Človek zvyčajne nazýva okolitý priestor prírodou alebo biotopom. Väčšina z nás získala základné vedomosti o tomto koncepte v škole: prírodopis (3. ročník), geografia a biológia (4), anatómia a chémia (6). Málokto však chápe, ako sa tieto vedy spájajú, okrem toho, že všetky patria do oblasti prírodných vied. Aby sme zhrnuli všetky ľudské poznatky o okolitom svete, vzniklo jedno veľké pomenovanie – biosféra. Napriek mnohoročnému výskumu a starostlivému štúdiu dáva planéta Zem vedcom stále dôvod premýšľať o procesoch, ktoré na nej prebiehajú.
Definícia
Čo sa nazýva biosféra? V literatúre existuje pomerne veľa výkladov tohto pojmu a všetky sa líšia obsahom, no významovo sú takmer totožné. Najčastejšie sa biosféra nazýva globálnym ekosystémom planéty, do ktorej je ako jeden z mála druhov zaradený aj človek. Ak preložíme názov „biosféra“doslovne zo starovekého gréckeho jazyka, potom má dva korene. „Sféra“znamená „región, guľa, guľa“a koreň „bios“sa prekladá ako „život“. Ukazuje sa, že ide o pomerne priestranný a presný názov, ktorý v skutočnosti definuje komplexnú a mnohostrannú vedu. VI Vernadsky dáva rozšírenú odpoveď na otázku, čo sa nazýva biosféra. Tento pojem definuje ako komplex vedeckých poznatkov o Zemi, ktorý zahŕňa geografiu, geochémiu, biológiu, geológiu. Biosféra je súbor škrupín zeme, ktoré sú kombinované podľa princípu prítomnosti živých bytostí a ich biotopov. Všetky sféry sa líšia zložením, funkciami a vlastnosťami, no každá z nich zohráva významnú úlohu v existencii a vývoji sveta okolo nás.
Učenie o biosfére
Filozof, vedec, geológ a biochemik V. I. Vernadsky vytvoril ucelený systém poznania. Až do začiatku 20. storočia bolo veľa výskumných prác o štúdiu Zeme a procesov, ktoré sa na nej vyskytujú, ale veľkému ruskému vedcovi sa podarilo tento materiál prehĺbiť a zovšeobecniť. Začiatkom 19. storočia francúzsky prírodovedec Lamarck definoval počiatočnú koncepciu budúcej vedy, ale nepomenoval ju. Rakúsky paleontológ a geológ Eduard Suess vymyslel v roku 1875 termín „biosféra“, ktorý sa používa dodnes. Túto vedu bude definovať ako poznatky o všetkom živote na našej planéte. Až po 50 rokoch Vernadsky preukáže vzťah medzi živými organizmami a anorganickými látkami, ich cirkuláciu. Čo sa volábiosféra v súčasnej fáze? Toto je jedna zo schránok planéty, v ktorej sa vzájomne ovplyvňujú prírodné prvky rôzneho pôvodu, práve ich kombinácia vytvára jedinečný, vyvážený systém.
Atmosféra
Vonkajší vzduchový obal planéty Zem. Väčšina jeho hmoty je sústredená na samom povrchu a do výšky siaha tri tisícky kilometrov. Atmosféra je zo všetkých škrupín najľahšia, neopúšťa povrch len vďaka gravitácii planéty, ale s pribúdajúcou výškou sa jej vrstvy postupne vybíjajú. Ozónová vrstva poskytuje ochranu pred rádioaktívnym slnečným žiarením znížením úrovne ultrafialového žiarenia, ktoré dopadá na Zem. Zloženie atmosféry zahŕňa plyny: oxid uhličitý, dusík, kyslík, argón, ktoré zabezpečujú existenciu živých organizmov.
Hydrosféra
Biosféra Zeme zahŕňa časť vodného obalu planéty. Jeho zloženie sa mení podľa stavu agregácie látky. Hydrosféra spája všetky vodné zdroje na planéte, ktoré môžu byť v kvapalnej, plynnej a pevnej forme. Povrchové vrstvy Svetového oceánu slúžia na prerozdelenie tepla prichádzajúceho zo Slnka cez atmosféru. Voda má osobitný význam v procese cirkulácie látok v prírode, pretože je najmobilnejšou frakciou. Organizmy biosféry si naplno osvojili vodný živel, možno ich nájsť v najhlbších dnoch svetového oceánu a v arktických ľadovcoch. Chemické zloženie hydrosféry zahŕňa tieto hlavné prvky: horčík, sodík, chlór,síra, uhlík, vápnik atď.
Litosféra
V našej slnečnej sústave nemajú všetky planéty pevný obal, Zem je v tomto prípade výnimkou. Litosféra je obrovská masa skalných (tvrdých) hornín, ktoré tvoria časť pevniny a slúžia ako dno oceánov. Hrúbka tohto obalu Zeme je od 70 do 250 kilometrov, jeho zloženie je najrozmanitejšie z hľadiska počtu chemických prvkov (kremík, hliník, železo, kyslík, horčík, draslík, sodík atď.), nevyhnutné pre existenciu všetkých živých organizmov. Táto geosféra sa vyznačuje najmenšou šírkou vrstvy distribúcie života. Najrozvinutejšia je vrchná vrstva litosféry, ktorá má niekoľko metrov. S rastúcou hĺbkou sa zvyšuje teplota a hustota tvrdej škrupiny, čo spolu s absenciou svetla znemožňuje existenciu živých organizmov.
Biosféra
Táto geosféra spája všetky obaly Zeme (hydrosféru, atmosféru a litosféru) prítomnosťou živej hmoty v nich. Je ťažké preceňovať úlohu biosféry pre celé ľudstvo, je to životné prostredie a zdroj pôvodu. Ide o zložitý systém vzájomných vzťahov, ktoré určujú možnosť existencie akéhokoľvek organizmu v dôsledku výmeny hmoty a energie. Viac ako 40 chemických prvkov sa podieľa na procese cirkulácie, ktorá neustále prebieha medzi organickými a anorganickými zlúčeninami. Hlavným zdrojom energie je Slnko. Zem sa nachádza v optimálnej vzdialenosti od hviezdy a je vybavená ochrannýmatmosférická bariéra. Slnečná energia je preto spolu so živou hmotou najdôležitejším biochemickým faktorom existencie biosféry. Vplyvom množstva faktorov majú prebiehajúce procesy úplnú cyklickú podobu, zabezpečujú obeh hmoty medzi atmosférou, litosférou, hydrosférou a živými organizmami.
Hranice biosféry
Pri analýze dĺžky obalu biosféry je možné vidieť jej nerovnomerné rozloženie. Spodná hranica sa nachádza vo vrstvách litosféry, neklesá pod 4 km. Vrchná vrstva zemskej kôry – pôda – je z hľadiska hustoty obsahu živej hmoty najsýtejšou vrstvou biosféry. Hydrosféra, ktorá zahŕňa rozlohy svetového oceánu, rieky, jazerá, močiare, ľadovce, je úplne súčasťou „živej škrupiny“. Najvyššie koncentrácie organizmov sa pozorujú v povrchových a pobrežných vrstvách vodných útvarov, ale život existuje aj v hlbokomorských panvách, v maximálnej hĺbke viac ako 11 km, a v sedimentoch na dne. Horná hranica biosféry sa nachádza vo vzdialenosti 20 km od povrchu. Atmosféra obmedzuje „živú vrstvu“na ozónový štít, nad ktorým budú organizmy zničené krátkovlnným ultrafialovým žiarením. Maximálna koncentrácia živej hmoty sa teda nachádza na hraniciach litosféry a atmosféry.
Zloženie
Náuku o biosfére vytvoril VI Vernadsky, určil aj kľúčovú úlohu organizmov pri formovaní a fungovaní „živého obalu“Zeme. Predtým k podobným záverom dospeli iní vedci, ale ruskíprírodovedec dokázal dokázať potrebu prítomnosti v štruktúre anorganických zlúčenín, ktoré sa tiež podieľajú na všeobecnom cykle. Podľa jeho názoru má biosféra nasledovné zloženie:
- Živé organizmy (biologická masa, súhrn všetkých druhov).
- Biogénna látka (vzniká počas života živých organizmov, je produktom ich spracovania).
- Inertná hmota (anorganické zlúčeniny, ktoré vznikajú bez účasti živých organizmov).
- Bio-inertná látka (vytvorená spoločne živými organizmami a inertnou hmotou).
- Látka kozmického pôvodu.
- Rozptýlené atómy.
História výskytu
Pred miliardami rokov sa vytvoril pevný obal Zeme, litosféra. Ďalšia fáza formovania takzvanej biosféry nastala v dôsledku geologických procesov, ktoré posúvali tektonické platne, vyvolávali sopečné erupcie, zemetrasenia atď. Po vytvorení stabilných geologických foriem prišiel rad na vznik živých organizmov. Dostali príležitosť rozvíjať sa vďaka aktívnym emisiám rôznych biochemických prvkov, ktoré sa vyskytli pri tvorbe litosféry. Živá hmota už niekoľko miliónov rokov vytvára podmienky prijateľné pre život. V dôsledku jeho fázového vývoja sa vytvorilo zloženie plynu v atmosfére. Neustála interakcia organických a anorganických zlúčenín pod vplyvom energie Slnka umožnila šírenie živej hmoty po celej planéte avýrazne zmeniť svoj vzhľad.
Evolúcia
Prvé živé organizmy na Zemi sa objavili v hydrosfére, ich postupný odchod na pevninu trval pomerne dlho. Vývoj ďalšieho obalu biosféry - litosféry, spôsobil vznik ozónovej vrstvy. V dôsledku procesu fotosyntézy obrovská biologická hmota absorbovala oxid uhličitý z atmosféry a uvoľnila kyslík. Živá hmota v tomto prípade využíva takmer nevyčerpateľný zdroj energie – Slnko. Na povrch pevniny sa dostali aeróbne organizmy, ktorým v hrúbke hydrosféry chýbala organická hmota a vďaka energetickému cyklu výrazne urýchlili proces evolúcie. V súčasnosti je „živá škrupina“Zeme v stave stabilnej rovnováhy, no ľudstvo na ňu má čoraz väčší negatívny vplyv. Vytvára sa nová sféra Zeme - noosféra, to znamená harmonickejšiu pomoc človeka a prírody, ale toto je samostatná a veľmi zaujímavá téma na štúdium. Biosféra funguje naďalej, napriek výraznému poklesu biomasy sa „živá škrupina“snaží kompenzovať škody spôsobené ľudskou činnosťou. Ako ukazuje história, tento proces môže trvať veľa času.
Biochemické funkcie
Hlavnou zložkou v štruktúre biosféry je biomasa. Vykonáva všetky biochemické funkcie "živej škrupiny", udržuje jej zloženie v rovnovážnom stave a zabezpečuje proces cirkulácie látok a energie. Plynová funkcia udržuje optimálne zloženie atmosféry. Ona jeVykonáva sa fotosyntézou rastlín, ktoré uvoľňujú kyslík a absorbujú oxid uhličitý. Živé organizmy vylučujú CO2 počas výdychu a rozkladu. Výmena plynu prebieha neustále, pri prechode chemických reakcií sa na nej zúčastňujú anorganické zlúčeniny. Energetická funkcia spočíva v asimilácii a premene biomasy (rastliny) vonkajšieho zdroja – slnečného žiarenia. Koncentračná funkcia zabezpečuje akumuláciu živín. Všetky organizmy v procese života akumulujú potrebnú úroveň obsahu biochemických prvkov, ktoré sa po ich smrti vracajú do biosféry vo forme organických a anorganických zlúčenín. Redoxná funkcia je biochemická reakcia. Vyskytuje sa počas života živého organizmu a je nevyhnutným článkom v obehu látok.
Biomass
Všetky živé organizmy sú na zemských sférach rozmiestnené nerovnomerne. Najvyššia koncentrácia biomasy sa pozoruje na križovatkách geosfér planéty. Deje sa tak v dôsledku vytvárania optimálnych životných podmienok (teplota, vlhkosť, tlak, prítomnosť biochemických zlúčenín). Zloženie biomasy tiež nie je rovnakého typu. Na súši majú výhodu rastliny, v hydrosfére tvoria základ živej hmoty živočíchy. Hustota biomasy závisí od geografickej polohy, hĺbky osídlenia v litosfére a výšky v atmosfére. Počet rastlinných a živočíšnych druhov je veľmi veľký, ale biotopom všetkých organizmov je biosféra. Biológia, ako samostatná veda, je z veľkej častivysvetľuje všetky procesy, ktoré v ňom prebiehajú. Toto je pôvod, rozmnožovanie, migrácia všetkých druhov biomasy.
Funkcie biosféry
Význam a rozsah „živej škrupiny“Zeme zabezpečí jej neustále štúdium novými generáciami prírodných vedcov. Systém je jedinečný svojou celistvosťou, dynamickým vývojom, vyváženosťou. Ako jeho hlavnú a najprekvapivejšiu vlastnosť možno vyzdvihnúť odolnosť a schopnosť zotavenia. Množstvo katastrof počas existencie biosféry ako živého filmu planéty je obrovské. Viedli k vyhynutiu väčšiny biomasy, výrazne zmenili vzhľad planéty, upravili procesy prebiehajúce na jej povrchu a v jadre. Ale po každom údere sa biosféra obnovila v zmenenej forme, prispôsobila sa negatívnemu vplyvu alebo ho potlačila. Preto je biosféra Zeme živým organizmom, ktorý dokáže nezávisle regulovať všetky procesy prebiehajúce v prírode.
Vyhliadky na rozvoj
Každé moderné dieťa na základnej škole študuje predmet ako prírodopis (3. ročník). Na týchto lekciách vysvetľujú malému človiečiku, čo je svet okolo a podľa akých pravidiel existuje. Možno stojí za to trochu zmeniť program a naučiť deti rešpektovať a milovať prírodu, potom bude ľudstvo schopné vytvoriť novú geosféru. Všetky stáročia nahromadené poznatky o biosfére musia byť použité pre jej ďalší rozvoj, ktorý bude znamenať spojenie prírody a človeka. Skôr než bude neskoro napraviť, čo sa stalopoškodzujú životné prostredie, ľudia by sa mali zamyslieť nad tým, že „živá škrupina“Zeme sa dokáže sama zotaviť, no zároveň dokáže zlikvidovať objekt, ktorý spôsobuje trvalé poškodenie jej celistvosti a harmónie.
