4. Геохімічна робота живої речовини

Для того, щоб краще зрозуміти суть механізмів живої і неживої природи, слід з’ясувати, з яких речовин, крім живої, складається біосфера.

Функції живої речовини в біосфері (за в.І.Вернадським):

газова;

киснева;

окислювальна;

кальцієва;

відновлювальна;

концентраційна;

руйнування органічних речовин;

відновлювального розкладу;

метаболізму і дихання організмів.

Уся маса живої речовини, яка була на Землі хоча б протягом 1 млрд. років, вже перевищує масу земної кори. Біомаса Землі (в сухій речовині) становить 2,44*10 т, тобто, 0,00001% земної кори (2*10 т).

Якщо враховувати, що на земну поверхню щорічно надходить 21*10 кДж сонячної енергії, то на поверхню, покриту зеленою рослинністю і водоймищами з їх фітопланктоном, припадає лише близько 40%, або 8,4*10 кДж енергії. З урахуванням витрат сонячної енергії внаслідок відбивання та інших причин, а також енергетичного виходу фотосинтез не перевищує 2%. Загальна кількість енергії, яка запасається щороку у процесі фотосинтезу, виражається величиною порядку 20,9*10 кДж.

Усі рослинні і тваринні організми складаються з таких самих елементів, що і тіла неживої природи, але в іншому співвідношенні. В клітинах знайдено близько 90 елементів періодичної системи Д.І.Менделєєва, найбільше (98%) у клітинах гідрогену, оксигену, карбону і нітрогену. Вміст калію, натрію, кальцію, магнію, феруму, сульфуру, фосфору і хлору в клітинах складає десяті та соті частки відсотка, а цинку, купруму, йоду, флуору, брому, аргентуму – ще менше. Серед неорганічних речовин важливе значення мають вода, мінеральні солі, кислоти, основи. В організмі вода виконує транспортну, провідну функцію, є регулятором температури. Вода в клітині перебуває у вільному і зв’язаному стані. Завдяки зв’язаній воді клітина здатна витримувати низькі температури. Вільна вода є прекрасним розчинником, а більшість хімічних реакцій проходять тільки в розчинах. Вміст катіонів і аніонів у клітині відрізняється від їхньої концентрації в навколишньому середовищі і регулюється клітинною мембраною. При загибелі клітини концентрація речовин у середовищі та цитоплазмі вирівнюється. Органічні речовини становлять 20-30% маси клітини. До них належать білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, жири, жироподібні речовини, АТФ та ін.

5. Енергетичний баланс біосфери. Зміни енергетичного балансу, пов’язані з діяльністю людини

Енергія – це загальна кількісна міра руху та взаємодії усіх видів матерії. Відповідно до закону збереження енергії вона не зникає та не виникає з нічого, а тільки переходить з однієї форми в іншу.

Потік енергії на Земній кулі має три джерела:

кінетична енергія оберту Землі та її супутника Місяця як космічних тіл. Вона проявляється в морських припливах, енергія яких недоступна живим організмам, але може використовуватися людиною;

енергія земних надр, яка підтримується ядерним розпадом урану та торію. Ця енергія виділяється у формі геотермічного тепла. У вулканічних районах вона використовується для опалення оранжерей та басейнів;

сонячна енергія, на базі якої здійснюється життєдіяльність в автотрофних організмів.

На сонці енергія виникає в результаті ядерних перетворень. Головне з них – це перетворення водню в гелій через дейтерій.

Всю біосферу можна розцінювати як єдине природне утворення, що поглинає енергію з космічного простору та направляє її на внутрішню роботу. У біосфері енергія тільки переходить з однієї форми до іншої та розсіюється у вигляді тепла. Основними перетворювачами енергії в біосфері є живі організми. Вони перетворюють вільну променисту енергію в хімічно зв’язану, котра переходить від одних біосферних структур до інших.

При кожному переході частина енергії перетворюється в тепло та втрачається в навколишньому просторі. Рослини та земна поверхня в середньому на рік поглинають 5*10 кДж/м .

За рівнем надходження енергії в екосистемах їх поділяють на чотири групи:

• природні, якими рухає Сонце;

• природні, якими рухає Сонце та інші природні джерела;

• урухомлені Сонцем і субсидовані людиною;

• індустріально-міські, які утримуються паливом (добутим із корисних копалин, іншими органічними або ядерними).

Література /1.1, 1.2, 2.2, 2.3, 2.5/