біомаси.

Особливості біосфери

Значність і масштаб «живої оболонки» Землі забезпечить її постійне вивчення новими поколіннями дослідників природи. Система є унікальною за своєю цілісністю, динамічністю розвитку, збалансованістю. Як її основна і найбільш дивовижна риса можна виділити стійкість і здатність до відновлення. Кількість катастроф за час існування біосфери як жива плівка планети величезна. Вони призводили до вимирання більшої частини біомаси, значно змінювали зовнішній вигляд планети, коригували процеси, що відбуваються на її поверхні та в ядрі. Але після кожного удару біосфера відновлювалася у зміненій формі, пристосовуючись до негативного впливу чи пригнічуючи його. Саме тому біосфера землі є живим організмом, який може самостійно регулювати всі процеси, що відбуваються в природі.

Перспективи розвитку

Кожна сучасна дитина в початковій школівивчає такий предмет, як природознавство (3 клас). На цих уроках маленькій людиніпояснюють, і за якими правилами він існує. Можливо, варто трохи змінити програму та навчити дітей поважати та любити природу, тоді людство зможе створити нову геосферу. Всі накопичені століттями знання про біосферу необхідно застосувати для її подальшого розвитку, що матиме на увазі союз природи та людини. Поки не пізно виправити завдану навколишньому середовищу шкоду, люди повинні задуматися про те, що «жива оболонка» Землі може самостійно відновитися, але при цьому вона може ліквідувати об'єкт, який завдає постійних збитків її цілісності та гармонії.

Одним з видатних дослідників природи, що присвятили себе вивченню процесів, що протікають в біосфері, був академік Володимир Іванович Вернадський (1864-1945). Він є основоположником наукового спрямування, названого ним біогеохімією, що лягло в основу сучасного вчення про біосферу

Дослідження В.І. Вернадського призвели до усвідомлення ролі життя та живої речовини у геологічних процесах. Зовнішність Землі, її атмосфера, осадові породи, ландшафти - все це результат життєдіяльності живих організмів. Особливу роль становленні лику нашої планети Вернадський відводив людині. Він представив діяльність людства як стихійний природний процес, витоки якого губляться у глибинах історії.

Будучи видатним теоретиком, В.І. Вернадський стояв біля витоків таких нових і загальновизнаних нині наук, як радіогеологія, біогеохімія, вчення про біосферу та ноосферу, наукознавство.

У 1926 р. В.І. Вернадський опублікував книгу «Біосфера», яка ознаменувала собою народження нової науки про природу та взаємозв'язок з нею людини. Біосфера вперше показана як єдина динамічна система, населена і керована життям, живою речовиною планети: "Біосфера - організована, певна оболонка земної кори, пов'язана з життям". Вчений встановив, що взаємодія живої речовини з речовиною косною є частиною великого механізму земної кори, завдяки якому відбуваються різноманітні геохімічні та біогенні процеси, міграції атомів, здійснюється їхня участь у геологічних та біологічних циклах.

В.І. Вернадський наголошував, що біосфера є результатом геологічного та біологічного розвитку та взаємодії косної та біогенної речовини. З одного боку, це середовище життя, з другого — результат життєдіяльності. Специфіка сучасної біосфери - це чітко спрямовані потоки енергії та біогенний (пов'язаний з діяльністю живих істот) кругообіг речовин. Вернадський вперше показав, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети повністю перебуває під впливом життя і визначається живими організмами, з діяльністю яких пов'язаний великий планетарний процес — міфація хімічних елементів у біосфері. Еволюція видів, що веде до створення форм життя, стійка в біосфері і має йти у напрямку збільшення біогенної міграції атомів.

В.І. Вернадський зазначав, що межі біосфери обумовлені передусім полем життя. На розвиток життя, а отже, на межі біосфери впливають багато факторів, і насамперед наявність кисню, вуглекислого газу, води в її рідкій фазі. Обмежують область поширення життя також занадто високі або низькі температури, елементи мінерального харчування. До обмежувальних факторів можна віднести і надсолоне середовище (перевищення концентрації солей у морській водіприблизно в 10 разів). Позбавлено життя підземних вод з концентрацією солей понад 270 г/л.

Відповідно до уявлень Вернадського, біосфера складається з кількох різнорідних компонентів. Головний та основний – це жива речовина,сукупність всіх живих організмів, що населяють Землю. У процесі життєдіяльності живі організми взаємодіють із неживим (абіогенним). закісною речовиною.Така речовина утворюється внаслідок процесів, у яких живі організми не беруть участі, наприклад, вивержені гірські породи. Наступний компонент - біогенна речовина,створюване та перероблене живими організмами (гази атмосфери, кам'яне вугілля, нафта, торф, вапняк, крейда, лісова підстилка, ґрунтовий гумус тощо). Ще одна складова біосфери - біокісна речовина- Результат спільної діяльності живих організмів (вода, грунт, кора вивітрювання, осадові породи, глинисті матеріали) та відсталих (абіогенних) процесів.

Закосова речовина різко переважає за масою та обсягом. Жива речовина за масою становить незначну частину нашої планети: приблизно 0,25% біосфери. Причому «маса живої речовини залишається переважно постійною і визначається променистою сонячною енергією заселення планети». В даний час цей висновок Вернадського називається законом константності.

В.І. Вернадський сформулював п'ять постулатів, які стосуються функції біосфери.

Перший постулат: «З самого початку біосфери життя, яке до неї входить, мало бути вже складним тілом, а не однорідною речовиною, оскільки пов'язані з життям її біогеохімічні функції за різноманітністю та складністю не можуть бути долею якоїсь однієї форми життя». Інакше кажучи, первісна біосфера спочатку відрізнялася багатою функціональною різноманітністю.

Другий постулат: «Організми проявляються не поодиноко, а масовому ефекті... Перша поява життя... мала статися у вигляді появи якогось виду організмів, які сукупності, відповідальної геохімічної функції життя. Мали відразу з'явитися біоценози».

Третій постулат: «У загальному моноліті життя, хоч би як змінювалися його складові, їх хімічні функції було неможливо торкнутися морфологічним зміною». Тобто первинна біосфера була представлена ​​«сукупностями» організмів на кшталт біоценозів, які й були головною «діючою силою» геохімічних перетворень. Морфологічні зміни «сукупностей» не позначалися на «хімічних функціях» цих компонентів.

Четвертий постулат: «Живі організми… своїм диханням, своїм харчуванням, своїм метаболізмом… безперервною зміною поколінь… породжують одне з найграндіозніших планетних явищ… — міграцію хімічних елементів у біосфері», тому «на всьому протязі мільйонів, що пройшли» років ми бачимо освіту тих самих мінералів, за всіх часів йшли самі цикли хімічних елементів, які ми й нині».

П'ятий постулат: "Усі без винятку функції живої речовини в біосфері можуть бути виконані найпростішими одноклітинними організмами".

Розробляючи вчення про біосферу, В.І. Вернадський дійшов висновку, що головним трансформатором космічної енергії є зелена речовина рослин. Тільки вони здатні поглинати енергію сонячного випромінювання та синтезувати первинні органічні сполуки.

Основні положення вчення В.І. Вернадського про біосферу (1863-1945)

До поняття «» (без терміну) ще на початку ХІХ ст. підійшов Ламарк.Пізніше (1863 р.) французький дослідник Ріютьзастосував термін «біосфера» для позначення галузі поширення життя на земної поверхні. 1875 р. австрійський геолог Зюссназвав біосферою особливу оболонку Землі, що включає сукупність усіх організмів, протиставивши її іншим

земним оболонкам. Починаючи з робіт Зюсса, біосфератрактується як сукупність організмів, що населяють Землю.

Закінчене вчення про біосферу було створено нашим співвітчизником академіком Володимиром Івановичем Вернадським. Основні ідеї В. І. Вернадського у вченні про біосферу склалися на початку XX ст. Він викладав їх у лекціях у Парижі. У 1926 р. його ідеї про біосферу було сформульовано у книзі Біосфера,що складається з двох нарисів: «Біосфера та космос» та «Область життя». Пізніше ці ідеї були розвинені у великій монографії «Хімічна будова біосфери Землі та її оточення»,яка, на жаль, була опублікована лише через 20 років після її смерті.

Насамперед В.І. Вернадський визначив простір, який охоплює біосфераЗемлі - вся гідросфера до максимальних глибин океанів, верхня частина літосфери материків до глибини близько 3 км і нижня частина атмосфери до верхньої межі тропосфери. Він увів у науку інтегральне поняття жива речовина і стала називати біосферою область існування на Землі «живої речовини»,представляє собою складну сукупність мікроорганізмів, водоростей, грибів, рослин та тварин. Фактично, йдеться про єдину термодинамическую оболонку (просторі), у якій зосереджена життя і
здійснюється постійна взаємодія всього живого з неорганічними умовами середовища (плівка життя). Він показав, що біосфера відрізняється від інших сфер Землі тим, що в ній відбувається геологічна діяльність всіх живих організмів. Живі організми, перетворюючи сонячну енергію, є мошною силою, що впливає геологічні процеси.

Специфічна риса біосфери як особливої ​​оболонки Землі - безперервно що відбувається у ній кругообіг речовин, регульований діяльністю живих організмів. На думку В.І. Вернадського, у минулому явно недооцінювали внесок живих організмів в енергетику біосфери та їхній вплив на неживі тіла. Хоча жива речовина за обсягом та масою становить незначну частину біосфери, але вона відіграє основну роль у геологічних процесах, пов'язаних із зміною вигляду нашої планети.

Займаючись створеною ним наукою біохімією, що вивчає розподіл хімічних елементів на поверхні планети, В.І. Вернадський дійшов висновку, що немає практично жодного елемента з таблиці Менделєєва, який не включався до живої речовини. Він сформулював три важливі біогеохімічні принципи:

• Біогенна міграція хімічних елементів у біосфері завжди прагне свого максимального прояву. Цей принцип у наші людиною дні порушено.
• Еволюція видів у ході геологічного часу, що призводить до створення стійких у біосфері форм життя, відбувається у напрямі, що посилює біогенну міграцію атомів.
• Жива речовина знаходиться в безперервному хімічному обміні з навколишнім середовищем, що створюється і підтримується на Землі космічною енергією Сонця. Внаслідок порушення двох перших принципів космічні впливи з тих, що підтримують біосферу, можуть перетворитися на руйнуючі її фактори.

Перелічені геохімічні принципи співвідносяться з важливими висновками В.І. Вернадського: кожен організм може існувати лише за умови постійного тісного зв'язку з іншими організмами та неживою природою; життя з усіма її проявами зробило глибокі зміни на нашій планеті.

Вихідною основою існування біосфери і біохімічних процесів, що відбуваються в ній, є астрономічне становище нашої планети і, в першу чергу, її відстань від Сонця і нахил земної осі до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає переважно клімат Землі, а останній, своєю чергою, — життєві цикливсіх існуючих у ньому організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери та регулятором усіх геологічних, хімічних та біологічних процесів на Землі.

Жива речовина планети Земля

Головна ідея В.І. Вернадськогоу тому, що найвища фаза розвитку матерії Землі — життя — визначає і підпорядковує собі інші планетарні процеси. З цього приводу він писав, що можна без перебільшення стверджувати, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети, біосфери, повністю перебуває під впливом життя і визначається живими організмами.

Якщо рівномірно розподілити всі живі організми лежить на поверхні Землі, всі вони утворюють плівку товщиною 5 мм. Незважаючи на це, роль живої речовини в історії Землі не менша за роль геологічних процесів. Вся маса живої речовини, яка була на Землі, наприклад, протягом 1 млрд. років, вже перевищує масу земної кори.

Кількісною характеристикою живої речовини є сумарна кількість біомаси.В.І. Вернадський, провівши аналізи і розрахунки, дійшов висновку, кількість біомаси становить від 1000 до 10 ТОВ трлн т. Виявилося також, що Землі становить трохи менше 0,0001 % поверхні Сонця, але зелена площа її трансформаційного апарату, тобто. поверхня листя дерев, стебел трав і зелених водоростей, дає числа зовсім іншого порядку - в різні періоди року вона коливається від 0,86 до 4,20% поверхні Сонця, чим пояснюється велика сумарна енергія біосфери. В останні роки аналогічні підрахунки із застосуванням новітньої апаратури провів красноярський біофізик І. Гітельзонта підтвердив порядок цифр, понад півстоліття тому визначений В.І. Вернадським.

Значне місце у роботах В.І. Вернадського за біосферою відведено зеленій живій речовині рослин, оскільки тільки вона автотрофна і здатна акумулювати променисту енергію Сонця, утворюючи з її допомогою первинні органічні сполуки.

Значна частина енергії живої речовини йде на освіту у біосфері нових вадозних(невідомих поза нею) мінералів, а частина захоронюється у вигляді органічної речовини, утворюючи, зрештою, поклади бурого та кам'яного вугілля, горючих сланців, нафти та газу. «Ми маємо тут справу, – писав В.І. Вернадський - з новим процесом, з повільним проникненням всередину планети променистої енергії Сонця, що досягла поверхні Землі. Цим шляхом жива речовина змінює біосферу та земну кору. Воно безперервно залишає в ній частину хімічних елементів, що пройшли через нього, створюючи величезні товщі невідомих, крім нього, вадозних мінералів або пронизуючи найтоншої пилу своїх залишків косну матерію біосфери».

На думку вченого, земна кора є переважно залишками колишніх біосфер. Навіть гранітно-гнейсовий її шар утворився внаслідок метаморфізму та переплавлення порід, що виникли колись під впливом живої речовини. Тільки базальти та інші основні магматичні породи він вважав глибинними і за своїм генезисом не пов'язаними з біосферою.

У вченні про біосферу поняття «жива речовина» є основним.Живі організми перетворюють космічну променисту енергію на земну, хімічну і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Своїм диханням, харчуванням, метаболізмом, смертю і розкладанням, що триває сотні мільйонів років, безперервною зміною поколінь вони породжують грандіозний планетарний процес, що існує тільки в біосфері. - Міграцію хімічних елементів.

Жива речовина, згідно з теорією В. І. Вернадського, — біогеохімічний фактор планетарного масштабу, під впливом якого перетворюється як навколишнє абіотичне середовище, так і самі живі організми. У всьому просторі біосфери відбувається породжене життям безперервне переміщення молекул. Життя вирішальним чином впливає на розподіл, міграцію та розсіювання хімічних елементів, визначаючи долю азоту, калію, кальцію, кисню, магнію, стронцію, вуглецю, фосфору, сірки та інших елементів.

Епохи розвитку: протерозою, палеозою, мезозою, кайнозою відбивають як форми життя Землі, а й її геологічну літопис, її планетарну долю.

Вчення про біосферу органічна речовина поряд з енергією радіоактивного розпадусприймається як носій вільної енергії. Життяж розглядається не як механічна сума індивідуумів або видів, а як по суті - єдиний процес, що охоплює всю речовину верхнього шару планети.

Жива речовина змінювалося протягом усіх геологічних епох та періодів. Отже, як зазначав В.І. Вернадський, сучасна жива речовина генетично пов'язана з живою речовиною всіх минулих геологічних епох. У той же час у рамках значних геологічних відрізків часу кількість живої речовини не схильна до помітних змін. Ця закономірність була сформульована вченим як константну кількість живої речовини біосфери (для цього геологічного періоду).

Жива речовина виконує в біосфері такі біогеохімічні функції: газову - поглинає та виділяє гази; окислювально-відновну - окислює, наприклад, вуглеводи до вуглекислого газу і відновлює його до вуглеводів; концентраційну – організми-концентратори накопичують у своїх тілах та скелетах азот, фосфор, кремній, кальцій, магній. В результаті виконання цих функцій жива речовина біосфери з мінеральної основи створює природні води та ґрунти, вона створила у минулому та підтримує в стані рівноваги атмосферу.

За участю живої речовини йде процес вивітрювання, і гірські породи включаються до геохімічних процесів.

Газова та окислювально-відновна функції живої речовини тісно пов'язані з процесами фотосинтезу та дихання. Внаслідок біосинтезу органічних речовин автотрофними організмами було вилучено з давньої атмосфери величезну кількість вуглекислого газу. У міру збільшення біомаси зелених рослин змінився газовий склад атмосфери — зменшився вміст вуглекислого газу та збільшилася концентрація кисню. Весь кисень атмосфери утворений внаслідок процесів життєдіяльності автотрофних організмів. Жива речовина якісно змінила газовий склад атмосфери – геологічної оболонки Землі. У свою чергу, кисень використовується організмами для процесу дихання, у результаті в атмосферу знову надходить вуглекислий газ.

Таким чином, живі організми створили у минулому та підтримують мільйони років атмосферу нашої планети. Збільшення концентрації кисню в атмосфері планети вплинуло на швидкість та інтенсивність окисно-відновних реакцій у літосфері.

Багато мікроорганізмів безпосередньо беруть участь в окисленні заліза, що призводить до утворення осадових залізних руд, або відновлення сульфатів з утворенням біогенних родовищ сірки. Незважаючи на те, що до складу живих організмів входять ті ж хімічні елементи, сполуки яких утворюють атмосферу, гідросферу та літосферу, організми повністю не повторюють хімічний склад середовища.

Жива речовина, активно виконуючи концентраційну функцію, вибирає із довкілля ті хімічні елементи й у такій кількості, яку йому необхідно. Завдяки здійсненню концентраційної функції живі організми створили багато осадових пород, наприклад, поклади крейди та вапняку.

У біосфері, як і в кожній екосистемі, постійно здійснюється кругообіг хімічних елементів. Таким чином, жива речовина біосфери, виконуючи геохімічні функції, створює та підтримує рівновагу біосфери.

Емпіричні узагальнення В.І. Вернадського

Першим висновком із вчення про біосферу є принцип цілісності біосфериБудова Землі є узгодженою системою. Живий світ - єдина система, зцементована безліччю ланцюжків харчування та інших взаємозалежностей. Якщо лаже невелика частина її загине, зруйнується і решта.

Принцип гармонії біосфери та її організованості.У біосфері «все враховується і все пристосовується з тією ж точністю і з тим самим підпорядкуванням мірі та гармонії, яку ми бачимо в струнких рухах небесних світил і починаємо бачити в системах атомів речовин та атомів енергії».

Роль живого у еволюції Землі.Обличчя Землі фактично сформовано життям. «Всі мінерали верхніх частин земної кори — вільні алюмокремнієві кислоти (глини), карбонати (вапняки та доломіти), гідрати окису заліза та алюмінію (бурі залізняки та боксити) та багато сотень інших — безперервно створюються в ній тільки під впливом життя».

Космічна роль біосфери у трансформації енергії.В. І. Вернадський підкреслював важливе значення енергії та називав живі організми механізмами перетворення енергії.

Космічна енергія викликає тиск життя, що досягається розмноженням.Розмноження організмів зменшується зі збільшенням їх кількості. Розміри популяції зростають до тих пір, поки середовище може витримати їхнє подальше збільшення, після чого досягається рівновага. Чисельність коливається поблизу рівноважного рівня.

Розтікання життя є проявом її геохімічної енергії.Жива речовина, подібно до газу, розтікається по земній поверхні відповідно до правила інерції. Дрібні організми розмножуються набагато швидше, ніж великі. Швидкість передачі залежить від щільності живої речовини.

Концепція автотрофності.Автотрофними називаються організми, які беруть всі потрібні їм життя хімічні елементи з кісткової матерії, що оточує їх, і не вимагають для побудови свого тіла готових сполук іншого організму. Поле існування цих автотрофних зелених організмів визначається областю проникнення сонячних променів.

Життя цілком визначається полем стійкості зеленої рослинності,а межі життя - фізико-хімічними властивостямисполук, що будують організм, їх непорушністю за певних умов середовища. Максимальне життя визначається крайніми межами виживання організму. Верхня межа життя обумовлюється променистою енергією, присутність якої унеможливлює життя і від якої оберігає озоновий щит. Нижня межа пов'язана з досягненням високої температури.

Біосфера в основних своїх рисах представляє той самий хімічний апарат з найдавніших геологічних періодів. Життя залишалося протягом геологічного часу постійним, змінювалася лише його форма. Сама жива речовина не є випадковим створенням.

«Всюди» життя в біосфері.Життя поступово, повільно пристосовуючись, захопило біосферу, і захоплення це не закінчилося. Поле стійкості життя є результатом її пристосованості в ході часу.

Закон ощадливості використання живою речовиною простих хімічних тіл.Раз елемент, що увійшов, проходить довгий ряд станів, і організм вводить в себе тільки необхідну кількість елементів.

Постійність кількості живої речовини у біосфері.Кількість вільного кисню в атмосфері того ж порядку, як і кількість живої речовини. Жива речовина є посередником між Сонцем і Землею і, отже, або його кількість має бути постійною, або повинні змінюватися її енергетичні характеристики.

Будь-яка система досягає стійкого рівноваги, коли її вільна енергія дорівнює чи наближається до нуля, тобто. коли вся можлива в умовах системи робота виконана.

В. І. Вернадський сформулював ідею автотрофності людини, яка набула важливого значення в рамках обговорення проблеми створення штучних екосистем у космічних кораблях. Створення таких штучних екосистем з'явиться важливим етапомрозвитку екології У їх побудові поєднується інженерна мета - створення нового - і екологічна спрямованість на збереження існуючого, творчий підхід та розумний консерватизм. Це буде здійсненням принципу «проектування разом із природою».

Поки що штучна екосистема є дуже складною і громіздкою будовою. Те, що в природі функціонує само собою, людина може відтворити лише ціною великих зусиль. Але йому доведеться це робити, якщо він хоче освоїти космос і здійснювати тривалі польоти. Необхідність створення штучної екосистемиу космічних кораблях допоможе краще зрозуміти природні екосистеми.

Взаємопов'язаності процесів у ній

Поняття про біосферу, екосистему, біогеоценоз та агроценоз

Виникнення життя Землі стало можливим під час тривалої хімічної еволюції. Формування біосфери супроводжувалося рядом великих екологічних катастроф, спричинених дисбалансом тепла та вологи. Роль тепла та вологи у становленні біосфери надзвичайно велика: життя існує там, де є вода в рідкому стані і куди проникає сонячна радіація.

Біосфера- Слово грецьке і означає в перекладі нашою мовою: БІО - життя, СФЕРА - куля, тобто. біосфера – це сфера життя. Вперше термін біосфера було введено в науку геологом з Австрії Е. Зюссом в 1875 р. Він розумів під біосферою тонку плівку життя на земній поверхні або той шар біля земного простору, де живуть живі істоти, що взаємодіють із повітрям, водою та земною корою.

Біосфера– частина оболонки Землі або це багатокомпонентна, складна, саморегулююча система, структура та енергетика якої обумовлені минулою та сучасною діяльністю живих організмів.

Подібно до того, як будь-який організм складається з численних функціональних одиниць – клітин, і біосфера складається з функціональних одиниць, клітин біосфери – екологічних систем.

Екосистема– це поєднання живих організмів та довкілляяк взаємодіюча система, яка є наслідком взаємодії рослин з рослиною, тварини з твариною, рослин і тварин один з одним і всіх живих організмів з навколишнім середовищем і фізичного середовища з ними.

Екологічні системи можуть бути дуже численними та різноманітними. Навіть на порівняно невеликій території можуть існувати екосистема лісу та екосистема лука, екосистема озера та екосистема болота, перехідні екосистеми ґрунту та ґрунтових вод. І кожна з цих систем має свій набір рослин, тварин, мікроорганізмів.

Однак існують і дуже великі екологічні системи, що поєднують велику кількість окремих екосистем. Їх називають біоми.

Біомами є: ліси, степи, тундри, пустелі, тропічні дощові ліси. Існує також екосистема людини, яка поряд з людиною включає культурні рослини та домашніх тварин.

Екосистеми є сукупністю угруповань певного видового складу, об'єднаних єдиним місцем проживання.Переходи між великими екосистемами (біомами) поступові (наприклад, між лісом і степом є перехідна зона лісостепу).

Найважливішою властивістю екосистеми є саморегуляція, що забезпечується високою адаптацією окремих організмів, популяцій та біоценозів, наявністю замкнутого круговороту речовин у межах кожної екосистеми. Якщо такий кругообіг залишається непорушеним, незважаючи на зовнішні впливи, екосистема залишається стабільною тривалий час.

Для кожної екосистеми існує свій граничний рівень зовнішніх впливів, при якому екосистема переходить у якісно новий рівеньчи гине. Зняття дії не призводить до відновлення вихідного стану екосистеми. Вона може самостійно відновиться еволюційним шляхом або заміниться іншою екосистемою. Наприклад, хвойний ліс, що загинув, спочатку заміщається листяним лісом, а потім в ході тривалої еволюції домінантними знову стає хвойні породи. Така властивість екосистем називається необоротністю.

Біогеоценоз(Термін запропонований академіком В.Н. Сукачовим в 1940р.) біо- Життя, гео-земля, ціноз– загальний. Під біогеоценозом слід розуміти співтовариство рослин (фітоценоз) та тварин (зооценоз), які мешкають на відповідній ділянці земної поверхні, що має свій мікроклімат, структуру, ґрунт та водний режим.Простіше кажучи – це єдина спільнота рослин, тварин та навколишнього середовища, які перебувають у тісному взаємозв'язку один з одним. Біогеоценози різноманітні та формувалися вони залежно від клімату та історії ділянки землі. Тому вони різною мірою насичені життям. Чим різноманітніший і складніший біогеоценоз, тим вища його стійкість, здатність протистояти різним зовнішнім та внутрішнім впливам. Процес формування зв'язків у біогеоценозах відбувався послідовно та поетапно. Внаслідок цього склалися певні закономірності зміни біогеоценозів у часі – сукцесії. Наприклад, відновлення лісів після пожежі відбувається поетапно: спочатку території займають світлолюбні породи, а потім послідовно породи змінюються більш тіньовитривалі. У цьому ліс приймає дедалі більшу біологічну стійкість.

Стійкість біогеоценозів визначається тим, що види організмів, що утворюють їх у процесі розвитку пристосувалися один до одного настільки, що вони ніби піклуються про цілісність, стійкість, оптимальну структуру свого біогеоценозу. Наприклад, на пасовищах максимальна продуктивність травостою буває над заповідних умовах, а коли її споживання, тобто. випас, відповідає певній нормі.

Стійкість біогеоценозів визначається як і тим, що складові біогеоценоз організми – не простий конгломерат особин різних видів, а сукупність популяцій видів, тобто. якісно певних угруповань особин, здатних за умов середовища, що змінюються, підтримувати свою чисельність в оптимальних розмірах.

Агроценоз (агрозооценоз) – створене людиною спільнота рослин чи тварин з метою отримання сільськогосподарської продукції. Як правило, агроценоз складається з невеликої кількості рослин та тваринних видів. У всьому світі агроценози складають величезні посівні площі та численні стада свійських тварин.

Кожен живий організм, який живе на нашій величезній планеті, щодня харчується, користується і водою для того, щоб в організмі відбувалися необхідні для життєдіяльності реакції. Все, що оточує людину, є зоною життя для всіх організмів, що мешкають на Землі, що підтверджує вчення Вернадського про біосферу.

Вконтакте

Витоки вчення про біосферні процеси

Історія сучасних поглядів на формування поняття біосфери та принципів її існування поділяється два етапи. Безпосередньо з моментом консолідації гіпотез про космічну природу всього живого на планеті пов'язані численні сучасні атеїстичні та агностичні погляди на світобудову як таке і зародження життя в цілому. Хто створив основні положення вчення про біосферуе і якою є історія його терміну, розповімо далі:

• Вперше загальні поняття про зону проживання біологічних систем та окремих організмів були представлені широкому загалу талановитим французьким натуралістом Ж.Б. Ламарком.
• 1863 рік. Французьким дослідником Реютом застосовано назву «біосфера» як позначення сфери поширення життя поверхнею.
• 1875 рік. Цілісне поняття біосфери як єдності різноманітних функцій природи для підтримки вперше було введено австрійським геологом Едуардом Зюссом як офіційний термін — визначення сукупності всього живого, що населяє нашу планету.
• 1926 рік. Українським вченим В.І. Вернадським було опубліковано монументальну наукову працю «Біосфера». Це революційна книга, де було визначено основні засади прогресивного спрямування прикладної науки. Вчення Вернадського про біосферу коротко - це нова наука про природу та проживання в ній людини як єдиної системи стала основою численних наукових дисциплінта течій, загальноприйнятих у сфері прикладних та теоретичних наук.

Робота вченого простягається в різні площини формування передових наукових поглядіву галузі класичних наукових дисциплін.

Їм вперше оприлюднені принципи нових наукових течій, які у наші дні загальновизнані, використовуються якнайширше. Елементи радіогеології, біогеохімії, вчення про біосферу та ноосферу, наукознавства стали базою, на якій формується нинішня концепція світобудови.

Завдяки видатному вченому вперше було показано реальний формат життя, роз'яснено, з яких основних компонентів складається біосфера.

Вченим вперше дослідним шляхом було встановлено і практично підтверджено роль живої речовини у біосфері. Механізми взаємодії є значною частиною масштабних процесів, що здійснюється геохімічний та біогенний обмін, Міграція на атомному рівні, яка дозволяє атомам брати участь у геологічних, хімічних, фізичних біологічних циклах

Особливості біологічної речовини

Вернадський свого часу справив незабутнє враження на світову наукову громадськість. Саме йому, незважаючи на численних попередників, удалося теоретично спростувати основи теології. Саме релігією розглядається момент виникнення життя планети як наслідок діяльності бога – вищого розуму. В.І. Вернадський та група вчених цього напряму висунули гіпотезу про те, що жива клітина була занесена на абсолютно безлюдну планету космічними тілами– метеоритами, з космічним пилом, а також привезена представниками інопланетних цивілізацій. Були також сформовані основні ознаки живої речовини за Вернадським та їх відмінність від неживої компоненти:

• високий рівень активності;
• значна швидкість реакцій, що проходять;
• швидкий обмін речовин;
• живі організми мають властивість активного і пасивного руху.

Важливо!кожне жива істотапересувається як під впливом сил гравітації пасивним чином, а й проти напрями водних чи повітряних потоків, долаючи опір цих мас, природні перешкоди рельєфу чи особливості ландшафту.

За гіпотезою вченого живу клітину було занесено на абсолютно безлюдну планету.

Функції та межі біосфери

Важливо новий підхіддо дослідження масштабних біологічних процесів у їх гармонійному поєднанні з життєдіяльністю мікроорганізмів аж до клітинного рівня дозволив визначити та описати основні функції живої речовини у біосфері:

• Енергетична, полягає у накопиченні та перетворенні енергетичного потенціалу.
• Газова. Як здатність зміни та підтримки необхідного газового складунавколишнього середовища для комфортного проживання.
• Окисно-відновні. Як можливість інтенсифікації всіх процесів, що відбуваються в просторі.
• Концентрація – можливість живої тканини акумулювати у своєму організмі розрізнені атоми.
• Деструкція – здатність розкладання на складові залишків органічного характеру та відсталої складової.
• Передача речовини та концентрованої енергії як результат активного пересування обумовлений транспортними характеристиками.
• Завдяки середовищі відбувається вплив на стан параметрів фізико-хімічного напряму.
• Інформаційні функції полягають у накопиченні, закріпленні у структурах, відповідальних за спадковість, даних про особливості предків.

Функції біосфери

Відповідно до теорії Вернадського академіка головний компонент біосфери – весь комплекс живих організмів, що є активними істотами на певному рівні біологічної системи. Жива речовина відрізняють певні властивості. Це клітинна організація, обмін речовин, підтримання гемостазу. Їм притаманні функції руху, дратівливості, зростання, розвитку, розмноження, адаптації. Відповідно до теорії знаменитого українського дослідника, який здійснив переворот у світогляді, у природі взаємодіють три типи живої матерії:

Основним рушійним факторомПроцесами біологічного обміну є рух біохімічної енергії живої речовини. Відповідно до позицій вчення Вернадського біосфера – результат спільного геологічного та біологічного розвитку, що має подвійне значення. Насамперед біосфера є місцем існування та активної життєдіяльності, а по-друге – результатом цих процесів.

Важливо!Верхня межа в атмосфері коливається від 10 км на полюсах до 20-23 км на решті Землі. Кордон біосфери в літосфері знаходиться на значній глибині від 5 до 7 км у печерах та глибоких розломах.

Вчення Вернадського

Про основні засади теорії Вернадського

На думку академіка, зародження життя було синхронізовано з утворенням планетияк цілісного біофізичного комплексу Яким є приблизний вік існуючої біосфери, стільки живе і наша планета. Він підтвердив наявність численних взаємозв'язків та закономірних процесів у сфері різних галузей – біологія, геологія, біохімія, геохімія. Вони гармонійно поєднуються і дотримуються основних положень вчення Вернадського про біосферу.

1. Найбільш важливим принципом є цілісність та узгодженість біосфери, визначена рядом фізичних констант гравітації та електромагнітних полів
2. Гармонія та зв'язок біосферних процесів, перетворення енергій, рух атомів як відображення космічної гармонії, ритмічність руху планет, база для біосфери є позицією нашої планети в космічному просторі.
3. Функції космосу у трансформуванні та перетворенні енергій. Джерелами енергетичних явищ у геології є сонячна радіація та внутрішній радіоактивний фон.
4. Принцип розтікання життєвих процесів, аналогічних тому, як проявляється інерція у неживих предметах. Чим дрібніший організм, тим інтенсивніше він прагне розмножуватися.
5. Рівень розвитку та поширення автотрофів залежить від того, наскільки глибоко проникає сонячне світло, необхідне для фотосинтезу.
6. Чим інтенсивніша енергія, тим активніше розмноження, що має тенденцію зменшення зі зростанням кількісного показника
7. Принцип заощадження енергії, коли при першому входженні хімічний елементзазнає різноманітних змін, щоб забезпечити живі організми необхідним обсягом елементів.
8. Поле стійкості зелених рослин визначається фізико-хімічними якостями сполук, у тому числі будуються організми, їх стійкістю за впливу певних умов довкілля, формування граничного теплового щита.
9. Постійне співвідношення атмосферного кисню та обсягу живої біомаси залежить від принципу стійкості показників рівноваги енергії.

Біосфера Вернадський

Біосфера - Вернадський

Висновок

Геніальний дослідник Вернадський створив вчення про біосферу і цим вніс глобальний внесок у сучасне природознавство. Завдяки навчанню Вернадського сучасна наукаґрунтується на фундаментальному характері біологічної цілісності природних процесів, що протікають на планеті. Видова еволюція дозволяє виживати та розмножуватися тим організмам, що збільшують показники біогенної геохімічної енергії.