4. 3 Функціонування біосфери

4.3.1. Функції живої речовини у біосфері

Визначальною характеристикою життя є обмін речовин. Обмін ре­човин живих організмів із навколишнім середовищем здійснюється в про­цесі подиху, харчування, різноманітних виділень. У більш загальному ви­падку, кругообіг в екосистемах і біосфері в цілому, можливий лише в про­цесі використання й передачі енергії.

Потоки енергії і кругообіги речовини основні складові необхідні для функціонування біосфери.

Живі організми відіграють основну роль у процесах, які підтримують функціонування біосфери. Основні функції живої речовини слідуючи: енергетична, деструктивна, концентраційна, формування складу навколишнього середовища.

Неживою частиною біосфери, її неживою речовиною керують про­дуценти, ними консументи, діяльність яких визначають зворотні зв’язки, що йдуть від продуцентів. У результаті здійснюється біотичний кругообіг речовини у біосфері приблизно за такою схемою:

1. Продуценти (рослини) за допомогою механізму фотосинтезу ви­робляють органічну речовину, споживаючи сонячну енергію, воду, вугле­кислий газ і мінеральні солі.

2. Консументи (тварини) живляться біомасою рослин та інших тва­рин.

3. Редуценти, споживають частину споживних речовин, розкладають мертві тіла рослин і тварин до простих хімічних сполук (води, вуглекис­лого газу та мінеральних солей), замикаючи таким чином кругообіг речовин у біосфері.

Таким чином, енергетична функція виконується перш за все росли­нами, які в процесі фотосинтезу акумулюють сонячну енергію у вигляді хімічної енергії різноманітних органічних сполук.

Деструктивна функція виконується редуцентами. Вона полягає у розкладанні, мінералізації мертвої органічної речовини, хімічному розкла­данні гірських порід, залучення мінералів, які виникають у біотичний кру­гообіг.

Концентраційна функція полягає у виборчому накопиченні, при життєдіяльності організмів, атомів речовини, розсіяних у природі.

Функція формування стану навколишнього середовища полягає у трансформації фізико-хімічних параметрів середовища (атмосфери, гідросфери, літосфери) в умови, сприятливі для існування живих організмів.

Крім енергетичних, харчових і хімічних зв’язків, величезну роль у біосфері відіграють інформаційні. Живі істоти Землі освоїли всі види інформації - зорову, звукову, хімічну, електромагнітну. Російський біолог О. Пресман визначив біосферу як систему, в якій речовинно-енергетичні взаємодії підпорядковані інформаційним.

Усі функції живих організмів у біосфері не можуть виконуватися організмами якогось одного виду, а лише їх, комплексом. Звідси випливає надзвичайно важливе положення, розроблене В. І. Вернадським: біосфера Землі сформувалася з самого початку як складна система з великою кількістю видів організмів, кожен, із яких виконує свою роль у загальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати.

4.3.2. Складові енергетичного балансу в біосфері

Потік енергії на Земній Кулі має три джерела:

а) сонячна енергія; б) енергія земних надр;

в) кінетична енергія оберту Землі та її супутника Місяця як космічних тіл.

Найголовнішою частиною в системі керування біосферою є енергія Сонця. Усю 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. Особливістю поведінки енергії у біосфері є її одностороння спрямованість - концентрована енергія, пройшовши ряд перетворень, розсіюється у виді тепла (рис. 4.2).

Рис. 4.2.- Основні напрямки потоків енергії на Земній Кулі.

Основними перетворювачами енергії у біосфері є живі організми. Продуценти перетворюють вільну променисту енергію Сонця (концентрована енергія) у хімічно зв’язану, яка потім переходить (по харчових ланцюгах) від одних біосферних структур до інших. При кожному переході частина енергії перетворюється в тепло та розсіюється в навколишньому просторі. Ефективність перенесення енергії у живій речовині досить низька. При перенесенні енергії від продуцентів до консументів першого порядку (травоїдних тварин) ефективність складає всього 10%. Перенесення від консументів першого порядку до консументів другого порядку більш ефективне – 20%.

Доля річного притоку сонячної енергії така:

1. відбивається - 30%;

2. прямо перетворюється в тепло - 46%;

3. випар, осадки - 23%;

4. вітер, хвилі - 0,2%;

5. фотосинтез - 0,08%.

Таким чином, тільки невеличка частина сонячної енергії (»1%), витрачена на фотосинтез,але саме вона є джерелом усього життя на Землі. Проте, ті приблизно 70% енергії Сонця, що перетворюються в тепло, ідуть на випар, осадки, вітер не губляться по-дурному, тому що ця енергія підтримує потрібну для життя температуру, пускає в хід системи погоди, забезпечує кругообіг води без чого неможливе життя на Землі.Нормальне функціонування біосфери можливе лише за умов коли нічим не стримується надходження та передача концентрованої енергії та стік теплової енергії.