1.4. Літосфера

Наша планета Земля є стиснутою з полюсів кулею — геоїдом — з полярним радіусом 6357 км і екваторіальним радіусом 6378 км. Площа поверхні Землі сягає 510 млн. км², її об’єм — 1,083·10¹² км³, а маса — 5,976·10²¹ т. Середня щільність Землі становить 5520 кг/м³, при щільності більшості поверхневих порід — 2500...3000 кг/м³.

Будова Землі неоднорідна. Вона складається з трьох оболонок — земної кори, мантії та ядра, де різко змінюються швидкості пружних сейсмічних хвиль, викликаних землетрусами або штучними вибухами.

Земна кора — зовнішній твердий шар Землі. Земна кора ділиться на континентальну та океанічну. Вона складає біля 1 % об’єму та 0,5 % маси Землі. Товща земної кори під ложем океану досягає 5...12 км, у рівнинних регіонах — 30...40 км, а під горами — 50...70 км. На континентах Земна кора має три прошарки: верхній — осадові породи; середній — граніти, гнейси, лабрадорити і габро; нижній — базальти. Під океанами два прошарки: осадові породи, що залягають на базальтах.

Глибше земної кори знаходиться мантія, яка розділяється на два шари: верхню мантію та нижню мантію. Об’єм мантії складає 83 % об’єму Землі, маса — 67 % маси нашої планети. Мантія Землі простягається нижче земної кори до глибини 2950 км від поверхні. Ще глибше до центру Землі (до глибини 6371 км) розташовано земне ядро. Зовнішня частина земного ядра схожа властивостями на рідину. Ядро займає 16 % по об’єму і 31,5 % по масі.

Літосфера — зовнішня тверда оболонка Землі, що охоплює всю земну кору й частину верхньої мантії; вона складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід. Товщина літосфери на континентах і під океанами різниться і становить в середньому відповідно 25...200 і 5...100 км. Переважна частина земної поверхні — це рівнини континентів і океанічного дна. Основна частина літосфери складається з вивержених магматичних порід (95 %), серед яких на континентах переважають граніти, а в океані — базальти.

Літосфера є джерелом усіх мінеральних ресурсів людства — корисних копалин. З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов’язані різні корисні копалини: горючі, металічні, будівельні, а також такі, які є сировиною для хімічної та харчової промисловості. У межах літосфери періодично відбуваються сучасні фізико-географічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.

У верхній частині континентальної земної кори розвинені ґрунти. Ґрунт — органічно-мінеральний продукт багаторічної (сотні та тисячі років) спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла — є одним з найважливіших природних ресурсів. Це природні утворення, які характеризуються родючістю — здатністю забезпечувати рослини речовинами, необхідними для їхньої життєдіяльності. Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрунти можуть мати товщину від 15 см до 3 м.

1.5. Екологічні фактори

Екологічний фактор — це будь-який нерозчленований далі елемент середовища, здатний прямо чи опосередковано впливати на живі організми хоча б упродовж однієї з фаз їх індивідуального розвитку.

Виділяють такі основні групи екологічних факторів, об'єднаних за певним показником: 1) за часом — фактори часу (еволюційний, історичний, діючий); 2) періодичності (періодичний і неперіодичний); 3) за середовищем виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні, генетичні, екосистемні); 4) первинні та вторинні; 5) за походженням (космічні, біотичні, абіотичні, природно-антропогенні, техногенні, антропогенні); 6) за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, енергетичні, термічні, біогенні, кліматичні, комплексні); 7) за спектром впливу (вибіркової чи загальної дії); 8) за умовами дії; 9) за об'єктом впливу; 10) за наслідками впливу (летальні, екстремальні, обмежувальні, мутагенні, занепокоєння).

Абіотичні фактори — сукупність неорганічних умов середовища. До них належать кліматичні, атмосферні, ґрунтові, геоморфологічні, гідрологічні та ін. Крім того, виділяють хімічні (склад атмосферного повітря, мінеральний склад води тощо) і фізичні (температура, світло, променева енергія, вологість тощо).

Біотичні фактори — це форми взаємодії і взаємовідносин живих організмів, впливу одних організмів або їх співтовариств на інші. Ці впливи можуть бути з боку рослин (фітогенні), тварин (зоогенні), мікроорганізмів, грибів тощо.

Антропогенні фактори — форми діяльності людини, які впливають на фізичні і хімічні характеристики оточуючого середовища чи життєдіяльність організмів. Серед них розрізняють фактори прямого впливу на організми (промисел) і опосередкованого — вплив на місце проживання (забруднення середовища, знищення рослинного покриву, будівництво гребель на ріках тощо).

Прояв впливу факторів виражається в зміні життєдіяльності організмів. Це призводить до зміни чисельності популяції. Можна виділити такі закономірності:

1. за певних значень фактора складаються найсприятливіші умови для життєдіяльності організмів. Такі умови називають оптимальними, а відповідні значення фактора — оптимумом;

2. чим більше значення фактора відхиляється від оптимальних, тим сильніше пригнічується життєдіяльність особин. У зв'язку з цим виділяють зону їх нормальної життєдіяльності;

3. діапазон значень фактора, за межами якого нормальна життєдіяльність особин стає неможливою, називають межею витривалості. Розрізняють верхню і нижню межі витривалості. Діапазон значень фактора, за межами якого організм почувається пригнічено, називають зоною пригнічення (песимуму).

Діапазон значень оптимуму й песимуму є критерієм для визначення екологічної валентності (екологічної толерантності) —здатності організму пристосовуватися до змін умов середовища. Кількісно вона охоплює діапазон від нижнього песимуму (екологічний мінімум на шкалі фактора) до верхнього песимуму (екологічний максимум). У цьому полягає суть закону екологічної валентності: діапазон значень зміни фактора верхнього й нижнього песимумів, за яких організми здатні пристосуватися до змін умов середовища, визначають межу витривалості.

Стенобіонти — організми, що можуть жити при дуже незначній зміні факторів середовища (орхідеї, далекосхідний рябчик, форель). Еврибіонти — організми, що можуть жити при значних змінах факторів середовища (колорадський жук, пацюки, вовки, таргани, очерет).

Лекція № 2

Тема: „Загальні уявлення про біосферу”

ПЛАН

2.1. Жива речовина.

2.2. Типи живих організмів біосфери Землі.

2.3. Загальні уявлення про екосистеми.

2.4. Види та популяції.

2.5. Екологічна ніша.

2.1. Жива речовина

Основними компонентами біосфери є:

1. жива речовина (біота) — рослини, тварини та мікроорганізми;

2. біогенна речовина — органічні та органо-мінеральні продукти, створені живими організмами впродовж геологічної історії (кам'яне вугілля, горючі сланці, торф, нафта та ін.);

3. нежива (косна) речовина — гірські породи неорганічного походження і вода, які являють собою середовище для проживання живих організмів;

4. біокосна речовина — результат синтезу живої та неживої речовин (осадові породи, кора вивітрювання, ґрунти, мули (підводні ґрунти));

5. радіоактивне, електромагнітне та інші види випромінювання, космічна речовина (метеорити та ін.).

Функції живої речовини: використовуючи сонячну енергію, вона створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетичне впорядкованіші сполуки (вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та ін.), або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окиснює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки. Суха маса живої речовини оцінюється в 2...3 трлн. т — приблизно в мільярд разів менше за масу Землі.

Жива речовина відрізняється від неживої надзвичайно високою активністю, зокрема дуже швидким кругообігом речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса (маса рослин) — щодня. Життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між біотою та зовнішнім середовищем, унаслідок чого всі атоми земної кори, атмосфери й гідросфери протягом історії Землі багаторазово входили до складу живих організмів. Образно кажучи, ми п'ємо воду, що колись входила до складу тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів, і дихаємо повітрям, яким дихали не лише наші далекі предки, а й динозаври.

Основні властивості живої речовини:

1. високоорганізована внутрішня структура;

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

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

4. здатність до самовідтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць — організмів, які, в свою чергую, групуються у види та популяції.

Кожен організм має свою програму розвитку й діяльності, записану у вигляді певної сукупності генів, — генотип. Ця програма реалізується в характерних, притаманних лише даному організмові зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці. Сукупність усіх ознак та властивостей, що визначаються генотипом, називається фенотипом. За рахунок фенотипу організм оптимальною мірою пристосовується до зовнішнього середовища, перебуває з ним у найбільш гармонійних відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча й не ідентичні генотипи й фенотипи. Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд (це майже синонім терміна «видова різноманітність»). Втрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності й порушує гармонію у взаємовідносинах живої та неживої речовин.

Простір нашої планети, в якому існує жива речовина, називають біосферою .

Біосфера охоплює три геологічні сфери — частини атмосфери й літосфери та всю гідросферу. Межі біосфери визначаються межами поширення й активної роботи живої речовини. Верхня межа біосфери в атмосфері досягає нижніх шарів стратосфери (30 км над поверхнею планети), де ще трапляються в досить великій кількості спори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активно вегетують. Вище озонового шару живе зазвичай гине під дією космічних випромінювань. Біосфера охоплює всю гідросферу, в тому числі найбільші океанічні западини до 11 км, де існує значна кількість глибоководних видів. Межею біосфери в літосфері можна вважати глибини, на яких температура літосфери починає перевищувати 100 °С — близько 10 км на рівнинах і 7...8 км у горах.