3.2.6. Структура біосфери, запропонована Реймерсом
Н. Ф. Реймерс запропонував схему сучасної побудови біосфери. Відповідно до цієї схеми, біосферу можна розбити на 3 подсфери:
Аеробіосферу, населену аеробіонтами;
2. Гідробіосферу, населену гідробіонтами;
3. Геобіосферу, населену геобіонтами.
У свою чергу, аеробіосфера складається з:
1а) тропобіосфери – нижній прошарок;
1б) альтабіосфери – розріджені прошарки, населені
мікробіонтами;
1в) парабіосфери – високі прошарки, туди організми заносяться, але не розмножуються.
Гідросфера складається з:
2а) сфери морів та океанів – моренобіосфери;
2б) сфери прісних вод – аквабіосфери. У свою чергу кожна з підсистем ділиться на:
фотосферу – область куди добре потрапляє світло;
дісфотосферу – область куди світло потрапляє погано;
афотосферу – область куди світло не потрапляє.
Геобіосфера поділяється на:
3а) террібіосферу – поверхневі і грунтові прошарки Землі;
3б) літобіосферу – нижче грунтів.
Питання для самоконтролю:
1.Що таке біосфера, які основні типи речовини в ній?
2.Основні положення навчання В. И. Вернадского про біосферу.
3.Яка структура біосфери?
4.Що таке атмосфера, гідросфера, літосфера; їхня сполука ?
5.Які живі організми відносяться до продуцентів, які до макроконсументам, які до микроконсументам або редуцентам?
6.Яка структура біосфери, запропонована Реймерсом?
Лекція 4 Тема лекції: закони функціонування екосистем і біосфери
План:
Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини в екосистемах
Стійкість і саморегуляція екосистем
Функціонування біосфери.
Функції живої речовини в біосфері.
Складові енергетичного балансу в біосфері
Біохімічні кругообороты речовини
Стабільність біосфери
Самоорганізація біосфери
4.1. Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини в
екосистемах
Функціонування екосистеми будь-якого рівня здійснюється лише за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища. Визначальною характеристикою життя як особливої форми існування матерії є обмін речовин.
Обмін речовин окремих організмів із навколишнім середовищем у процесі подиху, харчування, різноманітних виділень, або в більш загальному виді - кругообіг речовини в екосистемах можливий лише в процесі використання й передачі енергії.
В екосистемі, як і у біосфері в цілому, основними потоками енергії є потоки концентрованої(в основному Сонячної)і розсіяної енергії(теплової ). Живі організми, у деякому змісті, можна порівнювати зі своєрідними машинами, що виробляють біомасу. Розрахунки показали, що КПД рослинної машини не більше 1%, тобто тільки 1% сонячної енергії, запасено в рослинній продукції. Куди ж витрачаються інші 99% ?
Достатньо велика кількість (30-40%) променистої енергії не проникає в листя і відбивається від їхньої поверхні. Велика частина (60-70%) витрачається на подих, випар, екскрецію, перетворюючись у тепло.
Потік сонячної енергії перетвориться рослинами в процесі фотосинтезу в енергію хімічних зв'язків, яка послідовно переходить із їжею від рослин до тварин - консументів першого порядку, від них – до консументів другого і більш високих порядків, а по мірі загибелі організмів або виділення ними покидьків - до редуцентів.
Фотосинтез– це синтез рослинами органічних речовин (білків, жирів та вуглеводів) із СО2, Н2О, мінеральних солей азоту, фосфору й інших елементів за допомогою енергії світла.
Реакцію фотосинтезу можна записати у вигляді:
У перерахунку на глюкозу, реакцію фотосинтезу можна записати у вигляді:
Особливістю перетворення енергії в екосистемах є її одностороння спрямованість - промениста енергія, пройшовши ряд перетворень, у значній мірі розсіюється у вигляді тепла. Таким чином, для нормального функціонування екосистеми необхідна постійна й достатня притока концентрованої енергії, спроможної перетворюватися в роботу, при цьомуентропія навколишнього середовища збільшується, тому обов'язково необхідний стік теплової енергії з екосистем (рис. 4.1).
Ряд організмів, у якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальших має назву трофічного ( харчового ) ланцюга. Довжина трофічного ланцюга, не може бути занадто великою. Вона, як правило, не перевищує п'яти - семи рівнів.
1 - сонячне світло, 2 – потік речовин, 3 – теплова енергія, З.Е. - запасена енергія, З.Р. - запас речовини, П - продуценти, К - консументи, Р - редуценти
Рисунок 4.1- Потоки енергії і речовини в екосистемах
Це обумовлено тим, що до кожного наступного організму трофічного ланцюга переходить тільки мала доза енергії споживаної на попередньому рівні, інша йде на підтримку життєвих процесів і значна частина розсіюється у виді тепла. При переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої передається тільки 10-20% зв'язаної енергії, а 80-
90% її розсіюється у виді тепла. Тому, загальна маса живої речовини, наступної харчової ланки, різко зменшується.
В екології співвідношення чисельності організмів, або їх біомас, або зв'язаної у біомасі енергії, звичайно, зображують у формі екологічних пірамід.
Живі організми екосистем взаємозалежні з навколишнім середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біологічні структури й кругообіг речовини між живою й неживою частинами екосистеми.
Під біологічним кругообігом розуміється надходження хімічних елементів із ґрунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки й повернення їх потім у ґрунт, атмосферу, гідросферу в процесі життєдіяльності з щорічними опадами частини органічної речовини й переробки її редуцентами - розкладання на прості хімічні елементи.
Рівняння розкладання має вигляд:
У перерахунку на глюкозу, реакцію розкладання можна записати у вигляді:
Біогеохімічні кругообіги речовини - частина біологічного кругообігу, складена обмінними циклами хімічних речовин, тісно пов'язаних із життям (головним чином, вуглецю, води, азоту, фосфору, сірки і біогенних катіонів ).
Екосистеми будуть нормально функціонувати, якщо немає порушень при проходженні енергії через трофічні ланцюги і нормально функціонують біогеохімічні кругообіги речовини.
Збільшення забруднення атмосфери промисловими викидами ускладнює засвоєння сонячної енергії рослинами, тому що пилюкою “забиваються” їхні устячка, через які відбувається живлення й газообмін. В результаті, зменшується кількість їжі, а отже, і енергії, що надходить всім іншим живим організмом, усе більша їхня кількість не зможе протистояти збільшенню ентропії і загине. При визначених розмірах цього процесу вся система може загинути.