2. Структура біосфери

Важливою особливістю біосфери є її злитність з іншими геосферами Землі - атмосферою, гідросферою та частиною літосфери.

Атмосфера є зовнішньою оболонкою Землі, що сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 км. Вона є не лише життєдайним "буфером" між Космосом і поверхнею нашої планети, носієм тепла та вологи, через неї відбувається також фотосинтез і облік енергії - головні процеси біосфери.

Атмосфера регулює теплообмін Землі з космічним простором та океаном, впливає на радіаційний та водяний баланси, а також на клімат.

Гідросфера - це водяна сфера нашої планети, сукупність океанів, морів, річок, озер, льодовикових покривів. Вода є основою існування життя на Землі. Без води не можу існувати людська цивілізація. Вона використовується не тільки для пиття, а й для забезпечення своїх санітарно-гігієнічних та господарсько-побутових потреб.

Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає всю земну кору з частиною верхньої Мантії Землі. Літосфера є середовищем усіх мінеральних ресурсів, одним з основних об"єктів антропогенної діяльності, через значні зміни якої розвивається глобальна екологічна криза. У верхній частині континентальної земної кори під впливом діяльності рослин, тварин і мікроорганізмів виникли грунти, які стали для людини цінним родючим субстрактом.

Основна маса організмів і мікроорганізмів літосфери зосереджена в порівняно невеликому прошарку - біостромі, яка лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні знаходиться 98 % всієї живої речовини планети.

Біосфера сформована з різних речовин. За В.І.Вернадським виділяють шість головних типів речовин біосфери:

1. Жива речовина, що представлена організмами різних видів.

2. Біогенна речовина, що є продуктом життєдіяльності організмів (наприклад, кам"яне вугілля,

торф).

3. Нежива (косна) речовина, в утворенні якої живі організмі не брали участі.

4. Біокосна речовина, що сформована за рахунок взаємодії живої та косної речовин. Основним видом біокосної речовини є грунт.

5. Радіоактивна речовина.

6. Космічна речовина (наприклад, метеорити).

Унікальна роль живої речовини в біосфері полягає в її високій біохімічній активності, жива речовина атмосферних організмів здійснює поглинання сонячної енергії та її перетворення в енергію хімічних зв"язків.

Екосистема являє собою сукупність організмів, їх взаємозв"язків та взаємодію з навколишнім середовищем.

Структуру екосистеми складають два основних компоненти: організми , з однієї сторони і фактори неживої природи з іншої.

Екосистема являє собою однорідну ділянку земної поверхні з певним складом живих організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) та неживих компонентів (грунт, вода, атмосфера), об'єднаних обміном речовин та енергії в єдиний природний комплекс.

Глобальною екосистемою є біосфера нашої планети.

3. Склад і функціонування біосфери.

Живий світ Землі, її біосфера складається з організмів трьох таких основних типів: продуценти, консуценти, редуценти.

Втручання людини в процесі діяльності в біосферні зв"язки, про значення яких вона здебільшого не має правильного уявлення, часто приводить до небажаних наслідків.

Наприклад, у тридцяті роки в Норвегії було вирішено винищити хижих птахів (полярних сов і яструбів), що зменшують чисельність промислового птаха - полярної куріпки. Оголошені пільги та премії спричинили повсюдний відстріл мисливцями хижих птахів. Після цієї акції серед куріпок спалахнула епідемія, що майже повністю знищила їх популяцію.

Виявилося, що сови та яструби виконували роль санітарів, які поїдали в першу чергу хворих, ослаблених куріпок і таким чином запобігали поширенню епідемії.

Біосферні зв"язки складалися протягом тривалого часу. Тому непривабливою виглядає картина осіннього лісу після того, як пройшли грибники. Разом з "корисними" опеньками, маслюками та лисичками в лісах росте багато "шкідливих" мухоморів та поганок, яскраві шляпки яких розтоптані. А мухомори та поганки є необхідною ланкою в екосистемі лісу, їх піцелій розкладає ті органічні рештки, якими не харчуються інші гриби. Отже, вони роблять свій вклад у діяльність організмів, що підтримують рівновагу екосистеми лісу.

Система зв"язків у біосфері надзвичайно складна і ще повністю не розшифрована. Найголовнішою ланкою управління є - переважно енергія Сонця, другорядною - енергія внутрішнього тепла Землі й радіоактивного розпаду елементів.

Неживою частиною біосфери, її неживою речовиною керують продуценти, ними - консументи, діяльність яких визначають зворотні зв"язки, що йдуть від продуцентів. Біотичний кругообіг у біосфері здійснюється за такою схемою. Віправною точкою кругообігу є процес фотосинтезу рослин.

Продуценти або автотрофи - це організми, що синтезують органічну речовину за рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. До цього типу належать рослини, яких на Землі близько 350000 видів.

Хелеопродуценти використовують енергію хімічних реакцій, наприклад, окислення сполук заліза чи сірки, й теж виробляють органічну речовину.

Консументи або гетеротрофи - організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофами чи іншими консументами, тобто за рахунок споживання органічної речовини, синтезованої іншими організмами - рослинами чи тваринами. До них належать: рослиноїдні тварини, хижаки й паразити, а також хижі рослини та гриби. Кількість видів цієї групи найбільша - понад 1,5 млн.

Редуценти - мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук - води, вуглекислого газу, мінеральних солей. їх налічується 75000 видів

Вся ця величезна кількість живих істот знаходиться в надзвичайно складних взаємовідносинах між собою й живою речовиною.

Рівновага в природі

У цілому біосфера дуже схожа на гігантський суперорганізм, у якому автоматично підтримується гомеостоздинамічна сталість фізико-хімічних і біологічних властивостей внутрішнього середовища та стійкість основних функцій.

В кожному біоценозі, тобто сукупності організмів, що населяють певну ділянку суші або водойми, є керуюча і керована підсистеми. Роль керуючої підсистеми виконують консументи. Вони, поїдаючи зайву біомасу, не дають можливості рослинам занадто розростатися.

За травоїдними пильно "стежать" хижаки, запобігаючи їх надмірному розмноженню і знищенню рослинності. Керуючою підсистемою для хижаків є хижаки другого роду та паразити, якими "керують" надпаразити і т.д.

Тому на Землі існує багато видів тварин. Серед них немає "зайвих" чи "шкідливих" такі епітети дає їм людина.

Особливістю біосферних зв"язків є й те, що керуюча і керована підсистеми в ній часто міняються місцями. Так, знищення кількості рослинного корму спричиняє зниження чисельності хижаків і паразитів через механізм зворотного зв"язку.

Крім енергетичних, харчових і хімічних зв"язків, величезну роль у біосфері відіграють інформаційні. Живі істоти Землі освоїли всі види інформації — зорову, звукову, хімічну, електромагнітну. Інформативні сигнали містять важливі відомості в закодованій формі. Вони розшифровуються (здебільшого автоматично) та враховуються живими організмами.

Прикладом інформаційних зв"язків у біосфері може бути явище зниження інтенсивності розмноження тварин у разі надмірної щільності популяції.

Результати дослідів свідчать, що зменшення потомства в ссавців чи зниження яйценосності в птахів відбувається внаслідок "перенаселення" території.

Завдяки дії інформаційних зв"язків вмикаються якісь внутрішні механізми, що призводять до зменшення кількості "зайвих" особин.

Ефективність інформаційних зв"язків у біосфері вражає.

Наприклад, самець метелика тутового шовкопряда відчуває присутність самки на відстані 2 км. Ймовірно тут має місце передача електромагнітних сигналів тим, кого це стосується. Можливо, саме забрудненням інформаційного середовища, яке спричиняє діяльність людини, слід пояснювати загадкові випадки масового "самогубства" китів, що викидаються на сушу? Адже простір навколо Землі нині перенасичений штучними антропогенними джерелами електромагнітного поля.

Узагальнюючи результати досліджень в галузі природничих наук, В.Вернадський дійшов висновку, що біосфера — це стійка динамічна система, рівновага якої встановилася в основних своїх рисах... з архезою й незмінно діє протягом 1,5-2 млрд. років". Він довів, що стійкість біосфери за цей час виявляється в сталості її загальної маси живої речовини, енергії, зв"язаної з живою речовиною і середнього хімічного складу всього живого. Стійкість біосфери В.Вернадський пов"язував з тією обставиною, що функції життя в біосфері - біогеохімічні функції - незмінні протягом геологічного часу й жодна з них не з'явилася заново з перебігом часу".

Всі функції живих організмів у біосфері (окисні й відновні процесия. концентрація хімічних елементів, утворення газів тощо) не можуть виконуватись організмами якогось одного виду, а лише їх комплексом. Звідси випливає надзвичайно важливе положення, розроблене В.Вернадським:

біосфера Землі сформувалася з самого початку, як складна система з великою кількістю видів організмів, кожен з яких виконував свою роль у загальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати, тобто стійкість її існування була відразу започаткована її складністю.

В.Вернадському належить відкриття основного Закону біосфери: "Кількість живої речовини є планетною константою з часів архезойської ери, тобто за весь геологічний час". Протягом цього періоду живий світ морфологічно змінився невпізнанно, але такі зміни суттєво не вплинули ні на кількість живої речовини, ні на її середній валовий склад.

Справа в тому, як вважає В.Вернадський, що в складній організованості біосфери в межах живої речовини відбувались лише перегрупування хімічних елементів, а не докорінні зміни їх складу й кількості.