Біосфера

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

Продукція біомаси фотоавтотрофами материків та океанів. SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center and ORBIMAGE

Біосфери на інших планетах, окрім Землі, невідомі. Вважається, що бактеріальні біосфери або подібні до них можуть існувати на Марсі, Венері, Європі, й імовірно інших малих планетах та іх супутниках.

Загальні біологічні процеси в межах біосфери вивчає наука біологічного циклу — біосферологія (розділ екології). Крім того, біосферу як частину географічної оболонки Землі вивчає землезнавство — розділ загальної географії.

Історія

Перші уявлення про біосферу як «область життя» та зовнішню оболонку Землі належать Ж.-Б. Ламарку. Термін «біосфера» вперше застосував австрійський геолог Е.Зюсс (1875), називаючи ним окрему оболонку Землі, наповнену життям. Детально вчення про біосферу розробив В. І. Вернадський. У його наукових працях термін «біосфера» вперше з'явився у 1911 році. У 1926 році він видав книгу «Біосфера», в якій виклав вчення про біосферу як особливу сферу Землі, що включає сферу поширення живої речовини.

Олександр Гумбольдт в 1845 р. у своїй фундаментальній праці «Космос» одноразово використав поняття «життєсфера» (див.[1]). Зауважимо також, що впритул до поняття «біосфера» підійшов французький географ Е. Реклю (Elise Reclus). Одна з основних його робіт — 12-томна «Земля. Опис життя земної кулі» (1868–1872 рр.). В томі Х цієї роботи, який називається «Життя на Землі», зустрічаємо такі слова[2]: "Вся сукупність живих істот на поверхні планети утворює як би свого роду тонку оболонку або покрив; … ми повинні визнати, що життя на Землі єдине. Як би далеко рослини, тварини і люди не розходилися один від одного, як би вони не розрізнялися своїм виглядом і будовою, всі вони все-таки, перш за все, діти Землі. Їх створив один і той же ґрунт, вони дихають одним і тим же повітрям; … царства рослин і тварин не стоять одне від одного окремо, а перебувають у тісній взаємної залежності, утворюючи один загальний світ органічних істот, які є прямим продовженням неорганічного світу".

Біос
Птахи — складова частина аеробіосу
Водні рослини — складова частина гідробіосу

Біос (від дав.-гр. βιος — життя) — сукупність всіх організмів (біонтів), що населяють Землю.

Поширення біосу Землі визначається межами біосфери як частини географічної оболонки, у межах якої поширені живі організми.

Біос у планетарному масштабі є основою формування великих наземних та водних угруповань організмів — біомів.

Біос за середовищем існування поділяють на дві основні групи:

Структура біосфери

Загальна характеристика структурної організації матерії біосфери

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

Атмосфера Землі — найлегша 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 — водна оболонка Землі. Унаслідок 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−, Сульфур (сірка) — S, Карбон (вуглець) — C. Найважливіша роль в житті живих організмів належить таким елементам, як Нітроген (азот) — N, Фосфор — P, Калій — K, Магній — Mg і Сульфур — 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, магматичних і метаморфічних порід. Поверхневий шар літосфери, у якому відбувається взаємодія живої матерії з мінеральною (неорганічною), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (органічну речовину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, повітря. Педосфера — ґрунтова оболонка планети. Переважні елементи хімічного складу літосфери: Оксиген (кисень) — O, Силіцій (кремній) — Si, Алюміній — Al, Ферум (залізо) — Fe, Кальцій — Ca, Магній — Mg, Натрій — Na, Калій — K[3].

Хімічні (речовинні) рівні структурної організації матерії біосфери

Перші три рівні (атомний, молекулярний і полімерний) відносяться до хімічних (речовинних) рівнів структурної організації матерії[4].

Рівні організації живої матерії
  • Молекулярно-генетичний рівень. Елементарна одиниця цього рівня — ген — фрагмент молекули ДНК, в якому записана інформація про первинну структуру однієї білкової молекули. Елементарне явище полягає в процесі редуплікації ДНК. Життєвий субстрат для всіх живих організмів — приблизно 20 різних амінокислот і 5 різних азотистих основ, що входять до складу нуклеїнових кислот. Енергія запасається у молекулах АТФ.
  • Клітинний рівень. Клітина — елементарна одиниця цього рівня. Елементарне явище виявляється в реакціях клітинного метаболізму, що складають основу потоків речовин, енергії, інформації. Завдяки діяльності клітини речовини, що надходять ззовні, перетворюються в субстрати та енергію, які використовуються в процесі біосинтезу білків та інших сполук, потрібних організму
  • Організмовий рівень. Рівень організму (організмовий). Елементарна одиниця цього рівня — особина в її розвитку протягом онтогенезу. Закономірні зміни організму в індивідуальному розвитку складають елементарне явище даного рівня. Ці зміни забезпечують ріст організму, диференціацію його частин і одночасно інтеграцію розвитку в єдине ціле. В процесі онтогенезу в певних умовах зовнішнього середовища відбувається втілення спадкової інформації.
  • Популяційно-видовий рівень. Популяція — елементарна одиниця цього рівня. Популяція — це сукупність особин одного виду, що заселяють один ареал протягом тривалого часу і відносно відокремлені від інших популяцій цього ж виду. Об'єднання особин у популяцію відбувається завдяки спільності генофонду, що використовується в процесі статевого розмноження для створення генотипів особин наступних поколінь.
  • Екосистемний рівень. Елементарна одиниця цього рівня — екосистема (сукупність популяцій різних видів, які заселяють територію з визначеними абіотичними показниками і зв'язані між собою та навколишнім середовищем обміном речовин, енергії та інформації). Екосистеми об'єднані на планеті в єдиний комплекс — біосферу.

Взаємодія з іншими оболонками

Діяльність живих організмів позначається на всіх оболонках Землі:

Рівні організації біосфери

Основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу
  1. Цілісність біосфери визначається самоузгодженістю всіх процесів в біосфері, обмежених фізичними константами, рівнем радіації та ін.
  2. Земні закони руху атомів, перетворення енергії є відображенням гармонії космосу, забезпечуючи гармонію і організованість біосфери. Сонце, як основне джерело енергії біосфери, регулює життєві процеси на Землі.
  3. Жива речовина біосфери з найдавніших геологічних часів активно трансформує сонячну енергію в енергію хімічних зв'язків складних органічних речовин. При цьому сутність живого постійна, змінюються лише форми існування живої речовини. Сама жива речовина не є випадковим створенням, а є результатом перетворення сонячної світлової енергії в дійсну енергію Землі.
  4. Чим дрібніше організми, тим з більшою швидкістю вони розмножуються. Швидкість розмноження залежить від щільності живої речовини. Розтікання життя — результат прояву її геохімічної енергії.
  5. Автотрофні організми отримують всі необхідні для життя речовини з навколишньої косної матерії. Для життя гетеротрофів необхідні готові органічні сполуки. Поширення фотосинтезуючих організмів (автотрофів) обмежується можливістю проникнення сонячної енергії.
  6. Активна трансформація живою речовиною космічної енергії супроводжується прагненням до максимальної експансії, прагненням до заповнення всього можливого простору. Цей процес В. І. Вернадський назвав «тиском життя».
  7. Формами знаходження хімічних елементів є гірські породи, мінерали, магма, розсіяні елементи і жива речовина. У земній корі відбуваються постійні перетворення речовин, кругообіг, рух атомів і молекул.
  8. Поширення життя на нашій планеті визначається полем стійкості зелених рослин. Максимальне поле життя обмежується крайніми межами виживання організмів, яке залежить від стійкості хімічних сполук, що становлять живу речовину, до певних умов середовища.
  9. Кількість живої речовини в біосфері постійна і відповідає кількості газів в атмосфері, перш за все кисню.
  10. Будь-яка система досягає стійкої рівноваги, при якому вільна енергія системи наближається до нуля.

Деградація біосфери

На відміну від людини, тваринний і рослинний світ не може піти у бункери сам. У разі незворотного пошкодження біологічних систем на Землі і особливо середовища проживання люди вже ніколи не зможуть повернутися на доісторичний рівень існування. (Якщо, звичайно, вони не скористаються біологічними надтехнологіями.) Звичайні мисливство та землеробство стануть неможливими - залишиться тільки вирощування всіх необхідних продуктів в герметичних парниках. І якщо вимерлих тварин можна відновити, просто випустивши «кожної тварі по парі», то так само просто відновити ґрунт і повітря не вийде. І хоча кисню, накопиченого в атмосфері, вистачить ще на тисячоліття спалювання палива, то утилізувати вуглекислий газ у разі знищення біосфери буде нікому, що посилить шанси незворотного глобального потепління.

Зі сказаного можна зробити висновок, що чим сильніше пошкоджене середовище проживання, тим вище мінімальний технологічний рівень, на якому може виживати людство.

Історія деградації біосфери

Упродовж багатьох років багатства надр, ресурси біосфери споживались і витрачались у максимально можливих обсягах. Людство вступило у XX століття під гаслом: природа не храм, а майстерня. Такий підхід не міг не завершитися глобальною деградацією природного середовища земної кулі. Найчіткіше вона почала проступати як явище, що охопило всю планету, з початку 1970-х років. Розвиток деградаційних процесів на планеті передрікали давно (І століття до н. е. — Цицерон, X ст. — Ібн Сіна (Авіценна)). Особливо численними стали застереження про деградацію природи планети у другій половині XX століття, коли окремі локальні екологічні лиха почали переростати в глобальну екологічну кризу. Понад чверть століття тому, 1972 року, Римський клуб опублікував тривожний прогноз розвитку людської цивілізації «Межі зростання», виконаний групою фахівців під керівництвом Д. Медоуза, який передрікав небезпечну деградацію природного середовища.

Вплив людини на біосферу

Попередження негативного впливу діяльності людини на природу, на противагу концепції ліквідації її наслідків. Прогнозування або моніторинг розвитку навколишнього середовища стикається на своєму шляху з численними труднощами, пов’язаних передусім із тим, що, по-перше, не всі наслідки діяльності людини можуть бути передбачені, а по-друге, часові межі виявлення таких наслідків нерідко суттєво відрізняються. Наприклад, ситуація, що склалася внаслідок аварії на ЧАЕС, прогнозувалася через вісім-десять років, а все відбулося значно раніше — через три-п’ять років (ідеться про негативний вплив радіаційного випромінювання на організм людини, рослин і тварин).

Отже, моніторинг навколишнього середовища, хоча й має позитивне значення в господарській та науковій діяльності, проте його методи ще не є досконалими. Тому покладатися лише на них не можна На жаль, нічим не стримувана деградація природи продовжує загрожувати не лише благоустрою людей, а й загалом існуванню життя на планеті.

У результаті діяльності людини забрудненість біосфери канцерогенами набагато збільшилась, а в промислових районах у сотні та тисячі разів перевищує їх природний фоновий рівень. Отже, забруднення навколишнього середовища є результатом антропогенної діяльності людини і перебуває в прямій залежності від розвитку певних галузей промисловості та сільського господарства.

Примітки
  1. Лапо А. В. Следы былых биосфер, или рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого. — М.: Знание, 1987. — 208 с.
  2. Реклю Э. Земля. Описание жизни земного шара. Т. Х. Жизнь на Земле / Пер. с франц. Под ред. Н. К. Лебедева. — СПб.: Изд. тов-ва И. Д. Сытина, 1914. — 112 с.
  3. (рос.) Аллен Р. Д. Наука о жизни. — М., 1981.
  4. Заблоцька О. С. Формування знань про структурну організацію біосфери та її хімізм у майбутніх фахівців у галузі екології
  5. Вернадський, Володимир (1989). Биосфера і Ноосфера (російською). Москва: Академія Наук СРСР. с. 22.

Література
  • Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М. С. Гиляров. — М. : Сов. энцикл., 1986. — 832 с.
  • Біологічний словник / За ред. І. Г. Підоплічка, К. М. Ситника, Р. В. Чаговця. — К. : Гол. ред. УРЕ, 1974. — 552 с.
  • Біосфера // Біологічний словник : 2-е вид. / За ред. К. М. Ситника, В. О. Топачевського. — К. : Гол. ред. УРЕ, 1986. — С. 77, 78.
  • М. Кисельов. Біосфера // Філософський енциклопедичний словник / В. І. Шинкарук (гол. редкол.) та ін. — Київ : Інститут філософії імені Григорія Сковороди НАН України : Абрис, 2002. — 742 с. — 1000 екз. — ББК 87я2. — ISBN 966-531-128-X.
  • Будыко М. И. Глобальная экология. — М.: Мысль, 1977. — 327 с.
  • Вернадский В. И. Биосфера. — М.: Мысль, 1967. — 376 с.
  • Вернадский В. И. Несколько слов о ноосфере // Успехи современной биологии. — 1944, № 18. — С. 113–120.
  • Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения — М.: Наука, 2001.
  • Географический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. Ф. Трешников. — М. : Сов. энцикл., 1988. — 432 с.
  • Геохімія біосфери = Geochemistry of the biosphere : монографія / Петро Білоніжка. – Львів : ЛНУ імені Івана Франка. 2018. – 182 с. - ISBN 978-617-10-0477-1
  • Голубець М. А. Від біосфери до соціосфери. — Львів: Поллі, 1997. — 256 с.
  • Дедю И. И. Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Гл. ред. МСЭ. — 408 с. — ISBN 5-88550-006-1
  • Мороз С. А. Історія біосфери Землі. – У 2-х кн.: навч. посібник для студ. вузів. – К: Заповіт, 1996.
  • Людина і біосфера : наукове видання / І. Г. Підоплічко, І. Т. Сокур. - К. : Радянська школа, 1973. - 133 с.
  • Людина і біосфера: основи екологічної антропології : підручник / В. С. Крисаченко ; Міжнародний фонд "Відродження". - К. : Заповіт, 1998. - 687 с.
  • Реймерс Н. Ф. Природопользование: словарь-справочник. — М. : Мысль, 1990. — 640 с. — ISBN 5-244-00450-6
  • Сытник К. М., Брайон А. В., Гордецкий А. В. Биосфера. Экология. Охрана природы. — К.: Наук, думка, 1987. — 523 с.

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.