47.Біосфера та жива речовина.

Біосфера (від дав.-гр. βιος — життя та σφαῖρα — куля) — природна підсистема географічної оболонки, що являє собою глобальнупланетарну екосистему (населена живими організмами). Маса біосфери — близько 0,05% маси Землі.

Біосфери на інших планетах, окрім Землі, невідомі. Вважається, що бактеріальні біосфери або подібні до них можуть існувати наМарсі, Венері, Європі, Титані і ймовірно інших малих планетах.

Біосфера охоплює нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, всю гідросферу і верхній шар літосфери до глибини 3-11 км на і й 0,5-1,0 км під дном океану. Товщина біосфери на полюсах Землі близько 10 км, на екваторі — 28 км[3].

Атмосфера Землі — найбільш легка оболонка Землі, що межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом. Переважні елементи хімічного складу атмосфери: азот — N2 (78%), кисень — O2 (21%), аргон — Ar (1%), вуглекислий газ — CO2 (0,03%)[3].

Гідросфера — водяна оболонка Землі. У наслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найчистіші атмосферні води містять від 10 до 50 мг/л розчинних речовин. Переважні елементи хімічного складу гідросфери окрім власне води: йони натрію — Na+, магнію — Mg2+, кальцію Ca2+, хлору — Cl−,сірка — S, вуглець — C. Найважливіша роль в житті живих організмів належить таким елементам, як азот — N, фосфор — P, калій — K, магній — Mg та сірка — S, що засвоюються ними. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану[3].

Літосфера — зовнішня тверда оболонка Землі, що складається з осадових і магматичних порід. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральною (неорганічною), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази. Педосфера — ґрунтова оболонка планети, повністю просякнута живими організмами та складається з продуктів їх життєдіяльності. Переважні елементи хімічного складу літосфери: кисень — O, кремній — Si, алюміній — Al, залізо — Fe, кальцій — Ca, магній — Mg, натрій — Na, калій — K[3].

Жива́ речовина́ — вся сукупність тіл живих організмів в біосфері, незалежно від їх систематичної приналежності.

Це поняття не слід плутати з поняттям «біомаса», яка є частиною біогенної речовини.

Термін введений В. І. Вернадським[1].

Значення живої речовини[ред. • ред. Код]

Робота живої речовини в біосфері досить різноманітна. За Вернадським, робота живої речовини в біосфері може проявлятися у двох основних формах: а) хімічній (біохімічній) — I рід геологічної діяльності; б) механічній — II рід транспортної діяльності.

Біогенна міграція атомів I роду проявляється в постійному обміні речовини між організмами і навколишнім середовищем в процесі побудови тіла організмів, перетравлення їжі. Біогенна міграція атомів II роду полягає в переміщенні речовини організмами в ході їх життєдіяльності (при будівництві нір, гнізд, при заглибленні організмів в грунт), переміщення самої живої речовини, а також пропускання неорганічних речовин через шлунковий тракт грунтоїдів, мулоїдів, фільтраторів.

Для розуміння тієї роботи, яку здійснює жива речовина в біосфері дуже важливими є три основні положення, які В. І. Вернадський назвав біогеохімічними принципами:

1. Біогенна міграція атомів хімічних елементів в біосфері завжди прагне до максимального свого прояву.

2. Еволюція видів у ході геологічного часу, що призводить до створення стійких в біосфері форм життя, йде в напрямі, що підсилює біогенну міграцію атомів.

3. Жива речовина перебуває в безперервному хімічному обміні з космічним середовищем, що його оточує, створюється і підтримується на нашій планеті променистою енергією Сонця.

Виділяють п'ять основних функцій живої речовини:

1. Енергетична. Полягає в поглинанні сонячної енергії при фотосинтезі, а хімічної енергії — шляхом розкладання енергонасичених речовин і передачі енергії по харчових ланцюгах різнорідної живої речовини.

2. Концентраційна. Вибіркове накопичення в ході життєдіяльності певних видів речовини. Виділяють два типи концентрацій хімічних елементів живою речовиною: а) масове підвищення концентрацій елементів у середовищі, насиченою цими елементами, наприклад, сірки і заліза багато в живій речовині в районах вулканізму; б) специфічну концентрацію того чи іншого елемента незалежно від середовища.

3. Деструктивна. Полягає в мінералізації необіогенної органічної речовини, розкладанні неживої неорганічної речовини, залученні речовин, що утворилися, в біологічний кругообіг.

4. Середовищеутворююча. Перетворення фізико-хімічних параметрів середовища (головним чином за рахунок необіогенної речовини).

5. Транспортна. Харчові взаємодії живої речовини приводять до переміщення величезних мас хімічних елементів і речовин проти сил тяжіння і в горизонтальному напрямку.

Жива речовина охоплює і перебудовує всі хімічні процеси біосфери. Жива речовина є найпотужнішою геологічною силою, що зростає з ходом часу. Віддаючи належне пам'яті великого основоположника вчення про біосферу, наступне узагальнення О. І. Перельман запропонував назвати «законом Вернадського»:

48.Колообіг речовин у біосфері

Утворення живої речовини та її розклад - це дві сторони єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів. Життя - це кругообіг елементів між організмом і середовищем. Причина біологічного кругообігу - обмеженість ресурсів елементів, з яких будуються тіла організмів.

Процеси кругообігу речовин у біосфері прийнято розділяти на великий (геологічний) та малий (біологічний) кругообіг.

Рушійною силою великого (геологічного) кругообігу є тектонічні процеси і сонячна енергія. Його потужність - 2 o 1016 т на рік, а тривалість існування - понад 4 млрд. років. Малий (біологічний) кругообіг речовин пов'язаний з діяльністю живої речовини. Його сукупна потужність перевищує 5 o 10й т на рік. Обидва кругообіги протікають одночасно та пов'язані між собою. Вони утворюють єдиний біогеохімічний цикл - циклічне постійне перетворення речовин та зміну потоків енергії з просторовим масоперенесенням за рахунок сукупної дії біотичних та абіотичних трансформацій речовини. В межах єдиного біогеохімічного циклу біосфери найбільше значення мають кругообіги 6 елементів: водню, кисню, вуглецю, азоту, фосфору і сірки (рис. 1.1).

Кругообіг вуглецю. Маса вуглецю в біосфері перевищує 12000 млрд. т. Кругообіг вуглецю відбувається фактично між живою

речовиною та двоокисом вуглецю (С02). У процесі фотосинтезу, здійснюваного рослинами, двоокис вуглецю (вуглекислий газ) і вода за допомогою енергії сонячного світла перетворюються на складні органічні сполуки. Щорічно зелені рослини поглинають 200 млрд. т вуглецю. Більша його частина повертається в атмосферу завдяки процесам дихання. Відмерлі рослинні і тваринні організми розкладаються грибами та мікроорганізмами, що супроводжується виділенням С02, який теж повертається в атмосферу. Загальний запас вуглецю в атмосфері становить 711 млрд.т. Ще більше його містить так звана "карбонатна система" Світового океану - 390 трлн. т. Карбонатну систему океанів складають різноманітні живі організми - найпростіші, водорості, корали, молюски тощо, які нагромаджують вуглекислий кальцій у своїх тілах. Повний цикл обміну біосферного вуглецю здійснюється протягом 300 - 1000 років.