1. Поняття про біосферу.

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом зовнішніх сил, таких, як геологічні і кліматичні зміни й внутрішніх процесів, зумовлених активністю живих компонентів екосистеми.

Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гетеротрофами, які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Потім відбувався “популяційний вибух” автотрофних водоростей, який перетворив атмосферу із відновлюваної в кисневу.

Вперше термін “біосфера” – “сфера життя” – був використаний австрійським вченим-геологом Едвардом Зюссом ще в 1875 році.

Біосфера (екосфера) – це цілісний комплекс усіх екосистем планети, відкрита термодинамічна система, яка ззовні отримує енергію і речовини для синтезу органічних сполук і виділяє в природне середовище відходи, що забезпечує її стійкість. Об’єм біосфери становить близько 0,4% об’єму планети.

У 20-ті роки ХХ ст.. наука про біосферу розвинулася і вийшла на новий рівень завдяки видатному натуралісту академікові Вернадському В.І., що вперше підкреслив виняткову роль живих організмів в творенні біосфери. Він довів, що живі організми формують зовнішній виглядж Землі, склад атмосфери, гідросфери і літосфери. Вони не тільки пристосовуються до умов навколишнього середовища, але й активно його змінюють. Процеси в біосфері підтримуються й породжуються космічними і земними факторами, а живі й неживі речовини на Землі становлять одне ціле.

В.І. Вернадський довів, що кількість живої речовини є константою планети протягом усього геологічного часу а зміни відбувають лише внаслідок перегрупуван хімічних елементів а не через суттєві зміни їх складу і кількості. В.І. Вернадський уперше визначив роль людини та розуму у перетворенні біосфери. За минуле сторіччя багатобічна людська діяльність, її прямий і опосередкований вплив на всі структурні олиниуі біосфери поставили антропогенний фактор в один ряд з природними біогеохімічними факторами кругообігу речовин у біосфері.

Біосферу як середовище перебування людини, змінену його виробничою діяльністю, називають техносферою.

2. Структура біосфери. Жива речовина. Розподіл життя у біосфері

В.І.Вернадський вирізняв шість типів речовин біосфери:

• жива речовина – сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів; вона трансформує сонячну енергію і залучає неорганічну матерію у безперервний коло обіг (продуценти – консументи - редуценти);

• біогенна речовина – продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці апатит);

• нежива речовина – в утворенні якої організми не брали участі (гірські породи абіогенного походження);

• біокосна речовина – продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії ( грунт);

• радіоактивна речовина – радіонукліди, які зумовлюють існування радіогенної теплоти, та продукти їх розпаду;

• космічна речовина – космічний пил та метеорити.

Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку часто називають також біотою.

Жива речовина протидіє хаосові та ентропії. Використовуючи прямо й непрямо сонячну енергію, жива речовина створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетично впорядковані сполуки – вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та інші – або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окислює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки.

Функції живої речовини: 1 – окислення; 2 – концентрація; 3- перерозподіл хімічних елементів.

Основні властивості живої речовини:

• високоорганізована внутрішня структура;

• здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансформувати речовини й енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;

• здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього, якщо ці коливання сумісні з життям;

• здатність само відтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць – організмів (індивідів), які , своєю чергою, групуються в більш або менш дискретні одиниці існування матерії – води.

До складу біосфери входять частини геосфер, в яких умови придатні для існування живих організмів: нижня частина атмосфери, вся гідросфера та верхня частина літосфери, де вода перебуває у рідкому стані. За Вернадським “межі біосфери обумовлені, передусім, полем існування життя”. За участю живої речовини породжено склад атмосфери, гідросфери, ґрунтів і у значній мірі осадових порід нашої планети. Біосфера за своїм складом дуже різноманітна – від найпростіших бактерій, які не можна побачити простим оком, до людини.

Характерною особливістю існування біосфери є мозаїчність її будови. Життя організоване в планетарному масштабі функціонує в межах окремих частин біосфери. Біологічні системи – це біотичні компоненти різних рівнів організації (від генів до спільнот), які впорядковано взаємодіють з оточуючим фізичним середовищем, тобто абіотичними компонентами (енергією, речовиною), складаючи з нею єдине ціле. Основною функціональною одиницею біосфери є екологічна система. У збалансованій екосистемі не повинні накопичуватись продукти розпаду – вони мають перероблятися. Тобто, має підтримуватись екологічна рівновага – баланс природних компонентів, що утворюють середовище, та природних процесів, який забезпечує підтримку екосистеми в якісно визначеному стані, характерному для даної географічної місцевості та геологічного періоду. Основний принцип функціонування екосистеми: отримання ресурсів і збування усіх елементів екосистеми. У живій природі процеси утилізації відходів існують і вони чітко збалансовані. Існують, так звані, “ланцюги живлення”, які забезпечують перехід від складних біологічних форм до простих елементів, які знову вступають у процес утворення біомаси (виражена в одиницях маси чи енергії кількість живої речовини тих чи інших організмів, яка припадає на одиницю площі чи об’єму.