Mapa de contorno da concha da biosfera da vida. Biosfera conceitos básicos sobre a estrutura da biosfera conceitos básicos sobre a estrutura da biosfera. A composição material da biosfera
Os limites da biosfera. A biosfera está localizada na interseção da parte superior da litosfera, a parte inferior da atmosfera e ocupa toda a hidrosfera. Limite superior (atmosfera): 15–20 km. Limite inferior (litosfera): 3,5–7,5 km. Limite inferior (hidrosfera): 10–11 km. Atmosfera (do grego ????? - vapor e ?????? - esfera) - a casca gasosa de um corpo celeste, mantida em torno dele pela gravidade. A litosfera (do grego ????? - pedra e ?????? - esfera) é a casca sólida da Terra. Hidrosfera (do grego Y??? - água e ?????? - bola) - a totalidade de todas as reservas de água da Terra.
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"Biosfera da Terra" - O limite inferior passa na profundidade onde os organismos deixam de ocorrer. No processo de evolução, uma concha especial foi formada na Terra - a biosfera. Os limites e a composição da biosfera. Por muito tempo um enigma para os cientistas era a questão da pureza da água do lago Baikal. O que é a biosfera? Algumas formas de vida sobreviveram até hoje.
"Aula da Biosfera" - Valeologização do processo educativo. Aula geral sobre o tema. Desenvolver habilidades de comunicação no trabalho; desenvolver cultura biológica. Ouça, adicione o que mais você sabe. Em vez de pontos, escolha as palavras apropriadas. 5ª etapa. Etapa 3 Preenchimento da tabela: As principais funções da matéria viva da biosfera.
"O Homem e a Biosfera" - A humanidade consome intensamente seres vivos e minerais Recursos naturais. Vamos cuidar da natureza, senão ela virá. Matéria viva - formada por uma combinação de organismos vivos que habitam a Terra. As primeiras tentativas foram feitas para domesticar animais e criar plantas. Y??? - Água e - bola) - a totalidade de todas as reservas de água da Terra.
"Circulação das substâncias na biosfera" - Participar no ciclo das substâncias. A formação das rochas. Vernadsky V. I. um dos fundadores da biogeoquímica. Mostrar o papel da circulação de substâncias na biosfera. Arroz. 3. Solos oceânicos ao microscópio. substâncias inorgânicas. V. V. Dokuchaev (1846 - 1903). O ciclo da água. Graças aos seres vivos, surgiram muitas rochas na Terra.
"A doutrina da biosfera de Vernadsky" - 1. O sol é uma fonte de energia. As principais disposições da teoria de V.I.Vernadsky: A doutrina da biosfera foi desenvolvida pelo cientista russo, acadêmico V.I.Vernadsky (1863 - 1945). A biogeocenose é uma unidade estrutural elementar da biosfera, e a própria biosfera é um sistema ecológico global - a ecosfera.
"Conceitos de ecossistema" - Mesoecossistema: lago, bosque, pântano, fazenda, campo. No processo de nutrição, os organismos estão interligados em uma determinada sequência. A comunidade de organismos vivos e o ambiente abiótico influenciam-se mutuamente. Um ecossistema é um sistema auto-reprodutor integral. As teias alimentares dentro de cada ecossistema têm uma estrutura bem definida.
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Biosfera (de bio e esfera) - uma área de vida ativa, cobrindo a parte inferior da atmosfera, a hidrosfera (um conjunto de corpos d'água o Globo) e a parte superior da litosfera (a esfera externa da Terra sólida, incluindo a crosta e parte do manto superior - o substrato). Na biosfera, os organismos vivos e seu habitat estão organicamente conectados, interagem entre si, formando um sistema dinâmico integral.
Como a biosfera está organizada? A biogeocenose, como ecossistema, é um elemento da biosfera, como um sistema, e está em relações hierárquicas complexas com ela, semelhantes à relação de um organismo e células de seus tecidos, essas relações têm vários níveis hierárquicos de organização (tecidos, órgãos, sistemas de órgãos, etc.).
Fig.5. camada da biosfera
A camada da biosfera (Fig. 5) atinge uma espessura de 12-17 km: um pouco menos na área terrestre e mais na área oceânica. Essa diferença, assim como a diferença no ambiente de vida nos continentes e nos oceanos, determina a divisão da biosfera em três grandes merosferas (grego. mero parte, compartilhar), dois dos quais são geobiosfera e hidrobiosfera (grego.gehyros - molhado). Parte integrante é o ar oceano, que também é biologicamente povoado, embora esporadicamente, principalmente por microorganismos que existem nas gotículas de água. Esta é a terceira merosfera, a aerobiosfera (gr. ar ).
As merobiosferas se dividem em camadas claramente rastreáveis com seus biontes (grego.biontos - organismo vivo). A aerobiosfera, habitada por aerobiontes, por sua vez, é dividida na tropobiosfera - os limites das partes inferiores da atmosfera (grego. tropos virar, mudar), incluindo a altura de manter temperaturas positivas e a altobiosfera (lat.alto - alto) a área acima desses limites, onde reina a geada eterna, mas a vida é possível devido à insolação solar. Essa camada é análoga à zona dourada em terra (veja abaixo). Na troposfera atmosférica, em seu limite vertical teórico (o limite entre a troposfera e a estratosfera), encontra-se a altobiosfera. Acima de seu corpo não é capaz de viver por causa da forte radiação ultravioleta.
Organismos e seus esporos chegam lá apenas por acaso. Esta parabiosfera (do grego.pára perto, em), ou a superbiosfera, estende-se no máximo 40 km acima da terra. Acima, onde os organismos vivos não caem mais, mas os nutrientes não são excluídos, está a apobiosfera (grego. apo sem). Este é o hábitat naves espaciais com seu mundo de bio-bagagem capturado da superfície da Terra. É chamado de artebiosfera (do lat. arte artificialmente).
Descendo pelas camadas da hidrosfera até as profundezas das águas, encontraremos uma clara diferença entre as substâncias vivas do Oceano Mundial, reservatórios continentais e riachos com águas estagnadas e correntes. É óbvio que a oceanobiosfera, ou marinobiosfera (lat. marinus- marinha), incluindo marinobiontes e aquabiosfera (lat.akwa - água) - as águas terrestres, incluindo organismos aquáticos, constituem sistemas naturais separados. Sua divisão vertical está associada ao fluxo de luz e calor. Mais próximo da superfície encontra-se uma fotobiosfera bem iluminada e melhor aquecida (grego: fotobiosfera). fotos - luz), abaixo da camada onde cai uma parte muito pequena dos raios solares, mas onde mais é possívelfotossíntese , realizada por microorganismos (disfotobiosfera - a esfera oposta à fotosfera). Finalmente, ainda mais profundo - escuridão e enorme pressão (a fotobiosfera do oceano e dos lagos mais profundos do mundo é uma esfera sem luz).
As águas terrestres são funcionalmente diferentes: reobiosfera (grego.reos fluxo) cursos de água e limnobiosfera (grego.limne- lago) reservatórios estagnados ou lagos. De acordo com a divisão dos lagos em água doce e salobra, a limnobiosfera pode ser dividida em dulcilimnobiosfera (de lat. dulcuo - água doce) e halolimnobiosfera (do grego.garotas - sal).
Acima da própria superfície da terra está a fitobiosfera - a área de crescimento das plantas - fitoambientes (grego.fiton plantar). A fitosfera, como a camada superior da fotosfera do Oceano Mundial, é a camada mais produtiva da biosfera. É chamado de filme ativo da vida. A parte da biosfera dentro da terra pode ser chamada de terrabiosfera, que inclui terrabiontes (de lat. terra - terra, terra).
As plantas escalam montanhas a uma altura de cerca de 5 km. Além disso, reina a geada eterna, mas a vida também brilha aqui. Alguns aracnídeos e microorganismos vivem aqui, alimentando-se de partículas de plantas, seu pólen e restos orgânicos trazidos de baixo. Como no cinturão vertical da altobiosfera, a energia da vida aqui é baseada na insolação solar direta. Esta é a zona eólica, ou eolobiosfera (Eol - grego. aiolos - na mitologia grega, o senhor dos ventos).
As raízes das plantas vão para o solo, e compõe a pedobiosfera (do grego.pedon- o solo). A partir dessa camada limite entre a atmosfera e a litosfera com seus pedobiontes, começa a litobiosfera com seus litobiontes (grego. litos- pedra). Até o limite de oxigênio, ou seja, àquelas camadas da litosfera onde o ar atmosférico penetra (profundidade de um a vários quilômetros) encontra-se a hipoterrabiosfera (grego. hipopótamo - abaixo), ou seja esfera subterrânea, onde a vida se baseia no fluxo de nutrientes (organismos) provenientes da fitosfera, e na produção de organismos - quimiossintéticos. A vida mais profunda é muito rarefeita e, basicamente, os organismos podem viver apenas em águas profundas e subterrâneas. Respiração aeróbica (gr. ar - ar) devido à falta de oxigênio é excluído aqui, este é o reino dos anaeróbios (anaeróbios) que compõem a telurobiosfera (lat. nos digam - Terra). Dentro da hipoterrobiosfera, existem muitos habitats de seres vivos em lençóis freáticos ah: reservatórios de cavernas e águas de formação. Esses organismos são chamados de estigobiontes ou troglobiontes (do grego Styx - o rio mitológico do submundo; e do grego. troglese - caverna). Os organismos vivem nessas águas principalmente devido ao fluxo de nutrientes da superfície da terra. Eles carecem de bioprodutos locais e, portanto, dependem de correntes de água subterrâneo.
Mais profundamente sob a telurobiosfera está uma camada onde os organismos entram por acidente e muitas vezes contra a sua vontade. Esta é a hipobiosfera (“subbiosfera”) - um análogo da parabiosfera na atmosfera. Ainda mais fundo, em profundidades de 5 a 6 km, reina um calor insuportável para viver e uma pressão incrível das rochas. Aqui começa a camada da metabiosfera, onde ainda se traçam rochas biogênicas, mas não há vida como tal (grego. meta - depois, para). Finalmente, a abiosfera é ainda mais profunda (grego a +BIOS - não-vida), onde nenhum impacto de vida é sentido - tudo é apagado pelos processos profundos da litosfera.
Até que ponto a vida penetra nas profundezas do planeta ainda não está totalmente claro: em poços, a uma profundidade de até 4 km, foram encontrados microorganismos e restos microbiológicos - até 7 km. Com o aumento da pressão, a água não ferve em temperaturas de 100°C e acima. Assim, em “fumantes negros” - saídas de água termal no fundo do oceano - a uma profundidade de 3 km a uma pressão de cerca de 300 atmosferas, existe vida a uma temperatura de 250 ° C. Água líquida superaquecida na litosfera foi encontrada em profundidades de até 10,5 km. Teoricamente, poderia haver algo vivo aqui. Mas a mais de 25 km, segundo os cálculos, deveria haver uma temperatura crítica de 460 ° C, na qual, em condições de qualquer pressão ambiental, a água inevitavelmente se transforma em vapor e, portanto, a vida é impossível.
Se a área do habitat moderno dos organismos vivos tem uma extensão vertical de 12 a 17 km, então a esfera de entrada acidental de organismos e rochas biogênicas sedimentares (megabiosfera - "grande" biosfera) ocupa uma camada de aproximadamente 50 km do fundo limites da parabiosfera (grego. pára - próximo) às suas bordas inferiores - a metabiosfera (grego.meta - depois). Juntamente com a artebiosfera (lat.arte - artificialmente) todo o espaço de penetração da vida é chamado de panbiosfera (prefixo grego pan com o significado: cobrindo tudo).
As áreas da biosfera na Terra podem ser consideradas no processo de suas mudanças à medida que a vida na Terra evolui, ou seja, considere a cronobiosfera (gr. cronos - tempo). No processo de evolução, a biosfera da Terra expandiu-se continuamente, cobrindo esferas terrestres cada vez mais amplas e até deixando-as, por exemplo, como resultado do pouso de pessoas na lua. Segundo a hipótese mais comum, a vida surgiu e começou a se espalhar apenas no oceano primário (possivelmente na litosfera), depois povoou as águas dos rios e reservatórios continentais e surgiu em terra. Talvez, simultaneamente com o assentamento no oceano, os vivos tenham aparecido na litosfera, primeiro onde o elemento água e o firmamento da terra se encontram, e depois em todos os lugares. Finalmente, as criaturas microscópicas começaram a dominar o ambiente mais inóspito da atmosfera: gotas de água (névoa) e depois partículas de matéria sólida (aerossol) nela.
Todo o campo da vida não pode deixar de ter uma estrutura horizontal, uma divisão funcional nas extensões da Terra. Isso, claro, não é uma divisão em planos, porque todos os ecossistemas do planeta são formações volumétricas que têm três dimensões, mas a propagação da vida e sua mudança ocorrem verticalmente e horizontalmente nos espaços terrestres. Isso foi assimilado pela humanidade bastante antiga, pessoas vagando, como animais, em busca de comida abundante.
Primeiro, ao nível do conhecimento prático e depois científico, percebeu-se que o mundo vivo muda com o avanço do equador para os pólos de sul para norte ou vice-versa de norte para sul. Com base nisso, cientistas, principalmente geógrafos, propuseram muitos esquemas para dividir a face do planeta. Voltaremos a essas divisões geográficas mais tarde, quando falarmos sobre o mosaico da vida, e agora tentaremos percorrer os degraus da escada de organização dos sistemas ecológicos - “cubos” da construção da biosfera da Terra.
Aqui, olhando para frente, é necessário determinar que por ecossistema, que é um subsistema da biogecenose (biosfera), entendemos um todo funcional, constituído por organismos que estão em estreita unidade e seu habitat. Ao mesmo tempo, a quantidade e qualidade de energia, gases, água, substrato sólido ou líquido e organismos que habitam o ecossistema, devido a laços estreitos dentro dele, diferem acentuadamente dos mesmos indicadores no ecossistema vizinho. Um ecossistema, se não visivelmente, morfologicamente, então funcionalmente separado do vizinho. Normalmente, os limites entre os ecossistemas são compostos por faixas de transição mais ou menos largas.
A esfera da vida com os microorganismos, fungos, plantas e animais que a habitam é semelhante, como um sistema, a um organismo constituído por células, tecidos, órgãos. E, como no corpo, quanto maior a formação, mais claros seus limites. Não dá para confundir o fígado com o coração, mas no nível celular essa diferenciação é menor: as células musculares (tecidos) em diferentes órgãos são semelhantes. Embora em uma certa ordem, células de gordura, tecido conjuntivo, músculos lisos, músculos estriados, etc. ainda estão intercalados.
O organismo é relativamente fácil de ver, mas a biosfera é enorme, não dá para ver com um único olhar, só do alto de um voo espacial. Mas não há muito o que ver de lá. Você tem que cortar mentalmente a “torta” do enorme “superorganismo” da biosfera, que consiste na matéria viva e seu habitat. E não é fácil fazer isso ao longo dos limites naturais.
Como já mencionado, esses limites são funcionais e nem sempre visíveis a olho nu. Em muitos lugares, eles são apagados pela atividade humana e, por natureza, são difusos: a natureza quase não tolera bordas duras. Terra, água e ambiente aéreo não passam suavemente um para o outro, mas seus habitantes: anfíbios, plantas, animais, organismos voadores - “violam” esses limites. A clareza dos limites da mata e sua orla, via de regra, é característica de uma formação natural. A natureza aguda dos limites é devido ao impacto antrópico: cortar grama, pastar, pisotear, etc.
Alguns cientistas, chamando a atenção com razão para a unidade da cobertura viva da Terra, negam a existência de ecossistemas e sua hierarquia. Eles falam sobre contínuo (lat.contínuo - contínuo, contínuo) da vida, uma mudança gradual nas propriedades de sua manifestação. Este ponto de vista é correto e ao mesmo tempo absoluto demais. A vida é uma unidade funcional tanto de continuidade quanto de distinção. Por exemplo, cada indivíduo é independente, mas ao mesmo tempo está incluído em muitos grupos, sem os quais não pode existir nem dar descendência.
As dificuldades de estruturar a vida são grandes, mas vamos tentar juntar os "cubos" da biosfera no lugar mais simples e bem estudado, em terra.
Abeto e floresta de pinheiros, tílias e carvalhais, se forem compostos pelas mesmas espécies florestais, o prado e a clivagem florestal adjacente a ele são fáceis de distinguir entre si. Estes são ecossistemas elementares, “células” da biosfera em terra, biogeocenoses.
O lago, o prado ao seu redor e os bosques que os cercam são uma combinação comum de biogeocenoses na planície da Sibéria Ocidental. Ou prados próximos, arbustos e, em alguns lugares, florestas de abetos no vale do rio estão associados à água, sua atividade. Essa unidade aparente pode ser chamada biocomplexo .
Se você navegar grande Rio, por exemplo, ao longo do Volga, Yenisei ou Amur, pode-se notar que os tipos de salgueiros que compõem os arbustos costeiros estão mudando, os prados estão se tornando diferentes. E para isso não é necessário passar da zona da floresta para as estepes ou tundra, as mudanças ocorrem dentro dos limites de uma zona paisagística das florestas. As florestas de Meshchera ou Polissya diferem das florestas do curso superior do Volga. Os biocomplexos aqui são diferentes, embora aparentemente semelhantes e no agregado constituem formações individuais. Em geografia, esses subsistemas naturais homogêneos são chamados paisagens , na ciência da biosfera são chamadosbiolocus (lat.localis - local, local, referido a um lugar específico).
A taiga do norte é claramente diferente da do sul e ainda mais das florestas tropicais. Portanto, eles dizem: bioma de florestas de coníferas (norte), bioma Florestas decíduas etc. Cada bioma consiste em muitos biolocuses, e um grupo de biomas compõe uma biozona, ou cinto natural florestas, pastagens, desertos.
biozonas de estepe sul da Rússia e a Ucrânia são claramente diferentes das biozonas das estepes da América do Norte, as florestas do Canadá não podem ser confundidas com as da Sibéria. Tanto as estepes quanto as florestas foram formadas de forma semelhante condições naturais, mas distantes uns dos outros, e sua história evolutiva foi diferente. Estepes e florestas coexistiam em cada lugar à sua maneira. Vamos chamar essas formações históricas naturais de biorbis ou bioorbis (lat. orbis- área de distribuição).
A vida na Austrália, América do Sul, norte da Eurásia e nas partes sul-africanas e sul-asiáticas da terra tem um destino evolutivo especial e composição espacial.
Todo o vasto edifício da biosfera é uma grande casa, às vezes densa, às vezes raramente, mas em todos os lugares permeada de vida. E nem esta casa, nem seus habitantes, nem todo o mundo vivo da Terra e do espaço podem ter alguns padrões gerais de construção. D.I. Mendeleev tinha certeza de que elementos químicos- não uma pilha caótica e, portanto, abriu a tabela periódica dos elementos. O grande geneticista e geógrafo N.I. Vavilov procurou e encontrou padrões periódicos na evolução das espécies. Deve haver algum tipo de regularidade sistêmica na construção do mundo em geral e da biosfera (Fig. 6) em particular.
O mundo material é um, suas partículas elementares: elétrons, pósitrons, etc. - compõem um átomo, os átomos formam moléculas, que, por sua vez, formam agregados, dando em sua totalidade dois tipos de substâncias - inanimadas e vivas ("matéria viva" - a expressão de V.I. Vernadsky). A matéria viva, como a matéria inanimada, é estruturada. As menores estruturas de um ser vivo, consistindo de moléculas, são organelas.
Esses, por sua vez, formam as células, a célula forma os tecidos e os tecidos formam os sistemas de órgãos.
Fig.6. Estrutura hierárquica da biosfera
Além disso, a forma de construir os vivos diverge: um ramo - para a formação de um indivíduo completo - o descendente genético de seus ancestrais, o outro - para o surgimento de um novo indivíduo. Um indivíduo não é mais apenas um indivíduo, como um conjunto de órgãos e seus sistemas, ele também inclui companheiros inseparáveis do indivíduo, por exemplo, microorganismos que vivem nos intestinos. Indivíduos de algumas espécies, como cupins, não podem existir sem seus companheiros. Sem a atividade dos microorganismos intestinais, eles não digerem os alimentos. E a continuação do gênero em organismos superiores é impossível sem o encontro de indivíduos de sexos diferentes que compõem a “família” pelo menos durante o período de fertilização. Esse grupo de organismos (“família”) vive como parte de um grande acúmulo de indivíduos de sua própria espécie, ou seja, em uma parcela populacional (parte de uma população) e constitui um conjunto de indivíduos que são semelhantes em termos de requisitos ambientais e sua composição genética, ou seja, população . Cada população entra simultaneamente em duas estruturas: na pirâmide ecológica: herbívoros se alimentam de plantas, predadores se alimentam de herbívoros, etc.; e ao mesmo tempo em um grupo de populações ecologicamente semelhantes que formam uma comunidade biótica, por exemplo, ostras em um pote de ostras ou cereais em um prado. Juntamente com seus companheiros constantes: microorganismos, insetos, fungos - tais comunidades se encontram tanto “horizontalmente” - sinúsia , por exemplo, a sinúsia de musgos na floresta, e simultaneamente “ao longo da vertical”, por toda a espessura da camada de vida no ambiente habitado - consórcios. A adição de sinúsia, como árvores, arbustos, gramíneas, musgos e seus consórcios dá o novo tipo parcelas, biogeocenoticas.
Por um lado, estes são os ancestrais funcionaisbiocenoses , como comunidades de organismos que realizam todo o ciclo de transformação da matéria no fluxo de energia: desde a assimilação de elementos químicos e substâncias inorgânicas simples pelas plantas até a decomposição de moléculas orgânicas complexas novamente nos componentes minerais mais simples. Por outro lado, eles, juntamente com os fatores ambientais, dão origem às biogeocenoses, que, por sua vez, compõem os biocomplexos e assim sucessivamente na hierarquia.
O sistema do mundo, apresentado na Tabela 1, se encaixa em todas as regularidades descobertas pelo homem, incluindo generalizações como o sistema periódico de elementos de D.I. Mendeleev. Em alguns sistemas, vemos esquemas muito ramificados, em outros - relativamente simples, mas sempre conterão alguma repetição de estruturas em sua hierarquia, a natureza não é tão perdulária a ponto de criar algo fundamentalmente novo a cada vez. Pode haver educação única, única no mundo conhecido, mas teoricamente isso é improvável. Muito provavelmente, a biosfera da Terra é, por assim dizer, repetida no Universo infinito.
É difícil imaginar se a humanidade algum dia reconhecerá um sistema periódico de planetas habitados no espaço sem limites, mas tal sistema é muito provável.
Tchau sistemas periódicos pouco foi desenvolvido para os elementos - este é o sistema de D.I. Mendeleev. Para populações que compõem espécies e outras categorias sistemáticas, N.I. Vavilov propôs um análogo - a lei dos gêneros homológicos e da variabilidade hereditária, segundo a qual espécies, gêneros, famílias, etc. eles têm genes homólogos e ordens de genes em cromossomos, cuja similaridade é tanto mais completa quanto mais próximos evolutivamente os táxons (um táxon é um grupo de objetos relacionados por propriedades e características comuns). Homologia de genes (homologia - gr. homologia- a semelhança de órgãos com um plano estrutural comum) em espécies relacionadas se manifesta na semelhança da série de sua variabilidade hereditária.
A.A. Grigoriev e M.I. Budyko formularamlei de zoneamento geográfico , segundo o qual, com a mudança dos cinturões naturais, se repetem periodicamente zonas de paisagem semelhantes e algumas de suas propriedades gerais. A lei periódica também inclui a lei dinâmica do ecossistema , que em seu desenvolvimento passam por fases fisiologicamente e funcionalmente semelhantes. Em geral, aparentemente, existe uma lei geral do sistema periódico e do sistema genético (lembre-se do curso de biologia geral da lei biogenética de E. Haeckel - F. Muller: ontogênese - o desenvolvimento individual de um organismo - é um breve e rápida repetição da filogênese - o desenvolvimento evolutivo de uma espécie): todo o conjunto de sistemas do mundo é construído de acordo com o princípio periódico, e cada um deles no desenvolvimento individual repete brevemente e de forma modificada uma série de evoluções de seus predecessores.
O sistema de sistemas fornece amplo escopo para pesquisas futuras. Também é necessário desenvolver novas leis de periodicidade para a maioria das estruturas indicadas na tabela acima. Em seguida, nos voltamos para o desenvolvimento da humanidade em sua unidade com o meio ambiente, toda a biosfera da Terra.
A maior generalização no complexo das ciências da terra (geologia, geografia, geoquímica, biologia) foi a doutrina da biosfera, criada pelo cientista russo V. I. Vernadsky. Começando seu atividade científica(como geólogo) com o estudo das rochas sedimentares crosta da terrra, V. I. Vernadsky revelou o enorme papel dos organismos vivos nos complexos processos geoquímicos de nosso planeta. Em 1926, seu livro Biosfera foi publicado. Este trabalho analisa profundamente as relações complexas de organismos vivos e natureza inanimada Terra. Seu trabalho estava um pouco à frente de seu tempo. Apenas na segunda metade do século XX, no contexto de uma exacerbação problemas ambientais, sua doutrina da biosfera tornou-se difundida.
Um elemento importante do ensinamento de V. I. Vernadsky sobre a biosfera é a ideia da estreita dependência da biosfera da atividade humana e sua preservação como resultado de uma atitude razoável do homem em relação à natureza. O cientista escreveu:
A humanidade tomada como um todo torna-se uma poderosa força geológica. Diante dele, diante de seu pensamento e obra, está a questão da reestruturação da biosfera no interesse da humanidade de pensamento livre como um todo. Esse novo estado da biosfera, do qual nos aproximamos sem perceber, é a noosfera. 1
Atualmente, a doutrina da biosfera é a parte mais importante da ecologia, diretamente relacionada aos problemas de regulação da interação entre o homem e a natureza.
Pela primeira vez o termo "biosfera" foi usado por J. B. Lamarck em início do XIX v. Mais tarde, foi mencionado no trabalho do geólogo austríaco E. Suess em 1875. No entanto, esse conceito não foi desenvolvido em detalhes por esses cientistas, mas foi usado casualmente para designar a área da vida na Terra. Somente nas obras de V. I. Vernadsky é analisado detalhadamente e com cuidado, e é entendido como a “concha da vida” em nosso planeta.
biosfera chamar a totalidade de todos os organismos vivos do nosso planeta e aquelas áreas das conchas geológicas da Terra que são habitadas por seres vivos e foram submetidas a história geológica seu impacto.
Os limites da biosfera. Os organismos vivos estão distribuídos de forma desigual nas camadas geológicas da Terra: litosfera, hidrosfera e atmosfera(Figura 1). Portanto, a biosfera agora inclui a parte superior da litosfera, toda a hidrosfera e a parte inferior da atmosfera.
Arroz. 1.A área de distribuição de organismos na biosfera:1 - o nível da camada de ozônio, retardando fortemente radiação ultravioleta; 2 - borda de neve; 3 - solo; 4 - animais que vivem em cavernas; 5 - bactérias no óleo poços
A litosfera é a camada sólida mais externa da Terra. Sua espessura varia entre 50-200 km. A distribuição da vida nele é limitada e diminui drasticamente com a profundidade. A grande maioria das espécies está concentrada na camada superior, que tem várias dezenas de centímetros de espessura. Algumas espécies penetram a uma profundidade de vários metros ou dezenas de metros (animais escavadores - toupeiras, vermes; bactérias; raízes de plantas). A maior profundidade em que alguns tipos de bactérias foram encontrados é de 3 a 4 km (em águas subterrâneas e horizontes com óleo). A propagação da vida nas profundezas da litosfera é impedida vários fatores. A penetração das plantas é impossível devido à falta de luz. Para todas as formas de vida, a densidade do meio e a temperatura, que aumentam com a profundidade, também servem como obstáculos significativos. Em média, o aumento de temperatura é de cerca de 3 ° C a cada 100 m. Por isso limite inferior A propagação da vida na litosfera é considerada como sendo de três quilômetros de profundidade (onde a temperatura atinge cerca de +100 °C).
Hidrosfera- a concha de água da Terra, é uma coleção de oceanos, mares, lagos e rios. Ao contrário da litosfera e da atmosfera, ela é completamente dominada por organismos vivos. Mesmo no fundo do Oceano Mundial, a cerca de 12 km de profundidade, foram encontrados vários tipos de seres vivos (animais, bactérias). No entanto, a maioria das espécies habita a hidrosfera dentro de 150-200 m da superfície. Isso se deve ao fato de que a luz penetra a tal profundidade. E conseqüentemente, nos horizontes inferiores, a existência de plantas e muitas espécies que dependem das plantas para nutrição é impossível. A propagação de organismos em grandes profundidades é assegurada pela constante "chuva" de excrementos, restos de organismos mortos caindo das camadas superiores, bem como pela predação. Os hidrobiontes vivem em água doce e salgada e são divididos em 3 grupos de acordo com seu habitat:
1) plâncton - organismos que vivem na superfície dos corpos d'água e se movem passivamente devido ao movimento da água;
2) nekton - movendo-se ativamente na coluna d'água;
3) bentos - organismos que vivem no fundo dos corpos d'água ou se enterram no lodo.
Atmosfera- a camada gasosa da Terra, que tem uma certa composição química: cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1% de argônio e 0,03% de dióxido de carbono. A biosfera inclui apenas as camadas mais baixas da atmosfera. A vida neles não pode existir sem conexão direta com a litosfera e a hidrosfera. Grande Plantas lenhosas atingem várias dezenas de metros de altura, colocando suas copas para cima. Animais voadores sobem centenas de metros - insetos, pássaros, os morcegos. Algumas espécies de aves de rapina se elevam de 3 a 5 km acima da superfície da Terra, procurando por suas presas. Finalmente subindo correntes de ar bactérias, esporos de plantas, fungos e sementes são carregados passivamente dezenas de quilômetros acima. No entanto, todos os organismos voadores listados ou bactérias introduzidas estão apenas temporariamente na atmosfera. Não há organismos vivendo permanentemente no ar.
O limite superior da biosfera é considerado a camada de ozônio, localizada a uma altitude de 30 a 50 km acima da superfície da Terra. Ele protege toda a vida em nosso planeta da poderosa radiação solar ultravioleta, absorvendo amplamente esses raios. Acima da camada de ozônio, a existência de vida é impossível.
Assim, a maior parte das espécies de organismos vivos concentra-se nos limites da atmosfera e litosfera, atmosfera e hidrosfera, formando uma relativamente "fina película de vida" na superfície do nosso planeta.
Estrutura e funcionamento da biosfera. Biosfera - Esse sistema ecológico global, constituído por muitos ecossistemas de categoria inferior, biogeocenoses, cuja interação entre si determina sua integridade. De fato, as biogeocenoses não existem isoladamente - existem conexões e relacionamentos diretos entre elas. Por exemplo, em biogeocenoses aquáticas, vento, chuva, água derretida são retirados ecossistemas terrestres matéria mineral e orgânica. Pode haver um movimento de organismos de uma biogeocenose para outra (por exemplo, migrações sazonais de animais). E, finalmente, todos estão unidos pela atmosfera da Terra, que serve como um reservatório comum para os seres vivos. Recebe oxigênio (liberado pelas plantas durante a fotossíntese) e dióxido de carbono (formado durante a respiração dos organismos aeróbicos). As plantas de todos os ecossistemas extraem dióxido de carbono da atmosfera, de que precisam no processo de fotossíntese, e todos os organismos respiratórios recebem oxigênio.
A existência da biosfera é baseada na circulação contínua de substâncias, cuja base energética é a luz solar (Fig. 2).
Arroz. 2.Esquema da ciclicidade biogeoquímica na biosfera. Na direitano diagrama, uma seção de solo lamacento-podzólico sob coníferas floresta
A circulação de substâncias na natureza entre matéria viva e não viva é uma das traços característicos biosfera. O ciclo biológico é a migração biogênica de átomos do ambiente para organismos e de organismos para ambiente. A biomassa também desempenha outras funções:
1) gás - troca gasosa constante com ambiente externo devido à respiração dos organismos vivos e à fotossíntese das plantas;
2) concentração - migração biogênica constante de átomos para organismos vivos e, após sua morte, para a natureza inanimada;
3) redox - troca de matéria e energia com o meio externo. Durante a dissimilação, as substâncias orgânicas são oxidadas, durante a assimilação, a energia do ATP é utilizada;
4) bioquímica - transformações químicas de substâncias que formam a base da vida do organismo.
Biosfera(do grego. BIOS- vida e esfaira- bola) - a concha da Terra, cuja composição, estrutura e propriedades são determinadas em um grau ou outro pelas atividades presentes ou passadas dos organismos vivos.
O termo "biosfera" foi usado pela primeira vez pelo geólogo austríaco E. Suess (1875), que o entendeu como uma fina película de vida na superfície terrestre, que determina em grande parte a "face da Terra". No entanto, o mérito de criar uma doutrina holística da biosfera pertence a V.I. Vernadsky, pois foi ele quem desenvolveu a ideia da matéria viva como uma enorme força geológica (biogeoquímica) que transforma seu habitat. Grande influência em V.I. Vernadsky foi prestado por V.V. Dokuchaev sobre o solo como um corpo histórico-natural. Fundamentos da doutrina da biosfera, estabelecidos por V.I. Vernadsky em 1926 no livro "Biosfera" e desenvolvido por ele até o fim de sua vida, conservam sua importância na ciência moderna.
A biosfera tem certos limites. Ocupa a parte inferior da atmosfera, as camadas superiores da litosfera e toda a hidrosfera. Os limites da biosfera são amplamente condicionais.
A biosfera como um local de habitat moderno de organismos, juntamente com os próprios organismos, pode ser dividida em três subesferas (Fig. 46): geobiosfera - parte do topo litosfera habitada por geobiontes; hidrobiosfera - hidrosfera sem águas subterrâneas habitadas por hidrobiontes; aerobiosfera- a parte inferior da atmosfera habitada por aerobiontes.
Geobiosfera compreende terrabiosfera(com terrabiontes) - superfície terrestre, e litobiosfera(com litobiontes) - camadas profundas da crosta terrestre. A terrabiosfera é dividida em fitosfera- o espaço do solo até as copas das árvores (0-150 m) e pedosfera(com pedobiontes) - cobertura do solo (até 2-3 m), geralmente aqui
Arroz. 46. A estrutura da biosfera (de acordo com N.F. Reimers, 1990, com alterações) inclui toda a crosta intemperizada. A litobiosfera (até 2-3, máximo até 6 km) inclui hipoterrabiosfera(subterrabiosfera) - uma camada onde a vida dos aeróbios é possível (até 1-1,5 km), seu limite inferior coincide com o limite inferior da troposfera subterrânea (solo e ar do subsolo) e telurobiosfera(biosfera profunda) - uma camada onde os anaeróbios podem viver (até 2-3, no máximo até 6 km). Os organismos vivos na espessura da litobiosfera vivem principalmente nos poros das rochas preenchidas com águas subterrâneas.
hidrobiosfera inclui marinobiosfera ou oceanobiosfera(com marinobiontes) - mares e oceanos, e aquabiosfera(com animais aquáticos) - continental, principalmente água fresca, que, por sua vez, é dividida em liman-aqua-biosfera - águas continentais estagnadas - e reo-aqua-biosfera - águas continentais correntes. Além disso, a hidrobiosfera é dividida em camadas, principalmente relacionadas à intensidade da luz: foto(bio)esfera- camada relativamente iluminada (até 150-200 m), disfoto(bio)esfera- sempre camada crepuscular - penetra até 1% da insolação solar (de 200 m a 1,5-2 km), afoto(bio)esfera- uma camada de escuridão absoluta, onde a fotossíntese é impossível (mais profunda que 1,5-2 km).
Aerobiosfera compreende tropobiosfera(com tropobiontes) - uma camada das copas das árvores até a altura da localização mais frequente das nuvens cúmulos (até 5-6 km), constantemente habitada por organismos vivos, mais fina que a troposfera atmosférica e estratobiosfera(com estratobiontes), ou altobiosfera(com altobiontes) - uma camada (de 5-6 a 6-7 km), onde os microorganismos podem existir constantemente, principalmente na forma de esporos.
O fator limitante no desenvolvimento da vida na aerobiosfera é a presença de gotas de água e temperaturas positivas, bem como aerossóis sólidos subindo da superfície terrestre. Sobre altitudes elevadas nas montanhas (cerca de 6 km) existe uma parte de alta altitude da terrabiosfera - zona eólica. Aqui, a vida de plantas superiores e, em geral, organismos produtores não é mais possível, mas os ventos trazem matéria orgânica para cá de cinturões verticais inferiores e em temperaturas negativas do ar ainda há calor suficiente da insolação solar direta para a existência da vida. Este é o reino dos artrópodes e alguns microorganismos - eolobiontes. Outro fator limitante na penetração ascendente da vida é a forte radiação cósmica. A uma altitude de 22 a 24 km da superfície da Terra, é observada a concentração máxima de ozônio - tela de ozônio. O ozônio é formado a partir do oxigênio atmosférico pela ação de radiação solar(0 2 -» 0 3). A tela de ozônio reflete a radiação cósmica (gama e raios X) e parcialmente os raios ultravioleta que são prejudiciais aos organismos vivos.
Acima da aerobiosfera está localizado parabiosfera - camada (entre 6-7 e 60-80 km), onde a vida penetra apenas ocasionalmente e com pouca frequência, onde os organismos podem existir temporariamente, mas não podem viver e se reproduzir normalmente. Localizado ainda mais alto apobiosfera, ou “acima da biosfera” (acima de 60-80 km), onde os organismos vivos nunca sobem nem acidentalmente, mas as substâncias biogênicas são introduzidas em pequenas quantidades (seu limite superior é difícil de detectar).
A vida nos oceanos chega ao fundo. Organismos vivos são encontrados mesmo a mais de 11 km de profundidade, onde a temperatura da água é de cerca de 200 ° C, mas devido à alta pressão a água não ferve. Abaixo, nos basaltos, a vida dificilmente é possível.
A penetração da vida nas profundezas da litosfera é limitada temperaturas altas interior da Terra e a presença de umidade líquida. Nas profundezas da litosfera, existem dois limites teóricos para a propagação da vida - uma isoterma de 100 ° C, abaixo da qual, em condições normais pressão atmosférica a água ferve e as proteínas coagulam, e uma isoterma de 460 ° C, onde a qualquer pressão a água se transforma em vapor e a vida é fundamentalmente impossível (profundidade 25 km). Água líquida superaquecida foi encontrada na litosfera até profundidades de 10,5 km. O limite inferior da vida na litosfera, na verdade, não vai mais fundo do que 3-4, no máximo - 6-7 km em terra e não mais do que 1-2 km abaixo do fundo do oceano.
Abaixo da geobiosfera está hipobiosfera("subbiosfera" - um análogo da parabiosfera na atmosfera) - uma camada onde a vida penetra apenas por acaso e pode existir temporariamente aqui, mas não viver e se multiplicar. mentiras ainda mais baixas metabiosfera- uma camada de rochas biogênicas (transformadas pela vida), nas quais agora os organismos vivos não estão presentes (até 10-15 km). Falando figurativamente, estes são “vestígios de antigas biosferas”. Em sua parte inferior, os processos de metamorfismo das rochas apagam os sinais de vida. Abaixo da metabiosfera está abiosfera("nebiosfera") - camadas da litosfera que não são e nunca foram influenciadas por organismos vivos (mais de 10 a 15 km de profundidade).
Além disso, eles compartilham conceitos como eubiosfera, megabiosfera e panbiosfera. Eubiosfera (biosfera propriamente dita) - camada entre limite superior hipobiosfera e o limite inferior da parabiosfera. Esta é a área dos mais ativos vida moderna. Megabiosfera- a eubiosfera junto com a hipobiosfera e a metabiosfera profundamente e até a tela de ozônio, ou seja, a área do impacto presente e passado da vida. Panbiosfera - megabiosfera com artebiosfera
(o espaço da expansão humana no espaço próximo da Terra). Esta é a casca da Terra, transformada pela corrente e vida passada e atividade humana. A espessura vertical da eubiosfera na região oceânica da Terra atinge mais de 17 km, na região terrestre - 12 km. A espessura da megabiosfera é de 33 a 35 km.
Biosfera (do grego bios - vida, sphaira - esfera)- a casca do planeta Terra, na qual a vida está presente. O desenvolvimento do termo "biosfera" está associado ao geólogo inglês Eduard Suesse e ao cientista russo V. I. Vernadsky. A biosfera, juntamente com a litosfera, a hidrosfera e a atmosfera, formam as quatro principais conchas da Terra.
Origem do termo "biosfera"
O termo "biosfera" foi cunhado pela primeira vez pelo geólogo Eduard Suess em 1875 para se referir ao espaço na superfície da Terra onde existe vida. Uma definição mais completa do conceito de "biosfera" foi proposta por VI Vernadsky. Ele foi o primeiro a atribuir à vida o protagonismo da força transformadora do nosso planeta, levando em consideração a atividade vital dos organismos tanto no presente quanto no passado. Os geoquímicos revelam o termo "biosfera" como montante total organismos vivos (“biomassa” ou “biota”, como chamam os biólogos e ecologistas).
Os limites da biosfera
Cada parte do planeta, desde Gelo polar ao equador, habitada por organismos vivos. Avanços recentes em microbiologia mostraram que os microorganismos vivem profundamente abaixo da superfície da terra e talvez sua biomassa total exceda a biomassa de todo o animal e flora na superfície da terra.
Atualmente, os limites reais da biosfera não podem ser medidos. Normalmente, a maioria das espécies de aves voa em altitudes de 650 a 1.800 metros, e peixes foram encontrados a uma profundidade de 8.372 metros na fossa oceânica de Porto Rico. Mas também existem exemplos mais extremos de vida no planeta. O abutre africano, ou abutre de Rüppel, foi visto a uma altitude de mais de 11.000 metros, os gansos da montanha geralmente migram a uma altitude de pelo menos 8.300 metros, os iaques selvagens vivem nas regiões montanhosas do Tibete a uma altitude de cerca de 3200 - 5400 metros acima do nível do mar e cabras da montanha vivem em altitudes de até 3.000 metros.
Organismos microscópicos são capazes de viver em mais condições extremas e se os levarmos em consideração, a espessura da biosfera é muito maior do que imaginávamos. Alguns microorganismos foram encontrados nas camadas superiores da atmosfera da Terra a uma altitude de 41 km. É improvável que os micróbios sejam ativos em tais altitudes, onde a temperatura e a pressão do ar são extremamente baixas e a radiação ultravioleta é muito intensa. Muito provavelmente, eles foram levados para a atmosfera superior por ventos ou erupções vulcânicas. Também formas de vida unicelulares foram encontradas na parte mais profunda Fossa das Marianas a uma profundidade de 11034 metros.
Apesar de todos os exemplos acima dos extremos da existência da vida, em geral, a camada da biosfera da Terra é tão fina que pode ser comparada à casca de uma maçã.
A estrutura da biosfera
A biosfera é organizada em estrutura hierárquica em que organismos individuais formam populações. Várias populações em interação constituem uma biocenose. Comunidades de organismos vivos (biocenose) que vivem em certos habitats físicos (biótopo) formam um ecossistema. - um grupo de animais, plantas e microorganismos interagindo entre si e com seu ambiente de forma a garantir sua existência. Portanto, o ecossistema é uma unidade funcional da sustentabilidade da vida na Terra.
Origem da biosfera
A biosfera existe há cerca de 3,5-3,7 bilhões de anos. As primeiras formas de vida foram procariontes - organismos vivos unicelulares que podiam viver sem oxigênio. Alguns procariotos desenvolveram um processo químico único que conhecemos como. Eles foram capazes de usar a luz do sol para produzir açúcar simples e oxigênio a partir da água e do dióxido de carbono. Esses microrganismos fotossintéticos eram tão numerosos que transformaram radicalmente a biosfera. Durante um longo período de tempo, formou-se uma atmosfera a partir de uma mistura de oxigênio e outros gases que poderiam sustentar uma nova vida.
A adição de oxigênio à biosfera permitiu o rápido desenvolvimento de formas de vida mais complexas. Milhões apareceram várias plantas, animais que comiam plantas e outros animais. evoluiu para decompor animais e plantas mortos.
Graças a isso, a biosfera deu um grande salto em seu desenvolvimento. Os restos decompostos de plantas e animais mortos foram liberados no solo e no oceano. nutrientes que são reabsorvidos pelas plantas. Essa troca de energia permitiu que a biosfera se tornasse um sistema autossustentável e autorregulado.
O papel da fotossíntese no desenvolvimento da vida
A biosfera é única em seu tipo. Até agora não houve fatos científicos confirmando a existência de vida em outras partes do universo. A vida na Terra existe graças ao Sol. Quando exposto à energia da luz solar, ocorre um processo chamado fotossíntese. Como resultado da fotossíntese, as plantas, alguns tipos de bactérias e protozoários, sob a influência da luz, convertem o dióxido de carbono em oxigênio e compostos orgânicos como o açúcar. A grande maioria das espécies animais, fúngicas, vegetais e bacterianas depende direta ou indiretamente da fotossíntese.
Fatores que afetam a biosfera
Existem muitos fatores que afetam a biosfera e nossa vida na Terra. Existem fatores globais, como a distância entre a Terra e o Sol. Se nosso planeta estivesse mais perto ou mais longe do Sol, a Terra seria muito quente ou fria para a origem da vida. Ângulo de inclinaçao eixo da terra também um fator importante que influencia o clima do planeta. Temporadas e sazonais das Alterações Climáticas são resultados diretos da inclinação da Terra.
Fatores locais também têm um impacto importante na biosfera. Se você olhar para uma determinada área da Terra, poderá ver a influência do clima, do clima diário, da erosão e da própria vida. Esses pequenos fatores estão constantemente mudando o espaço e os organismos vivos devem responder de acordo, adaptando-se aos habitats em mudança. Mesmo que as pessoas possam controlar maioria seu ambiente imediato, eles permanecem vulneráveis a desastres naturais.
O menor dos fatores que afetam a aparência da biosfera são as mudanças que ocorrem no nível molecular. As reações de oxidação e redução podem alterar a composição das rochas e matéria orgânica. Há também destruição biológica. Organismos minúsculos, como bactérias e fungos, são capazes de processar materiais orgânicos e inorgânicos.
reservas da biosfera
as pessoas jogam papel importante na manutenção da troca de energia da biosfera. Infelizmente, nosso impacto na biosfera costuma ser negativo. Por exemplo, o nível de oxigênio na atmosfera está diminuindo e o nível de dióxido de carbono está aumentando devido ao fato de que as pessoas queimam combustíveis fósseis excessivamente e as emissões de derramamentos de óleo Lixo industrial no oceano causam grandes danos à hidrosfera. O futuro da biosfera depende de como as pessoas irão interagir com outros seres vivos.
No início dos anos 1970, as Nações Unidas estabeleceram um projeto denominado "O Homem e a Biosfera" (MAB), que promove o desenvolvimento sustentável sustentável. Atualmente, existem centenas de reservas da biosfera em todo o mundo. Primeiro Reserva da biosfera foi estabelecida em Yangambi, República Democrática do Congo. Yangambi está localizado na fértil bacia do rio Congo e possui cerca de 32.000 espécies de árvores e animais, entre as quais existem espécies endêmicas como o elefante da floresta e o porco-do-mato. A Reserva da Biosfera de Yangambi apoia atividades importantes como a Agricultura, caça e presa.
biosferas extraterrestres
Até agora, a biosfera não foi descoberta fora da Terra. Portanto, a existência de biosferas extraterrestres permanece hipotética. Por um lado, muitos cientistas acreditam que a vida em outros planetas é improvável e, se existe em algum lugar, provavelmente na forma de microorganismos. Por outro lado, pode haver muitos análogos da Terra, mesmo em nossa galáxia - via Láctea. Dadas as limitações de nossa tecnologia, atualmente não se sabe qual porcentagem desses planetas é capaz de ter uma biosfera. Também é impossível excluir a opção de que biosferas artificiais sejam criadas pelo homem no futuro, por exemplo, em Marte.
A biosfera é um sistema muito frágil no qual cada organismo vivo é um elo importante em uma enorme cadeia de vida. Devemos perceber que o homem, como o mais ser consciente no planeta é responsável por preservar o milagre da vida em nosso planeta.