1. Поняття, склад і структура біосфери
Біосфера - глобальна екологічна система планети, що включає в себе всі живі організми разом із середовищем їх проживання.
Біосфера являє собою сукупність частин земних оболонок (Літо-, гідро-і атмосфери), яка заселена живими організмами, перебуває під їхнім впливом і зайнята продуктами їх життєдіяльності.
У 20-і роки XX - го сторіччя вчення про біосферу було розвинене і перетворено видатним натуралістом академіком В.І. Вернадським. Він вперше підкреслив виняткову роль живих організмів в освіті біосфери. За його визначенням, біосфера - структурна оболонка Землі, створена самим життям, де не тільки живуть, але яка перетворена живими організмами і пов'язана з їх життєдіяльністю. Таким чином, біосфера - це й середовище життя, і результат життєдіяльності організмів.
Розміри б іосфери . За вченням В.І. Вернадського, біосфера - це область нашої планети, у якій існує або коли-небудь існувала життя і яка постійно піддається впливу живих організмів. Тому біосфера являє собою область існування не тільки сучасних екосистем, але і включає області, де знаходяться речовини, що виникли в результаті життєдіяльності живих організмів. Такі речовини називають біогенними. Майже весь кисень атмосфери має біогенне походження. Біогенними є також багато корисні копалини (нафта, вугілля, газ та ін.)
Завдяки такому підходу В.І. Вернадський істотно розширив межі біосфери, включивши в неї всю гідросферу (глибиною до 11 км), нижні шари атмосфери (до озонового шару, висотою 25-35 км), де зосереджений практично весь кисень, і частина літосфери до глибини залягання корисних копалин біогенного походження (8-10 м, рідше 3 км).
Структура біосфери. Біосфера має ієрархічну структуру. Традиційно в структурі біосфери виділяють атмосферу, гідросферу і літосферу. Атмосфера поділяється на шари в залежності від температури повітря: нижче 0 В° С-альтобіосфера, вище 0 "С - тропобіосфера. Гідросфера включає в себе океанобіосферу і аквабіосферу, тобто солоно-і прісноводну середу, і також ділиться на шари в залежності від освітленості: фото-, дісфото-й афотосфери. Гео (біо) сфера складається з террабіосфери (твердо-водної середовища) і літобіосфери (твердо-повітряної середовища). Виділені подсфери включають екосистеми різного ієрархічного рівня.
Склад біосфери включає 7 глибоко різнорідних частин:
1) жива речовина;
2) біогенну речовину:
3) відсталу речовину:
4) біокосні речовина;
5) речовина в радіоактивному розпаді:
6) речовина розсіяних атомів, не пов'язаних хімічними реакціями;
7) речовина космічного походження.
Жива речовина сукупність організмів на планеті (рослинний і тваринний світ, мікроорганізми).
Биогенное речовина - сукупність речовин, що виникли в результаті життєдіяльності організмів (торф, нафта, крейда, природний газ та ін.)
Відстала речовина - сукупність речовин, в утворенні яких живі організми участі не беруть, тобто гірські породи магматичного, неорганічного походження, вода,
Біокосна речовина - продукти розпаду і переробки гірських і осадових порід живими організмами (грунт, природні води).
2. Основні функції біосфери
Завдяки здатності трансформувати сонячну енергію в енергію хімічних зв'язків, рослини та інші організми виконують ряд фундаментальних біологічних функцій планетарного масштабу.
Газів ая функція . Живі істоти постійно обмінюються киснем і вуглекислим газом з навколишнім середовищем в процесах фотосинтезу і дихання. Рослини відіграли вирішальну роль у формуванні складу сучасної атмосфери. Вони строго контролюють концентрації кисню і вуглекислого газу, оптимальні для сучасної біоти.
Концентраційна функція . У процесі еволюції організми навчилися витягати з розбавленого водного розчину і інших компонентів природного середовища необхідні для них речовини, багаторазово збільшуючи їх концентрацію в своєму тілі.
Таким чином, пропускаючи через своє тіло великі об'єми повітря і природних розчинів, живі організми здійснюють біогенну міграцію і концентрування хімічних елементів та їх сполук.
Окислювально-відновна функція. Багато речовин в природі украй стійкі і не піддаються окисленню при звичайних умовах. Живі клітини мають настільки ефективним каталізатором - ферментами, що здатні здійснювати багато окислювально-відновні реакції в мільйони разів швидше, ніж це може відбуватися в абіотичним середовищі. Завдяки цьому живі організми істотно прискорюють процеси міграції хімічних елементів у біосфері.
Інформаційна функція . З появою перших живих істот на планеті з'явилася і активна ("жива") інформація, відмінна від тієї "мертвої" інформації, яка є простим відображенням структури. Організми виявилися здатними до отримання інформації шляхом з'єднання потоку енергії з активною молекулярною структурою, що відіграє роль програми. Здатність сприймати, зберігати та передавати молекулярну інформацію скоїла випереджальну еволюцію в природі і стала найважливішим екологічним системоутворюючим фактором.
Перераховані функції живого речовини утворюють потужну середовищеутворюючу функцію біосфери. Діяльність живих організмів зумовила сучасний склад атмосфери. Рослинний покрив істотно визначає водний баланс, розподіл вологи та кліматичні особливості великих просторів. Живі організми відіграють провідну роль у самоочищенні повітряного і водного середовищ. Завдяки рослинам, тваринам і мікроорганізмам створюється грунт і підтримується її родючість. Таким чином, біота біосфери формує і контролює стан навколишнього середовища.
Слід чітко уявляти, що навколишнє нас середу - це не виникла колись фіксована і неминуща фізична посаду, а живе дихання природи, кожну мить створюване роботою безлічі живих істот.
3. Біогеохімічні кругообіги речовин в біосфері
Кругообіг ве ществ - закономірний процес багаторазового участі речовин в явищах, що протікають у біосфері планети. Речовина, залучена до круговорот, не тільки переміщається, але і відчуває трансформацію і нерідко змінює своє фізичне та хімічне стану. Особливо активну роль у прискоренні кругообігу і трансформації відіграють живі організми.
Сонячна енергія на Землі викликає два види кругообігів речовин:
1) великий (біогеохімічний) - в межах біосфери;
2) малий (біотичний) - в межах елементарних екологічних систем.
Великий кругообіг речовин - Це невпинний планетарний процес закономірного циклічного, нерівномірного в часі і просторі перерозподілу речовини, енергії та інформації, багаторазово входять до безперервно оновлюються екологічні системи біосфери.
Малий кругообіг речовин розвивається на основі великого і полягає в кругової циркуляції речовин між грунтом, рослинами, мікроорганізмами і тваринами.
Обидва кругообігу взаємопов'язані і являють собою єдиний процес, який забезпечує відтворення живої речовини і робить активний вплив на вигляд біосфери.
На нашій планеті завжди існував геохімічний кругообіг речовин, але з появою життя на Землі геохімічні зв'язку стали біогеохімічними - більш складними і різноманітними. Тому говорять про біогеохімічному кругообігу речовин або біогеохімічному циклі.
Розрізняють три основні типи біогеохімічних кругообігів:
1) кругообіг води;
2) кругообіг елементів переважно в газовій фазі (Кисню, вуглецю, азоту та ін);
3) кругообіг елементів переважно в твердій і рідкій фазах (фосфору та ін.)
Круговорот вуглецю на суші починається з фіксації вуглекислого газу рослинами в процесі фотосинтезу.
З СО2 і НзО утворюються вуглев...