همه موجودات زنده سیاره زمین در تماس نزدیک با یکدیگر و با محیط زیست قرار می گیرند و در نتیجه اکوسیستم هایی را تشکیل می دهند. این جوامع از موجودات متقابل از یکدیگر جدا نیستند. آنها با روابط مختلف، در درجه اول غذا، به هم مرتبط هستند. مجموع اکوسیستم ها یک اکوسیستم سیاره ای واحد را تشکیل می دهند که به آن بیوسفر می گویند. این مقاله به ساختار بیوسفر، ترکیب و عملکردهای اصلی آن می پردازد.
علم
این مفهوم برای اولین بار توسط J. B. Lamarck در سال 1803 وارد علم شد و به معنای کلیت همه موجودات زنده روی سیاره زمین بود. در پایان قرن نوزدهم، اصطلاح "زیست کره" توسط J. Zuse استفاده شد که ماده بی جان سنگ های رسوبی را در ساختار بیوسفر گنجاند. دکترین بیوسفر در سال 1926 ظاهر شد، زمانی که V. I. Vernadsky حجم عظیمی از اطلاعات علمی را به هر نحوی خلاصه کرد.رابطه بین ماده زنده و غیر زنده را نشان می دهد. این دانشمند توانست نشان دهد که سیاره ما نه تنها توسط موجودات زنده ساکن است، بلکه به طور فعال توسط آنها تغییر شکل می دهد. علاوه بر این، به گفته ورنادسکی، مداخله انسان در فرآیندهای طبیعی به قدری قابل توجه است که می توان از نووسفر - مرحله جدیدی در توسعه بیوسفر - صحبت کرد. امروزه علم بیوسفر داده های حوزه های مختلف دانش را با هم ترکیب می کند. از جمله آنها می توان به زیست شناسی، شیمی، زمین شناسی، اقلیم شناسی، اقیانوس شناسی، علم خاک و غیره اشاره کرد.
ساختار بیوسفر به گونه ای است که موجودات زنده می توانند به طور مستقل ترکیب لازم خاک، جو و هیدروسفر را حفظ کنند. نقش محیطی کلیدی دارند. بر این اساس، دانشمندان فرض کردند که خاک و هوا توسط خود موجودات زنده در طی صدها میلیون سال تکامل ایجاد شده است. ورنادسکی پس از مطالعه شباهت‌های ساختار سنگ‌های زمین‌شناسی که عمیق‌تر از کامبرین و سنگ‌های بعدی هستند، پیشنهاد کرد که حیات روی این سیاره تقریباً از ابتدا به شکل ساده‌ترین موجودات وجود داشته است. بعدها، زمین شناسان اشتباه بودن این فرضیه را ثابت کردند.
از آنجایی که خورشید مبنای انرژی برای وجود تمام حیات روی زمین است، زیست کره را می توان پوسته ای در نظر گرفت که ساختار و ترکیب آن در اثر فعالیت مشترک موجودات زنده شکل می گیرد و توسط آن تعیین می شود. هجوم انرژی خورشیدی حالا بیایید با ساختار بیوسفر زمین آشنا شویم.
زنده و غیرزنده
قبل از هر چیز با توجه به ترکیب و ساختار بیوسفرشایان ذکر است که از ماده زنده و غیر زنده (ماده بی اثر) تشکیل شده است. بخش عمده ای از موجودات زنده در سه پوسته زمین شناسی زمین متمرکز شده اند: جو (لایه هوا)، هیدروسفر (اقیانوس ها، دریاها و غیره) و لیتوسفر (لایه بالای سنگ). با این حال، این پوسته ها به طور نابرابر در بزرگترین اکوسیستم توزیع شده اند. بنابراین، هیدروسفر به طور کامل در ساختار بیوسفر نشان داده شده است، در حالی که لیتوسفر و جو تا حدی نشان داده شده اند (به ترتیب لایه های بالایی و پایینی).
جزء غیر زنده زیست کره شامل:
- ماده بیوژنیک که محصول فعالیت حیاتی موجودات زنده است. این شامل: زغال سنگ، نفت، ذغال سنگ نارس، سنگ آهک طبیعی، گاز و غیره است.
- که نتیجه مشترک فعالیت حیاتی موجودات و فرآیندهای غیر بیولوژیکی است. این شامل: خاک، سیلت، مخازن آب و غیره است.
- مواد بی اثر که در چرخه بیولوژیکی قرار می گیرد، اما محصول فعالیت حیاتی موجودات زنده نیست. این گروه شامل: آب، نمک های فلزی، نیتروژن جو و غیره است.
ماده بیواینرت
مرزهای زیست کره
مفاهیمی مانند ترکیب، ساختار و مرزهای بیوسفر ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. با وجود این واقعیت که باکتری ها و هاگ ها در ارتفاعات تا 85 کیلومتری یافت شده اند، اعتقاد بر این است که حد بالایی بیوسفر 20-25 کیلومتر است. در ارتفاعات بالا، غلظت مواد زنده به دلیل تأثیر شدید تابش خورشیدی ناچیز است.
در هیدروسفر، زندگی در همه جا وجود دارد. و حتی در سنگر ماریانا، که عمق آن 11 کیلومتر است، دانشمنداز فرانسه، J. Picard نه تنها بی مهرگان، بلکه ماهی را نیز مشاهده کرد. باکتری ها، جلبک ها، روزن داران و سخت پوستان زیر بیش از 400 متر یخ قطب جنوب زندگی می کنند. باکتری ها در زیر یک لایه سیلت کیلومتری و در آب های زیرزمینی یافت می شوند. با این وجود، بیشترین غلظت موجودات زنده در عمق تا 3 کیلومتری مشاهده می شود. بنابراین، مرزها و ساختار بیوسفر در نقاط مختلف سیاره ممکن است متفاوت باشد.
اتمسفر، لیتوسفر و هیدروسفر
جو عمدتاً از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. حاوی مقادیر کمی آرگون، دی اکسید کربن و ازن است. زندگی موجودات خشکی و آبی به وضعیت جو بستگی دارد. اکسیژن برای تنفس موجودات زنده و معدنی شدن مواد آلی در حال مرگ ضروری است. خوب، دی اکسید کربن توسط گیاهان برای فتوسنتز استفاده می شود.
ضخامت لیتوسفر بین 50 تا 200 کیلومتر است، با این حال، تعداد اصلی گونه های موجودات زنده در لایه بالایی آن به ضخامت چند ده سانتی متر متمرکز شده است. گسترش حیات در اعماق لیتوسفر به دلیل تعدادی از عوامل محدود است که مهمترین آنها عبارتند از: کمبود نور، تراکم زیاد متوسط و دمای بالا. بنابراین، مرز پایینی توزیع حیات در لیتوسفر عمق 3 کیلومتری است که در آن برخی از انواع باکتری ها یافت شد. انصافاً باید توجه داشت که آنها در زمین زندگی نمی کردند، بلکه در آب های زیرزمینی و افق های نفتی زندگی می کردند. ارزش لیتوسفر در این است که به گیاهان حیات می بخشد و آنها را با تمام مواد لازم تغذیه می کند.
هیدروسفرجزء ضروری زیست کره است. حدود 90 درصد ذخایر آب به اقیانوس جهانی می رسد که 70 درصد از سطح سیاره را اشغال می کند. دارای 1.3 میلیارد کیلومتر3، و رودخانه ها و دریاچه ها حاوی 0.2 میلیون کیلومتر3 آب هستند. مهمترین عامل در فعالیت حیاتی ارگانیسم، محتوای اکسیژن و دی اکسید کربن در آب است.
اعداد جذاب
ترکیب، ساختار و عملکرد بیوسفر با مقیاس آنها شگفت زده می شود. اکنون با حقایق جالب آشنا خواهیم شد. آب حاوی 660 برابر بیشتر از هوا دی اکسید کربن است. در خشکی، تنوع دنیای گیاهی غالب است و در دریا - دنیای حیوانات. 92 درصد از کل زیست توده روی زمین را گیاهان سبز تشکیل می دهند. در اقیانوس، 94٪ میکروارگانیسم ها و حیوانات هستند.
به طور متوسط، هر هشت سال یک بار، زیست توده زمین تجدید می شود. گیاهان زمینی برای این کار به 14 سال نیاز دارند، گیاهان اقیانوسی - 33 روز. 3000 سال طول می کشد تا تمام آب کره زمین از موجودات زنده عبور کند، اکسیژن - تا 5000 سال و دی اکسید کربن - 6 سال. برای نیتروژن، کربن و فسفر، این چرخه ها حتی طولانی تر هستند. چرخه بیولوژیکی بسته نیست - حدود 10٪ از مواد زنده به رسوبات رسوبی و دفن می شوند.
زیست کره تنها 0.05 درصد از جرم سیاره ما را تشکیل می دهد. حدود 0.4 درصد از حجم زمین را اشغال می کند. جرم موجودات زنده تنها 0.01-0.02 درصد از جرم ماده بی اثر است، با این حال، آنها نقش بسیار مهمی در فرآیندهای ژئوشیمیایی دارند.
200 میلیارد تن وزن خشک آلی سالانه تولید می شود و درفتوسنتز 170 میلیارد تن دی اکسید کربن را جذب می کند. در فرآیند فعالیت حیاتی میکروارگانیسم ها، سالانه 6 میلیارد تن نیتروژن و 2 میلیارد تن فسفر و همچنین مقدار زیادی آهن، منیزیم، گوگرد، کلسیم و سایر عناصر در چرخه زیست زایی نقش دارند. در این مدت، بشریت حدود 100 میلیارد تن مواد معدنی تولید می کند.
جانداران در طول زندگی خود سهم قابل توجهی در گردش مواد، تثبیت و دگرگونی بیوسفر دارند، که خواص و ساختار آن انسان را به وجود قدرت های بالاتر می اندیشد.
عملکرد انرژی
بعد از آشنایی با ساختار و ترکیب بیوسفر، به سراغ عملکردهای آن می رویم. بیایید با انرژی شروع کنیم. همانطور که می دانید گیاهان تابش خورشید را جذب می کنند و زیست کره را با انرژی حیاتی اشباع می کنند. تقریباً 10 درصد از نور جذب شده توسط تولیدکنندگان برای نیازهای خود (عمدتاً برای تنفس سلولی) استفاده می شود. هر چیز دیگری از طریق زنجیره های غذایی در تمام اکوسیستم های زیست کره توزیع می شود. بخشی از انرژی در روده های زمین حفظ می شود و آنها را با قدرت خود (زغال سنگ، نفت و غیره) اشباع می کند.
حتی با در نظر گرفتن عملکردها و ساختار بیوسفر به طور خلاصه، آنها همیشه تابع ردوکس را به عنوان زیرگونه انرژی مشخص می کنند. باکتری‌های شیمی‌سنتتیک به‌عنوان تولیدکننده، می‌توانند انرژی را از واکنش‌های اکسیداسیون و کاهش ترکیبات معدنی استخراج کنند. در فرآیند اکسیداسیون سولفید هیدروژن، باکتری های گوگرد از انرژی تغذیه می کنند و آهن (از 2 ظرفیتی تا 3 ظرفیتی) - باکتری های آهن. نیتریفیکاسیون نیز بدون نشستن نیستامور آنها ترکیبات آمونیوم را به نیترات و نیتریت اکسید می کنند. به همین دلیل است که کشاورزان مزارع خود را با ترکیبات آمونیومی بارور می کنند که به خودی خود توسط گیاهان جذب نمی شوند. هنگام کوددهی مستقیم خاک با نیترات، بافت‌های ذخیره‌سازی گیاهان با آب بیش از حد اشباع می‌شوند که منجر به بدتر شدن طعم آنها و افزایش خطر ابتلا به بیماری‌های گوارشی در مصرف‌کنندگان می‌شود.
عملکرد تشکیل دهنده محیط
موجودات زنده خاک را تشکیل می دهند و همچنین ترکیب هوا و پوسته های آبی زمین را تنظیم می کنند. اگر فتوسنتز در این سیاره وجود نداشت، ذخیره اکسیژن اتمسفر در 2000 سال تمام می شد. علاوه بر این، به معنای واقعی کلمه در یک قرن، به دلیل افزایش غلظت دی اکسید کربن در هوا، موجودات زنده شروع به مردن کردند. در یک روز، یک جنگل می تواند تا 25 درصد دی اکسید کربن را از یک لایه 50 متری هوا جذب کند. یک درخت متوسط می تواند برای چهار نفر اکسیژن تامین کند. یک هکتار از جنگل های برگریز که در نزدیکی شهر قرار دارد، سالانه حدود 100 تن گرد و غبار را در خود نگه می دارد. دریاچه بایکال، که به دلیل شفافیت کریستالی خود مشهور است، به لطف سخت پوستان کوچک است که آن را سه بار در سال "فیلتر" می کند. و این تنها چند نمونه از نحوه تنظیم موجودات زنده ترکیب مواد موجود در بیوسفر است.
عملکرد تمرکز
موجودات زنده و به ویژه میکروارگانیسم ها می توانند بسیاری از عناصر شیمیایی موجود در بیوسفر را متمرکز کنند. تقریبا 90 درصد نیتروژن خاکنتیجه فعالیت جلبک های سبز آبی هستند. باکتری ها می توانند آهن (به عنوان مثال، با اکسید کردن بی کربنات های محلول در آب به هیدروکسید رسوب شده در محیط خود)، منگنز و حتی نقره را غلیظ کنند. این ویژگی شگفت انگیز به دانشمندان اجازه داد تا باور کنند که به لطف میکروارگانیسم ها است که رسوبات فلزی زیادی روی زمین وجود دارد.
در برخی کشورها عناصری مانند ژرمانیوم و سلنیوم از گیاهان استخراج می شود. جلبک فوکوس می تواند 10000 برابر بیشتر از آنچه در آب دریای اطراف موجود است، تیتانیوم جمع کند. هر تن جلبک قهوه ای حاوی چندین کیلوگرم ید است. بلوط استرالیایی آلومینیوم، کاج - بریلیم، توس - باریم و استرانسیوم، کاج اروپایی - نیوبیم و منگنز را انباشته می کند و توریم در آسپن، گیلاس پرنده و صنوبر متمرکز شده است. علاوه بر این، برخی از گیاهان حتی فلزات گرانبها را "جمع آوری" می کنند. بنابراین، در 1 تن خاکستر افسنتین تا 85 گرم طلا وجود دارد!
عملکرد مخرب
ساختار شیمیایی بیوسفر زمین و محیط آن نه تنها شامل فرآیندهای خلاقانه، بلکه مخرب نیز می شود. با این حال، آنها همچنین نقش بزرگی در تنظیم مواد در این سیاره دارند. با حیات فعال موجودات زنده، کانی سازی بقایای آلی و هوازدگی سنگ ها اتفاق می افتد. باکتری ها، قارچ ها، جلبک های سبز آبی و گلسنگ ها می توانند سنگ های سخت را با آزاد کردن اسیدهای کربنیک، نیتروژن و سولفوریک تجزیه کنند. ترکیبات خورنده نیز ریشه درختان را آزاد می کنند. باکتری هایی وجود دارند که حتی می توانند شیشه و طلا را از بین ببرند.
عملکرد حمل و نقل
با توجه به ساختار وتوابع زیست کره، نمی توان انتقال جرم ماده را از دست داد. یک درخت آب را از زمین به اتمسفر می برد، یک خال زمین را به بالا پرتاب می کند، یک ماهی برخلاف جریان شنا می کند، دسته ای از ملخ ها مهاجرت می کنند - همه اینها جلوه ای از عملکرد حمل و نقل زیست کره است.
مواد زنده می توانند کارهای زمین شناسی فوق العاده ای انجام دهند، تصویر جدیدی از بیوسفر را تشکیل دهند و فعالانه در تمام فرآیندهای آن شرکت کنند.
به طور جداگانه باید به روند تشکیل سنگ های رسوبی اشاره کرد. اولین مرحله از این فرآیند هوازدگی است - تخریب لایه های بالایی لیتوسفر تحت تأثیر هوا، خورشید، آب و میکروارگانیسم ها. با نفوذ به داخل سنگ، ریشه گیاهان می تواند آن را از بین ببرد. آبی که به شکاف های ایجاد شده توسط ریشه نفوذ می کند، ماده را حل کرده و می برد. این به دلیل اجزای خورنده گیاه است. گلسنگ ها به خصوص در اسیدهای آلی فراوان هستند. بنابراین، هوازدگی فیزیکی همراه با هوازدگی شیمیایی رخ می دهد.
به دلیل مرگ موجودات پلانکتون، سالانه بالغ بر 100 میلیون تن سنگ آهک در کف اقیانوس های جهان رسوب می کند. بسیاری از آنها منشاء شیمیایی دارند، به عنوان مثال، در منطقه تماس بین آب های زیرزمینی اسیدی و قلیایی. با مرگ جلبک‌های تک سلولی و رادیولارها، سیلت‌های حاوی سیلیکون تشکیل می‌شوند که صدها هزار کیلومتر 2 از بستر دریا را می‌پوشاند.
عملکرد تشکیل خاک
خواص و ساختار بیوسفر آنقدر جامع است که همه عملکردهای آن ارتباط نزدیکی با هم دارند. بنابراین، تشکیل خاک یکی از شاخه های تبادل جرم استو شکل گیری محیطی، اما به دلیل اهمیت آن به طور جداگانه مورد توجه قرار می گیرد. در طی تخریب و پردازش بیشتر سنگ ها توسط میکروارگانیسم ها، پوسته سست و پرباری از زمین به نام خاک تشکیل می شود. ریشه گیاهان بزرگ عناصر معدنی را از افق های عمیق استخراج می کند و لایه های بالایی خاک را با آنها غنی می کند و باردهی آنها را افزایش می دهد. خاک ترکیبات آلی را از ریشه ها و ساقه های مرده گیاهان و همچنین فضولات و لاشه حیوانات دریافت می کند. این ترکیبات غذای موجودات خاکی هستند که مواد آلی را معدنی می کنند و دی اکسید کربن، اسیدهای آلی و آمونیاک تولید می کنند.
بی مهرگان، حشرات و همچنین لاروهای آنها مهمترین نقش را در ساختار تشکیل می دهند. آنها خاک را سست و مناسب برای زندگی گیاهان می کنند. جانوران مهره دار (مول، خرچنگ و دیگران) زمین را شل می کنند و به رشد موفقیت آمیز درختچه ها در آن کمک می کنند. در شب، هوای فشرده سرد به زمین نفوذ می کند که برای تنفس ریشه ها و میکروارگانیسم ها ضروری است.
چنین ساختار شگفت انگیزی از بیوسفر.
