Вплив живих істот на склад біосфери

Всю сукупність організмів на планеті Земля В.І. Вернадський називав живою речовиною. Основними її характеристиками є сумарна біомаса, хімічний склад та енергія.

Енергія живої речовини біосфери насамперед проявляється у здатності організмів до розмноженя і поширення. Життя на нашій планеті має значну стійкість до змін інтенсивності різних екологічних факторів, що визначає межі біосфери. У стані анабіозу організми можуть витримувати значні коливання температури (від абсолютного нуля до +180 ^оС), тиску (від сотих часток атмосфери на значних висотах до 1000 атмосфер і більше на великих океанічних глибиних). Тож живих організмів немає лише в товщі льодовиків та у кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін із довкіллям. Унаслідок цього через організми проходять значна кількість хімічних елементів. Хоча до складу живих істот входять ті самі хімічні елементи, що й до неживих об’єктів, однак, як вам відомо, в живих істотах і неживій природі вони знаходяться в різних співвідношеннях.

Живим організмам для здійснення біохімічних процесів необхідні речовина та енергія, які вони дістають з навколишнього середовища, при цьому значно перетворюючи останнє. У результаті постійного і безперервного обміну з довкіллям, різні хімічні елементи надходять у живі істоти, можуть у них накопичуватись, виходячи з організму лише через певний час або зберігаючись у ньому протягом усього життя. Постійний колообіг речовин і потік енергії забезпечує функціонування біосфери як цілісної системи.

У процесі діяльності біосфери жива речовина (продуценти) здатна накопичувати сонячну світлову енергію, перетворюючи її в енергію хімічних зв’язків. Сумарна первинна продукція автотрофних організмів визначає біомасу біосфери в цілому. Учені підрахували, що завдяки фотоситезу щорічно жива речовина Землі продукує близько 160 млдр. тонн сухої органічної речовини, з якої приблизно 1/3 синтезується біогеоценозами Світового океану, а 2/3 – суходолу.

Саморегуляція в біосфері

Колообіг води. Вода є найпоширенішою хімічною сполукою в біосфері. Сукупні запаси води нашої планети, яке може перебувати у різних фізичних станах оцінюється в 1,5 млдр.км³. Вода вбирається організмами та включається в них у біохімічні процеси: реакції обміну, біосинтезу, гідролізу, фотолізу. Живі організми виділяють воду в навколишнє середовище з продуктами обміну речовин, у результаті дихання, випаровування. Вона становить середовище існування гідробіонтів. Гідросфера – історично перша оболонка Землі, де зявилось життя у вигляді прокаріотичних біоценозів.

Колообіг кисню. Кисень відіграє в біосфері унікальну роль. Завдяки процесам дихання, під час яких кисень поглинається, забезпечуються енергетичні потреби організмів. З іншого боку, молекулярний кисень та озон у надлишкових кількостях небезпечні для живої матерії, бо здатні окиснювати органічні сполуки клітини. Майже весь атмосферний кисень біогенного походження: він утворився внаслідок фотосинтезу зелених рослин та ціанобактерій. Частина молекулярного кисню під дією ультрафіолетових сонячних променів і електричних розрядів перетворюється на озон, з якого сформувався озоновий екран, що захищає поверхню Землі від шкідливих короткохвильових космічних випромінювань. Вміст кисню в нижніх шарах атмосфери становить близько 21% і знижується зі збільшенням висоти.

Колообіг вуглецю. Вуглець входить до складу всіх органічних сполук. Його сполуки постійно синтезуються, перетворюються і розкладаються живими організмами. Вуглець накрпичується в живих організмах у вигляді синтезованих органічних сполук, а також неорганічних солей вугільної кислоти, а поза ними – в органічних речовинах грунту, вуглекислому газі та різноманітних осадових породах. На кообіг вуглецю значно впливає господарська діяльність людини. Розвиток промисловості, спалювання значних запасів енергоносіїв зумовлює збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері. У свою чергу мосове вирубування лісів призводить до того, що рослинність Землі зв’язує меншу кількість атмосферного вуглекислого газу. Все це порушує рівновагу в обміні сполуками вуглецю між живою речовиною біосфери та оболонками Землі.

Колообіг азоту. Вміст вільного газоподібного азоту в атмосфері становить близько 79%. З атмосфери його частина надходить у воду та грунт у вигляді оксидів і в складні інших сполук, що утворюються під впливом космічних променів, грозових розрядів. Проте основна частина сполук азоту потрапляє у грунт і воду завдяки фіксації атмосферного азоту прокаріотами. Азот у складі хімічної сполуки, яка може бути використана живими організмами, має назву фіксованого. Складні органічні сполуки азоту (білки, нуклеїнові кислоти) надходять у довкілля із залишками організмів та розкладаються редуцентами, які здійснюють денітрифікацію – процес відновлення нітритів або нітратів до газоподібних сполук – молекулярного азоту (N₂) чи двооксиду азоту (NO₂). Завдяки діяльності редуцентів азотовмісні органічні речовини розкладаються до простих сполук, і цикл колообігу азоту в біосфері починається знову.