§32. Загальна характеристика біосфери. Планетарна роль живої речовини. Біогенні міграції речовин

Основні терміни і поняття: біосфера, літосфера, гідросфера, атмосфера, тропо­сфера, стратосфера, ноосфера, озоновий екран, жива речовина біосфери, біогенна та абіогенна міграція хімічних елементів, колообіг води, кисню, вуглецю, азоту у біосфері, вивітрювання гірських порід.

Довідка. Уявлення про те, що живі істоти нашої планети взаємодіють із довкіллям та змінюють його, ви­никло давно на підставі спостережень природних явищ. Сам термін «біосфера» запропонував у 1875 г. авст­рійський геолог Е. Зюсс у зв'язку з вивченням геологічних оболонок планети Земля. Однак він не розвинув уявлень про біосферу і не дав визначення терміна. Створив вчення про біосферу вчений-геохімік академік В.І.Вернадський (перший президент Української Академії Наук). В.І.Вернадський назвав біосферою ту оболонку Землі, у формуванні якої живі організми відігравали у минулому і відіграють за нашого часу основну роль («Біосфера», 1926 р.)

Межі біосфери

Протяжність зони біосфери у межах трьох оболонок Землі - літосфери, гідросфери та атмосфери - неоднакова.

Так, у літосфері область життя не опускається нижче 3 - 4 км.

Гідросфера цілком входить до біосфери. Живі організми населяють всю товщу Світово­го океану аж до максимальних її глибин.

В атмосфері, яка має потужність 3 тис. км, область біосфери охоплює лише нижній її шар - тропосферу.

151

Жива речовина біосфери

Жива речовина, за В.І. Вернадським, - сукупність усіх живих організмів планети на да­ний момент існування.

Властивості живої речовини

1. Жива речовина характеризується величезною енергією, яка міститься в ній і здат­на виробляти роботу.

2. швидкість перебігу хімічних реакцій у живій речовині завдяки участі ферментів у тисячі, а іноді в мільйони разів більше, ніж при виробництві речовин суто хімічними методами.

3. Індивідуальні хімічні сполуки, які входять до складу живої речовини (білки, нуклеї­нові кислоти тощо), стійкі тільки в живих організмах.

4. Живій речовині притаманна рухливість. Завдяки різним формам руху (розтіканню) жива речовина здатна заповнити собою увесь можливий простір («всюдність» життя). Цей процес В.І.Вернадський назвав тиском («напором») життя.

5. Жива речовина має значно більше морфологічне та хімічне різноманіття, ніж не­жива. Відомо більше 2 млн органічних речовин, що входять до складу живої речови­ни, тоді як кількість природних сполук (мінералів) складає лише близько 2 тис.

6. Жива речовина представлена у біосфері у вигляді окремих організмів (індивіду­умів), розміри яких коливаються від от 20 нм до 100 м у рослин (діапазон більше 10 ).

7. Індивідууми ніколи не знаходяться на Землі у вигляді окремих популяцій організ­мів одного виду, вони завжди входять до складу екосистем.

8. Жива речовина існує на Землі у формі безперервного чергування поколінь, що спри­яє її оновленню.

9. Жива речовина здатна до еволюційного процесу (спадковість та мінливість), завдяки якому відбувається порушення абсолютного копіювання попередніх поколінь. Ця здатність дозволяє живій речовині пристосуватися до зміни умов існування.

10. Жива речовина, на відміну від неживої, постійно виробляє роботу, виконує певну функцію. Так, 1г архейського граніту й дотепер залишається 1 г цієї самої речовини. Маса живої речовини, залишаючись 1 г протягом мільярдів років, існувала за допомо­ гою- зміни поколінь, і увесь цей час проводила геологічну роботу. Відповідно і маса ре­ човини, переробленої живими організмами, набагато перевищує їхню власну масу.

За участі живих організмів утворюються:

біогенні речовини (вугілля, нафта, торф, гумус, вапняк та інші речовини, породжені життям).

біокосні речовини

(майже вся вода біосфери, приземна ат­ мосфера, ґрунт та інша, перетворена жит­ тям нежива, тобто косна речовина).

Головні біохімічні функції живої речовини на планеті Земля

Енергетична функція	Проявляється у засвоєнні живою речовиною переважно сонячної енергії та передачі її по трофічному ланцюгу. В основі цієї функ­ції лежить фотосинтетична діяльність зелених рослин, які утво­рюють 98% всієї первинної продукції планети, що складає близь­ко 150 - 200 млрд т сухої органічної речовини на рік.
Газова функція	Здійснення енергетичної функції супроводжується виділенням та поглинанням кисню, диоксиду вуглецю та деяких інших газо­подібних сполук (метан, сірководень). Завдяки газовій функції сформувався сучасний склад атмосфери, який дуже відрізняєть­ся від такого у добіосферний період.
Концентраційна функція	Проявляється у вилученні та виборчому накопиченні живими ор­ганізмами хімічних елементів оточуючого середовища. В резуль­таті концентраційної діяльності організмів відбулося накопичення покладів корисних копалин. Вапняк, торф, кам'яне вугілля тощо -це концентрат кальцієвих та вуглецевих сполук у тілах відмерлих живих організмів.
Окислювально-відновна функція	Полягає у хімічному перетворенні речовин, які мстять атоми зі змінним ступенем окислення. Окислювально-відновні реакції лежать в основі будь-якого виду біологічного метаболізму.
Деструкційна функція	Обумовлює процес розкладення організмів після їхньої смерті до мінеральних сполук, які через автотрофну ланку знов втягу­ються у біологічний колообіг.

«На земній поверхні немає хімічної сили, яка б мала більшу постійну дію, а тому була б більш могутньою за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, узяті в цілому».

(В. І. Вернадський)

152

Колообіг речовин та потік енергії, у біосфері

Основу біологічного колообігу складають енергія Сонця та хлорофіл зелених рослин. Усі інші колообіги пов'язані з біологічним і сприяють йому. Біологічний колообіг речовин -основа нескінченності життя на планеті. У ході здійснення біологічного колообігу обмеже­ним запасам хімічних речовин надано властивість нескінченного, оскільки вони знаходяться у безперервному круговому обігу. Колообіг речовин у вигляді біогеохімічних циклів - необ­хідна умова існування на земній кулі екологічної системи планетарного масштабу - біо­сфери. Увесь колообіг речовин, що відбувається у масштабах біосферри, потік енергії, яка проходить через неї, зобов'язаний одному джерелу - Сонцю.

Вчення В.І. Вернадського про ноосферу

Еволяція ноосфери проходила у декілька етапів. Перший характеризувався виник­ненням біологічного колообігу речовин та біосфери, другий супроводжувався форму­ванням різноманітних багатоклітинних організмів та ускладненням форм життя. Ці два етапи називають біогенезом. Третій етап ноогенез - еволюція, керована людським ро­зумом, - пов'язаний з появою людського суспільства, діяльність якого стала «новим геологічним фактором», який суттєво змінив абіотичні та біотичні умови нашої планети, а звідси, спрямованість еволюції біосфери. Ту частину біосфери, на яку особливо впли­ває діяльність людини, називають ноосферою (сферою розуму).

Біосфера може функціонувати й без людини, але людина, знищивши біосферу, сама приречена на загибель. Тому основним завданням людини є необхідність навчитися взаємодіяти з природою, порівнювати свою діяльність з її можливостями.

Учнівська сторінка

1. Робота з біологічними термінами та поняттями. Заповніть таблицю. (8 балів)

Термін	Визначення терміна	Приклад застосування терміна
Літосфера (від грец. «lithos» - камінь + «sphaira» - куля)	)
Гідросфера (від грец. «hydor»- вода)
Атмосфера (від грец. «atmos» - повітря)
Тропосфера (від грец. «tropos» - поворот)	t
Стратосфера (від лат. «stratum» -настил)
Озоновий екран -озоносфера (від грец. nozon» - пахнучий)

153

2. Заповніть таблицю «Оболонки землі». (8 балів)
Оболонка Землі	Фактори, які обмежують поширення живих організмів
Літосфера
Гідросфера
Атмосфера

3. Користуючись малюнком, охарактеризуйте колообіг води у природі (див. також примітку). (10 балів)

Глибинне ___

^: накопичення''"^"''''

П римітка. Колообіг води -це замкнутий цикл, який може відбуватися і за відсут­ністю життя, але живі орга­нізми видозмінюють його.

4. Користуючись малюнком, охарактеризуйте колообіг вуглецю. (11 балів)

Спрощена схема колообігу вуглецю, яка показує проходження вуглецю через декілька екосистем. Переривчастими стрілками позначені процеси, в яких перетворення вуг­лецю відбувається повільніше, а безперервними - процеси, в яких вони відбуваються скоріше.

154

5. Користуючись малюнком, охарактеризуйте колообіг азоту. (11 балів)

Колообіг азоту. Азот - один з найважливіших компонен­тів білків та генетичного матеріалу живих організмів. Однак рослини не можуть використовувати азот у тій формі, в якій він найчастіше зустрічається, - у вигляді газоподібного азоту атмос­фери. Для того, щоб росли­ни могли засвоювати азот, він повинен бути спочатку зв'язаним, тобто переведе­ним в інші хімічні форми -аміак, амоній чи нітрати.

Азот проходить через всю живильну мережу і врешті решт потрапляє до редуцентів у вигляді мертвої органічної речовини і сечі. Деякі редуценти переводять цей азот в амо­ній, який можуть знову вживати рослини. Однак денітрифікуючі бактерії перетворюють амі­ак в атмосферний азот, недоступний для рослин.

6. Спробуйте розв'язати деякі проблеми.

а) Як ви розумієте вираз «Чим дрібніший організм, тим більша його роль у біо­ сфері»? (12 балів)

б) Еколог Лі Талбот сказав: «Ми не успадкували Землю від своїх батьків. Ми її по­ зичили у своїх дітей». Яке значення мають ці слова? Чи згодні ви з ними?(11 балів)

в) Розвиток сучасного сільського господарства і медицини дозволив значно осла­ бити дію на людину багатьох тисків добору. Ми навіть взмозі допомогти вижити і наро­ дити дітей людям зі спадковими та уродженими дефектами. Чи вільний зараз вид Лю­ дина розумна від тиску добору? Які фактори будуть визначати нашу подальшу еволю­ цію? (12 балів)

155

РОЗДІЛ 9. ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЧНОГО СВІТУ