Alle Lebewesen des Planeten Erde treten in engen Kontakt miteinander und mit der Umwelt und bilden dadurch Ökosysteme. Diese Gemeinschaften interagierender Organismen sind nicht voneinander isoliert. Sie sind durch verschiedene Beziehungen miteinander verbunden, vor allem Nahrung. Die Gesamtheit der Ökosysteme bildet ein einziges planetarisches Ökosystem, das als Biosphäre bezeichnet wird. Dieser Artikel befasst sich mit der Struktur der Biosphäre, ihrer Zusammensetzung und ihren Hauptfunktionen.
Wissenschaft
Dieses Konzept wurde erstmals 1803 von J. B. Lamarck in die Wissenschaft eingeführt und meinte die Gesamtheit aller lebenden Organismen auf dem Planeten Erde. Ende des 19. Jahrhunderts wurde der Begriff „Biosphäre“von J. Zuse verwendet, der die unbelebte Materie von Sedimentgesteinen in die Struktur der Biosphäre einbezog. Die Doktrin der Biosphäre erschien 1926, als V. I. Vernadsky auf die eine oder andere Weise eine riesige Menge wissenschaftlicher Informationen zusammenfassteVeranschaulichung der Beziehung zwischen lebender und nicht lebender Materie. Der Wissenschaftler konnte zeigen, dass unser Planet nicht nur von Lebewesen besiedelt ist, sondern von diesen auch aktiv verändert wird. Darüber hinaus ist laut Vernadsky der menschliche Eingriff in natürliche Prozesse so bedeutend, dass man von der Noosphäre sprechen kann - einer neuen Phase in der Entwicklung der Biosphäre. Die Wissenschaft der Biosphäre verbindet heute Daten aus unterschiedlichen Wissensgebieten. Darunter sind Biologie, Chemie, Geologie, Klimatologie, Ozeanologie, Bodenkunde und andere.
Die Struktur der Biosphäre ist so, dass lebende Organismen die notwendige Zusammensetzung des Bodens, der Atmosphäre und der Hydrosphäre selbstständig aufrechterh alten können. Sie spielen eine wichtige ökologische Rolle. Auf dieser Grundlage stellten Wissenschaftler die Hypothese auf, dass Boden und Luft von lebenden Organismen selbst über Hunderte von Millionen Jahren der Evolution geschaffen wurden. Nachdem Vernadsky die Ähnlichkeiten in der Struktur von geologischen Gesteinen, die tiefer als das Kambrium liegen, mit späteren Gesteinen untersucht hatte, schlug er vor, dass das Leben auf dem Planeten fast von Anfang an in Form der einfachsten Organismen existierte. Später bewiesen Geologen den Irrtum dieser Hypothese.
Da die Sonne die energetische Grundlage für die Existenz allen Lebens auf der Erde ist, kann die Biosphäre als Hülle betrachtet werden, deren Struktur und Zusammensetzung durch die gemeinsame Aktivität lebender Organismen gebildet und durch sie bestimmt werden der Zufluss von Sonnenenergie. Machen wir uns nun mit der Struktur der Biosphäre der Erde vertraut.
Lebend und Nichtlebend
Zunächst die Zusammensetzung und Struktur der BiosphäreEs ist erwähnenswert, dass es sich um lebende und nicht lebende Materie (träge Materie) handelt. Der Großteil der lebenden Organismen konzentriert sich auf drei geologische Hüllen der Erde: Atmosphäre (Luftschicht), Hydrosphäre (Ozeane, Meere usw.) und Lithosphäre (oberste Gesteinsschicht). Diese Schalen sind jedoch im größten Ökosystem ungleich verteilt. Somit ist die Hydrosphäre vollständig in der Struktur der Biosphäre repräsentiert, während die Lithosphäre und die Atmosphäre teilweise repräsentiert sind (obere bzw. untere Schichten).
Der unbelebte Teil der Biosphäre besteht aus:
- Biogene Substanz, die ein Produkt der Lebenstätigkeit lebender Organismen ist. Dazu gehören: Kohle, Öl, Torf, natürlicher Kalkstein, Gas usw.
- Bioinerte Substanz, die ein gemeinsames Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Organismen und nicht-biologischen Prozessen ist. Dazu gehören: Erde, Schlick, Wasserreservoirs und so weiter.
- Toter Stoff, der im biologischen Kreislauf enth alten ist, aber kein Produkt der Lebenstätigkeit lebender Organismen ist. Zu dieser Gruppe gehören: Wasser, Metallsalze, Luftstickstoff usw.
Grenzen der Biosphäre
Konzepte wie Zusammensetzung, Struktur und Grenzen der Biosphäre sind eng miteinander verbunden. Trotz der Tatsache, dass Bakterien und Sporen in Höhen von bis zu 85 Kilometern gefunden wurden, wird angenommen, dass die obere Grenze der Biosphäre 20-25 km beträgt. In großen Höhen ist die Konzentration lebender Materie aufgrund des starken Einflusses der Sonneneinstrahlung vernachlässigbar.
In der Hydrosphäre gibt es überall Leben. Und sogar im Marianengraben, dessen Tiefe 11 km beträgt, der Wissenschaftleraus Frankreich beobachtete J. Picard nicht nur Wirbellose, sondern auch Fische. Bakterien, Algen, Foraminiferen und Krebstiere leben unter mehr als 400 Metern antarktischem Eis. Bakterien finden sich unter einer kilometerlangen Schlammschicht und im Grundwasser. Dennoch wird die größte Konzentration von Lebewesen in einer Tiefe von bis zu 3 km beobachtet. Daher können die Grenzen und die Struktur der Biosphäre in verschiedenen Teilen des Planeten unterschiedlich sein.
Atmosphäre, Lithosphäre und Hydrosphäre
Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Sauerstoff und Stickstoff. Es enthält geringe Mengen Argon, Kohlendioxid und Ozon. Das Leben von Land- und Wasserlebewesen hängt vom Zustand der Atmosphäre ab. Sauerstoff ist für die Atmung lebender Organismen und die Mineralisierung absterbender organischer Substanzen notwendig. Kohlendioxid wird von Pflanzen für die Photosynthese verwendet.
Die Lithosphäre hat eine Dicke von 50 bis 200 km, jedoch konzentriert sich die Hauptzahl der Arten lebender Organismen in ihrer oberen Schicht, die mehrere zehn Zentimeter dick ist. Die Ausbreitung des Lebens tief in der Lithosphäre ist durch eine Reihe von Faktoren begrenzt, von denen die wichtigsten sind: Lichtmangel, hohe Dichte des Mediums und hohe Temperatur. Somit ist die untere Grenze der Verbreitung des Lebens in der Lithosphäre eine Tiefe von 3 km, in der einige Arten von Bakterien gefunden wurden. Fairerweise sei angemerkt, dass sie nicht im Boden, sondern im Grundwasser und in Ölhorizonten lebten. Der Wert der Lithosphäre liegt darin, dass sie den Pflanzen Leben gibt und sie mit allen notwendigen Substanzen nährt.
Hydrosphäreist ein wesentlicher Bestandteil der Biosphäre. Etwa 90 % des Wasservorrats fällt auf den Weltozean, der 70 % der Erdoberfläche einnimmt. Es enthält 1,3 Milliarden km3, und Flüsse und Seen enth alten 0,2 Millionen km3 Wasser. Der wichtigste Faktor für die Lebenstätigkeit des Organismus ist der Geh alt an Sauerstoff und Kohlendioxid im Wasser.
Faszinierende Zahlen
Zusammensetzung, Struktur und Funktionen der Biosphäre überraschen mit ihrem Ausmaß. Wir werden jetzt einige interessante Fakten erfahren. Wasser enthält 660-mal mehr Kohlendioxid als Luft. An Land überwiegt die Vielf alt der Pflanzenwelt und im Meer die Tierwelt. 92 Prozent der gesamten Biomasse an Land sind Grünpflanzen. 94 % der Ozeane sind Mikroorganismen und Tiere.
Im Durchschnitt erneuert sich die Biomasse der Erde alle acht Jahre. Landpflanzen brauchen dafür 14 Jahre, Meerespflanzen 33 Tage. Es wird 3000 Jahre dauern, bis das gesamte Wasser der Erde lebende Organismen passiert hat, Sauerstoff - bis zu 5000 Jahre und Kohlendioxid - 6 Jahre. Bei Stickstoff, Kohlenstoff und Phosphor sind diese Zyklen sogar noch länger. Der biologische Kreislauf ist nicht geschlossen - etwa 10 % der lebenden Materie gelangt in Sedimentablagerungen und Bestattungen.
Die Biosphäre macht nur 0,05 % der Masse unseres Planeten aus. Es nimmt etwa 0,4 % des Erdvolumens ein. Die Masse der Lebewesen beträgt nur 0,01-0,02 % der Masse der inerten Materie, sie spielen jedoch eine sehr wichtige Rolle bei geochemischen Prozessen.
200 Milliarden Tonnen organisches Trockengewicht werden jährlich produziert, und inDie Photosynthese absorbiert 170 Milliarden Tonnen Kohlendioxid. Bei der lebenswichtigen Aktivität von Mikroorganismen werden jedes Jahr 6 Milliarden Tonnen Stickstoff und 2 Milliarden Tonnen Phosphor sowie eine große Menge Eisen, Magnesium, Schwefel, Kalzium und andere Elemente in den biogenen Kreislauf einbezogen. In dieser Zeit produziert die Menschheit etwa 100 Milliarden Tonnen Mineralien.
Organismen leisten im Laufe ihres Lebens einen wesentlichen Beitrag zum Stoffkreislauf, stabilisieren und transformieren die Biosphäre, deren Eigenschaften und Struktur an das Vorhandensein höherer Mächte denken lassen.
Energiefunktion
Nachdem wir uns mit der Struktur und Zusammensetzung der Biosphäre vertraut gemacht haben, gehen wir zu ihren Funktionen über. Beginnen wir mit der Energie. Wie Sie wissen, absorbieren Pflanzen Sonnenstrahlung und sättigen die Biosphäre mit Lebensenergie. Ungefähr 10 % des eingefangenen Lichts wird von Produzenten für ihren Bedarf verwendet (hauptsächlich für die Zellatmung). Alles andere verteilt sich über Nahrungsketten in allen Ökosystemen der Biosphäre. Ein Teil der Energie wird in den Eingeweiden der Erde gespeichert und sättigt sie mit ihrer Kraft (Kohle, Öl usw.).
Sogar wenn man die Funktionen und den Aufbau der Biosphäre kurz betrachtet, heben sie immer die Redoxfunktion als eine Unterart der Energie heraus. Als Produzenten können chemosynthetische Bakterien Energie aus den Oxidations- und Reduktionsreaktionen anorganischer Verbindungen gewinnen. Bei der Oxidation von Schwefelwasserstoff ernähren sich Schwefelbakterien von Energie und Eisen (von 2-wertig bis 3-wertig) - Eisenbakterien. Nitrifizierende sitzen auch nicht ohneAngelegenheiten. Sie oxidieren Ammoniumverbindungen zu Nitraten und Nitriten. Deshalb düngen Landwirte ihre Felder mit Ammoniumverbindungen, die von den Pflanzen nicht selbst aufgenommen werden. Bei der direkten Düngung des Bodens mit Nitraten werden die Speichergewebe der Pflanzen mit Wasser übersättigt, was zu einer Verschlechterung ihres Geschmacks und einem erhöhten Risiko für Verdauungskrankheiten bei denjenigen führt, die sie essen.
Umweltbildende Funktion
Lebende Organismen bilden den Boden und regulieren auch die Zusammensetzung der Luft- und Wasserhüllen der Erde. Gäbe es auf dem Planeten keine Photosynthese, wäre der Vorrat an Luftsauerstoff in 2000 Jahren aufgebraucht. Darüber hinaus würden Organismen buchstäblich in einem Jahrhundert aufgrund einer Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration in der Luft zu sterben beginnen. An einem Tag kann ein Wald bis zu 25 % Kohlendioxid aus einer 50 Meter hohen Luftschicht aufnehmen. Ein mittelgroßer Baum kann vier Personen mit Sauerstoff versorgen. Ein Hektar Laubwald in der Nähe der Stadt hält jährlich etwa 100 Tonnen Staub zurück. Der Baikalsee, der für seine Kristallklarheit berühmt ist, verdankt er kleinen Krebstieren, die ihn dreimal im Jahr „filtern“. Und dies sind nur einige Beispiele dafür, wie Lebewesen die Stoffzusammensetzung in der Biosphäre regulieren.
Konzentrationsfunktion
Lebewesen und insbesondere Mikroorganismen sind in der Lage, viele in der Biosphäre vorkommende chemische Elemente zu konzentrieren. Fast 90 % Bodenstickstoffsind das Ergebnis der Aktivität von Blaualgen. Bakterien können Eisen (z. B. durch Oxidation von wasserlöslichem Bikarbonat zu Hydroxid, das sich in ihrer Umgebung ablagert), Mangan und sogar Silber konzentrieren. Diese erstaunliche Eigenschaft ließ Wissenschaftler glauben, dass es Mikroorganismen zu verdanken ist, dass es so viele Metallvorkommen auf der Erde gibt.
In einigen Ländern werden Elemente wie Germanium und Selen aus Pflanzen extrahiert. Fucus-Algen können 10.000-mal mehr Titan anreichern, als im umgebenden Meerwasser enth alten ist. Jede Tonne Braunalge enthält mehrere Kilogramm Jod. Australische Eiche sammelt Aluminium, Kiefer - Beryllium, Birke - Barium und Strontium, Lärche - Niob und Mangan, und Thorium ist in Espe, Vogelkirsche und Tanne konzentriert. Außerdem „sammeln“manche Pflanzen sogar Edelmetalle. In 1 Tonne Wermutasche können also bis zu 85 Gramm Gold stecken!
Destruktive Funktion
Die chemische Struktur der Biosphäre der Erde und ihrer Umwelt umfasst nicht nur kreative, sondern auch destruktive Prozesse. Sie spielen aber auch eine große Rolle bei der Regulierung von Stoffen auf dem Planeten. Mit dem aktiven Leben lebender Organismen kommt es zur Mineralisierung organischer Rückstände und zur Verwitterung von Gesteinen. Bakterien, Pilze, Blaualgen und Flechten können hartes Gestein abbauen, indem sie Kohlen-, Salpeter- und Schwefelsäure freisetzen. Ätzende Verbindungen setzen auch Baumwurzeln frei. Es gibt Bakterien, die sogar Glas und Gold zerstören können.
Transportfunktion
In Anbetracht der Struktur undFunktionen der Biosphäre darf man den Stoffaustausch der Materie nicht aus den Augen verlieren. Ein Baum hebt Wasser aus der Erde in die Atmosphäre, ein Maulwurf wirft die Erde hoch, ein Fisch schwimmt gegen die Strömung, ein Heuschreckenschwarm wandert – all dies ist Ausdruck der Transportfunktion der Biosphäre.
Lebende Materie kann enorme geologische Arbeit leisten, indem sie ein neues Bild der Biosphäre formt und aktiv an all ihren Prozessen teilnimmt.
Separat ist der Prozess der Bildung von Sedimentgesteinen zu erwähnen. Die erste Stufe dieses Prozesses ist die Verwitterung - die Zerstörung der oberen Schichten der Lithosphäre unter Einwirkung von Luft, Sonne, Wasser und Mikroorganismen. In das Gestein eindringende Pflanzenwurzeln können es zerstören. Das Wasser, das in die von den Wurzeln gebildeten Risse eindringt, löst sich auf und trägt die Substanz ab. Dies liegt an den korrosiven Bestandteilen der Anlage. Flechten sind besonders reich an organischen Säuren. Somit tritt neben der chemischen Verwitterung auch die physikalische Verwitterung auf.
Durch das Absterben von Planktonorganismen werden jährlich bis zu 100 Millionen Tonnen Kalkstein auf dem Grund der Weltmeere abgelagert. Viele davon sind chemischen Ursprungs, liegen beispielsweise im Kontaktbereich zwischen saurem und alkalischem Grundwasser. Mit dem Absterben einzelliger Algen und Radiolarien bilden sich siliziumh altige Schlicke, die hunderttausende km2 des Meeresbodens bedecken.
Bodenbildende Funktion
Die Eigenschaften und Struktur der Biosphäre sind so umfassend, dass alle ihre Funktionen eng miteinander verbunden sind. Die Bodenbildung ist also einer der Zweige des Stoffaustauschesund Umweltbildung, wird aber aufgrund seiner Bedeutung gesondert betrachtet. Bei der Zerstörung und Weiterverarbeitung von Gestein durch Mikroorganismen entsteht eine lockere, fruchtbare Hülle der Erde, genannt Erde. Die Wurzeln großer Pflanzen ziehen mineralische Elemente aus tiefen Horizonten, reichern damit die oberen Bodenschichten an und steigern deren Fruchtbarkeit. Der Boden erhält organische Verbindungen aus den abgestorbenen Wurzeln und Stängeln von Pflanzen sowie den Exkrementen und Kadavern von Tieren. Diese Verbindungen sind Nahrung für Bodenorganismen, die organische Stoffe mineralisieren und Kohlendioxid, organische Säuren und Ammoniak produzieren.
Wirbellose Tiere, Insekten sowie deren Larven spielen die wichtigste strukturbildende Rolle. Sie machen den Boden locker und für Pflanzen geeignet. Wirbeltiere (Maulwürfe, Spitzmäuse und andere) lockern die Erde und tragen zum erfolgreichen Wachstum von Sträuchern bei. Nachts dringt gekühlte Druckluft in den Boden ein, die für die Atmung von Wurzeln und Mikroorganismen notwendig ist.
So eine erstaunliche Struktur der Biosphäre.
