Образование биосферы и её строение

При освоении этой темы необходимо иметь в виду, что у Вселенной есть история — величайшее открытие XX в. [28]. Зем­ля входит в Солнечную систему, которая в свою очередь является составной частью Вселенной, а та — частью космоса.

На Земле, как одной из планет Солнечной системы, возник­шей примерно 4,5 млрд лет тому назад, условия, пригодные для зарождения и развития жизни, создавались естественно. Такие условия существуют объективно в части природной среды, кото­рая называется биосферой. Этот термин и его понятие получили широкое применение в различных науках — биологической, гео­логической, технической, философской и социально-экономи­ческой. Основоположниками теории о биосфере были француз­ский биолог Жан Ламарк (1802), австрийский геолог Эдуард Зюсс (1875) и наш соотечественник Владимир Иванович Вернад­ский (1926).

В ходе изучения темы необходимо усвоить общее представ­ление о том, как менялись содержание понятия и представление о биосфере как объекте исследования, а также учение о биосфере как науке о геологическом теле, его строении и функциях.

Понятия и представления определяются особенностями взаимодействия Земли и космоса. Биосфера рассматривается как активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется в результате влияния солнечной энергии и длительного биохимического процесса. Её рассматри­вают как область распространения живого вещества, т.е. сферу жизни.

В биосферу входят:

· нижняя часть атмосферы (тропосфера и нижняя часть
стратосферы) высотой до 15...20 км, верхней границей которой
служит защитный озоновый слой;

· гидросфера на глубину 1...2 км;

· литосфера — верхняя часть оболочки Земли глубиной до
4,5 км.

В каждой составляющей биосферы присутствуют и проявля­ют свои действия живые организмы. Студенту в ходе самостоя­тельного изучения темы следует усвоить, что биосфера представ­ляется грандиозной равновесной системой с непрерывным круговоротом веществ и энергии, в котором активную роль иг­рают микроорганизмы. Развитие биосферы определяется космо­сом, откуда поступают на Землю огромные потоки внешней энергии. Доминирующим источником энергии для Земли явля­ется Солнце. В биосфере энергия трансформируется, расходует­ся и связывается. Накопителями энергии в биосфере служат ор­ганические вещества.

На Земле космическая энергия расходуется:

· на химические и физические процессы (тепловые, световые, шумовые, радиоактивные, электромагнитные и др.), проис­ходящие в биосфере;

· перемещение воздушных масс;

· испарение воды;

· выделение и поглощение газов;

· растворение веществ.

Биосферу условно делят на составные части — живую (био­ценоз) и неживую (геоценоз) природу. Науку, изучающую их взаимодействие, называют экологией. Систему взаимодействия живой и неживой природы называют биогеоценозом.

Основными компонентами биоценоза являются три груп­пы организмов: растения, животные и микробы. В соответст­вии с этим выделяют экосистемы леса, озёр, морей с их компо­нентами.

Основными компонентами геоценоза являются минераль­ные вещества.

В процессе взаимодействия в системах биоценоза, геоценоза и биогеоценоза вещества движутся от одного компонента к дру­гому, отражая общую закономерность круговорота веществ и энергии в природе.

Решающую роль в образовании биосферы играют автотрофные растения — единственная группа организмов, способная синтезировать органическое вещество из минерального.

В биосфере и во Вселенной существует два пути создания ор­ганического вещества:

· с использованием радиационной энергии (фотосинтез);

· жидкой энергии (хемосинтез).

При этом первый путь приводит к образованию в биосфере основного количества биомассы, а второй играет важнейшую роль в круговороте веществ и других процессах в биосфере.

В упрощённом виде процесс фотосинтеза представляется за­висимостью

6СО₂ + 6Н₂О + 672 ккал = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

В реальности процесс фотосинтеза представляется цепью бо­лее сложных реакций. Углеводы, образующиеся при фотосинтезе под влиянием солнечной энергии, из углекислого газа и воды превращаются в более сложные органические вещества - белки с выделением кислорода.

Коэффициент полезного действия (КПД) фотосинтеза на суше очень мал и составляет в среднем 0,3% [17], что объясняет малую концентрацию углекислого газа как в атмосфере, так и в гидросфере и сосредоточение его в литосфере.