Биолозите са определили количествено глобалното разпределение на биомаса на Земята, което възлиза на 550 милиарда тона въглерод. Оказа се, че повече от 80 процента от този брой се пада върху растенията, общата биомаса на сухоземните организми е с около два порядъка по -голяма от тази на морските организми, а делът на хората е около 0,01 процента, пишат учените в Известия на Националната академия на науките.

Количествените данни за общата биомаса на всички живи организми на Земята и нейното разпределение между отделните видове са важна информация за съвременната биология и екология: те могат да бъдат използвани за изследване на общата динамика и развитие на цялата биосфера, нейния отговор на климатичните процеси, протичащи на планетата. Както пространственото разпределение на биомасата (географско, по дълбочина и местообитания на видовете), така и нейното разпределение между различните видове живи организми могат да служат като важен показател при оценката на пътищата на транспортиране на въглерод и други елементи, както и екологични взаимодействия или хранителни мрежи. Към днешна дата обаче са направени количествени оценки за разпределението на биомасата или за отделни таксони, или в рамките на някои екосистеми, докато надеждни оценки за цялата биосфера все още не са направени.

За да получат такива данни, група учени от Израел и САЩ, ръководена от Рон Майло от Института Вайцман, извършиха своеобразно преброяване на всички животински видове с оценка на тяхната биомаса и географско разпределение. Учените събраха всички данни от няколкостотин съответни научни статии, след което обработиха тази информация, използвайки разработената схема за интеграция, като взеха предвид географското разпространение на видовете. Като количествен показател за биомасата, приписван на различни видове, учените са използвали информация за масата на въглерода, който пада върху различни таксони (тоест съображението не е взело предвид например масата на водата). Сега всички получени резултати, както и програмите, използвани за анализа, са публично достояние и те могат да бъдат намерени в github.

Схематична диаграма за получаване на данни за глобалното разпределение на биомасата от наличните непълни данни, като се вземе предвид географското разпределение на параметрите на околната среда

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Анализът на получените данни показа, че общата биомаса на всички живи организми на Земята е приблизително 550 милиарда тона въглерод. В същото време огромната му част се съдържа от представители на растителното царство: 450 гигатона въглерод са повече от 80 процента от общия брой. На второ място са бактериите: около 70 милиарда тона въглерод, докато животните (2 милиарда тона) също отстъпват на гъбите (12 милиарда тона), археите (7 милиарда тона) и протозоите (4 милиарда тона). Сред животните най -голямата биомаса в членестоноги (1 милиард тона) и например общата биомаса на даден вид Хомо сапиенсе 0,06 милиарда тона въглерод - това е около 0,01 процента от цялата биомаса на Земята.

Разпределение на биомаса между представители на различни царства (вляво) и в животинското царство (вдясно)

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Разпределение на биомасата между различните местообитания: общо за всички живи организми (вляво) и отделно за представители на различни царства (вдясно)

Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Интересното е, че максималният дял биомаса на представители на основните царства живее в различни местообитания. Така че повечето от растенията са сухоземни видове. Максималната биомаса на животните живее в моретата и океаните, а например повечето от бактериите и археите се намират дълбоко под земята. В същото време общата биомаса на сухоземните организми е с около два порядъка по -голяма от тази на морските организми, които според авторите на изследването представляват само 6 милиарда тона въглерод.

Учените отбелязват, че поради липсата на точна информация, получените данни се изчисляват с много голяма несигурност. По този начин само биомасата на растенията на Земята може да бъде оценена с достатъчно доверие, а за бактериите и археите получените данни могат да се различават от действителните с коефициент 10. Несигурността в данните за общата биомаса на всички живи организми на Земята не надвишава 70 процента.

Според авторите на работата, получените от тях резултати се основават на данни от актуални научни изследвания, следователно те могат да се използват за съвременни екологични и биологични оценки, дори въпреки доста голяма грешка. Учените също така отбелязват, че когато анализират данните, те са успели да идентифицират онези географски области, за които в момента има много малко данни и са необходими повече изследвания. Изследователите се надяват, че в бъдеще усъвършенстването на данните ще позволи не само провеждането на такъв анализ с достатъчна географска разделителна способност, но и наблюдение на динамиката на промените в такива разпределения във времето.

Съвсем наскоро учените са разпределили биомасата в по -малки системи, като изследват големи гори по цялата земя. Оказа се, че повече от половината от общата горска биомаса се дължи само на един процент от най -големите дървета, повечето от които надхвърлят 60 сантиметра в диаметър. В същото време за някои видове животни в определени географски региони вече е възможно да се извърши динамичен анализ. Например миналата година европейските еколози са изследвали биомасата на летящи насекоми в националните паркове в Германия и че за 27 години тя е спаднала със 76 % наведнъж.

Александър Дубов

Съвкупността от всички живи организми образува биомасата (или по думите на В. И. Вернадски, живата материя) на планетата.

По маса това е около 0,001% от масата на земната кора. Въпреки незначителната обща биомаса, ролята на живите организми в процесите, протичащи на планетата, е огромна. Дейността на живите организми определя химическия състав на атмосферата, концентрацията на соли в хидросферата, образуването на някои и разрушаването на други скали, образуването на почва в литосферата и т.н.

Биомаса от суши. Най -високата гъстота на живот в тропическите гори. Има повече растителни видове (повече от 5 хиляди). На север и на юг от екватора животът става по -беден, неговата плътност и броят на растителните и животинските видове намаляват: в субтропиците има около 3 хиляди растителни вида, в степите има около 2 хиляди, след това има широколистни и иглолистни гори и накрая тундрата, в която растат около 500 вида лишеи и мъхове. В зависимост от интензивността на развитието на живота в различни географски ширини, биологичната производителност се променя. Смята се, че общата първична производителност на земята (биомаса, образувана от автотрофни организми за единица време на единица площ) е около 150 милиарда тона, включително делът на световните гори е 8 милиарда тона органични вещества годишно. Общото тегло на растението на хектар в тундрата е 28,25 тона, в тропическите гори - 524 тона. В умерената зона 1 хектар гора годишно образува около 6 тона дървесина и 4 тона листа, е 193,2 * 109 Дж ( ~ 46 * 109 cal). Вторичната продуктивност (биомаса, образувана от хетеротрофни организми за единица време на единица площ) в биомасата на насекоми, птици и други в тази гора варира от 0,8 до 3% от растителната биомаса, тоест около 2 * 109 J (5 * 108 кал. ).< /p>

Първичната годишна производителност на различните агроценози варира значително. Средната световна производителност в тонове сухо вещество на хектар е: пшеница - 3,44, картофи - 3,85, ориз - 4,97, захарно цвекло - 7,65. Културата, която човек събира, представлява само 0,5% от общата биологична производителност на полето. Значителна част от първичното производство се унищожава от сапрофити - жители на почвата.

Почвите са един от важните компоненти на биогеоценозите на земната повърхност. Изходният материал за почвообразуване са повърхностните слоеве от скали. От тях под въздействието на микроорганизми, растения и животни се образува почвеният слой. Организмите концентрират биогенни елементи в себе си: след смъртта на растенията и животните и разлагането на техните остатъци, тези елементи преминават в състава на почвата, поради което

той натрупва биогенни елементи и също така натрупва непълно разложени органични пещи. Почвата съдържа огромен брой микроорганизми. И така, в един грам чернозем техният брой достига 25 * 108. Така почвата е с биогенен произход, състои се от неорганични, органични вещества и живи организми (едафонът е съвкупността от всички живи същества на почвата). Извън биосферата появата и съществуването на почвата е невъзможно. Почвата е местообитание за много организми (едноклетъчни животни, анелиди и кръгли червеи, членестоноги и много други). Почвата е пропити с корени на растенията, от които растенията абсорбират хранителни вещества и вода. Производителността на земеделските култури е свързана с жизнената дейност на живите организми, които се намират в почвата. Въвеждането на химикали в почвата често е вредно за живота в нея. Следователно е необходимо рационално да се използва почвата и да се опазват.

Всяка местност има свои собствени почви, които се различават от другите по състав и свойства. Образуването на определени видове почви е свързано с различни почвообразуващи скали, климат и характеристики на растенията. В. В. Докучаев идентифицира 10 основни типа почви, сега има повече от 100. На територията на Украйна се разграничават следните почвени зони: Полесие, Горска степ, Степ, Суха степ, както и Карпатските и Кримските планински райони с присъщи видове структура на почвата за всеки от тях.покритие. Полесие се характеризира с копка-пидзол листа, сива гора ,. Горски почви с тъмни сири, подзолизирани черноземи и др. Горскостепната зона има сиви и тъмносири горски почви. Степната зона е представена главно от черноземи. Кафявите горски почви преобладават в украинските Карпати. В Крим има различни почви (черноземи, кестени и др.), Но те обикновено са чакълести и каменисти.

Биомаса на Световния океан. Океаните заемат повече от 2/3 от повърхността на планетата. Физическите свойства и химическият състав на океанските води са благоприятни за развитието и съществуването на живот. Както и на сушата, в океана плътността на живота е най -голяма в екваториалната зона и намалява с увеличаването на разстоянието от нея. В горния слой, на дълбочина до 100 м, живеят едноклетъчни водорасли, които съставляват планктон, „общата първична производителност на фитопланктона в Световния океан е 50 милиарда тона годишно (около 1/3 от общото първично производство на биосферата). Почти всички хранителни вериги в океана започват с фитопланктон, който се храни с животни от зоопланктон, като ракообразни. Ракообразните са храна за много видове риби и бели китове. Птиците ядат риба. Големите водорасли растат главно в крайбрежните зони на океаните и моретата. Най -голямата концентрация на живот е в кораловите рифове. Океанът е по -беден в живота от земята, биомасата от неговото производство е 1000 пъти по -малка. По -голямата част от образуваната биомаса - едноклетъчни водорасли и други обитатели на океана - умират, утаяват се на дъното и органичната им материя се унищожава от разградители. Само около 0,01% от първичната производителност на Световния океан достига до хората чрез дълга верига от трофични нива под формата на храна и химическа енергия.

На дъното на океана в резултат на жизнената дейност на организмите се образуват седиментни скали: креда, варовик, диатомит и др.

Биомасата на животните в океаните е приблизително 20 пъти по -голяма от биомасата на растенията, особено голяма е в крайбрежната зона.

Океанът е люлката на живота на Земята. Основата на живота в самия океан, основното звено в сложна хранителна верига, е фитопланктон, едноклетъчни зелени морски растения. Тези микроскопични растения се консумират от тревопасни зоопланктон и много малки видове риби, които от своя страна служат за храна на редица нектони, активно плуващи хищници. Организмите от морското дъно - бентос (фитобентос и зообентос) - също участват в хранителната верига на океана. Общата маса на живото вещество в океана е 29,9 ∙ 109 т, докато биомасата на зоопланктона и зообентоса представлява 90% от общата маса на живото вещество в океана, фитопланктонната биомаса - около 3% и нектонната биомаса (главно риба) - 4% (Суетова, 1973; Добродеев, Суетова, 1976). Като цяло океанската биомаса е 200 пъти по -малка по тегло и 1000 пъти по -малко на единица повърхност от земната биомаса. Годишното производство на живо вещество в океана е 4,3 ∙ 1011 т. По отношение на живото тегло е близко до производството на сухоземна растителна маса - 4,5 ∙ 1011 т. Тъй като морските организми съдържат много повече вода, тогава в единици на сухо тегло това съотношение изглежда като 1: 2.25. Съотношението на производството на чиста органична материя в океана е още по -ниско (като 1: 3,4) в сравнение с това на сушата, тъй като фитопланктонът съдържа по -висок процент пепелни елементи от дървесната растителност (Добродеев и Суетова, 1976). Сравнително високата производителност на живото вещество в океана се обяснява с факта, че най -простите фитопланктонни организми имат кратък живот, те се обновяват ежедневно, а общата маса на живото вещество в океана е средно на всеки 25 дни. На сушата обновяването на биомасата се случва средно за 15 години. Живата материя в океана е много неравномерно разпределена. Максималните концентрации на живо вещество в открития океан - 2 кг / м2 - се намират в умерените зони на северния Атлантически и северозападен Тихи океан. На сушата зоните на горска степ и степ имат една и съща биомаса. Средните стойности на биомаса в океана (от 1,1 до 1,8 кг / м2) имат зони от умерената и екваториалната зона, на сушата те съответстват на биомасата на сухите степи на умерената зона, полупустините на субтропичната зона, алпийски и субалпийски гори (Добродеев и Суетова, 1976) ... В океана разпределението на живата материя зависи от вертикалното смесване на водите, което кара хранителните вещества да се издигат на повърхността от дълбоките слоеве, където протича процесът на фотосинтеза. Такива зони на издигане на дълбоки води се наричат ​​възходящи зони, те са най -продуктивни в океана. Зоните със слабо вертикално смесване на водите се характеризират с ниски стойности на производството на фитопланктон - първата връзка в биологичната производителност на океана, бедността на живота. Друга характерна особеност на разпределението на живота в океана е неговата концентрация в плитката зона. В районите на океана, където дълбочината не надвишава 200 м, 59% от биомасата на бентосната фауна е концентрирана; дълбочини от 200 до 3000 m представляват 31,1%, а за райони с дълбочина над 3000 m - по -малко от 10%. От климатичните географски ширини в Световния океан субантарктическите и северните умерени зони са най -богати: тяхната биомаса е 10 пъти по -голяма, отколкото в екваториалната зона. На сушата, напротив, най -високите стойности на живата материя се намират в екваториалните и субекваториалните пояси.

Основата на биологичния цикъл, който осигурява съществуването на живот, е слънчевата енергия и хлорофилът на зелените растения, който я улавя. Всеки жив организъм участва в цикъла на веществата и енергията, абсорбира някои вещества от външната среда и освобождава други. Биогеоценозите, състоящи се от голям брой видове и костни компоненти на околната среда, извършват цикли, по които се движат атоми от различни химични елементи. Атомите постоянно мигрират през много живи организми и костната среда. Без миграцията на атоми животът на Земята не би могъл да съществува: растенията без животни и бактерии скоро ще изчерпят запасите си от въглероден диоксид и минерали, а животинските основи на растенията ще загубят своя източник на енергия и кислород.

Биомаса на земната повърхност - съответства на биомасата на земно -въздушната среда. Той се увеличава от полюсите към екватора. В същото време броят на растителните видове се увеличава.

Арктическа тундра - 150 растителни вида.

Тундра (храсти и тревисти) - до 500 растителни вида.

Горска зона (иглолистни гори + степи (зона)) - 2000 вида.

Субтропи (цитрусови, палми) - 3000 вида.

Широколистни гори (тропически гори) - 8000 вида. Растенията растат на няколко нива.

Биомаса на животни. Дъждовната гора има най -голямата биомаса на планетата. Такова богатство на живота предизвиква тежък естествен подбор и борбата за съществуване a => Приспособимост на различни видове към условията на съвместно съществуване.

Биомаса на Земята - съвкупността от всички живи организми на планетата.Биомасата на Земята е около 2,4 10 12 тона (около 0,01% от масата на цялата биосфера): 97% от това количество е заето от растения, 3% от животни. В момента на Земята са известни няколко милиона вида живи организми. Биомасата на сушата е 99,87%, на Световния океан - 0,13%. Това се дължи на по -ниската ефективност на фотосинтезата (използването на слънчевата лъчиста енергия в океанската област е 0,04%, на сушата - 0,1%).

Биомасата на сушата е неравномерно разпределена и нараства от полюсите до екватора, видовото разнообразие също се увеличава. Производителността на различните екологични системи е различна и зависи от редица климатични фактори, преди всичко от наличието на топлина и влага. Най -продуктивните екосистеми на тропическите гори, следвани от обработваема земя, степи и ливади, пустини, полярни зони.

Почвата като жива среда се характеризира с висока плътност, непрозрачност, лош кислород, съдържа вода, в която се разтварят минерални вещества; образува се от скала в резултат на атмосферни влияния и активността на живите организми. Минералният състав на почвата е представен от силициев диоксид (около 50%), алуминий (до 25%), оксиди на желязо, магнезий, калий, фосфор, калций (до 10%). Органичните вещества в почвата се минерализират с образуването на по -прости съединения (CO2, NH3 и др.) Или се превръщат в по -сложни съединения - хумус или хумус. Почвата е покрита с органични отпадъци, които все още не са променени или се състоят от леко разложени растителни остатъци от горски отпадъци, степни филци и др. Биогеоценозите на почвата са гъсто населени с живи организми, които засягат нейните физико -химични характеристики: корени на растения, бактерии, гъби, водорасли, протозои, животни ... В почвата протичат различни химични реакции на трансформация на вещества, свързани с жизнената активност на бактериите. Нитрифициращите бактерии окисляват амоняка до соли на азотна и азотна киселина. При анаеробни условия протича обратният процес - денитрификация - свързана с редукция на соли на азотна киселина. Най -голям брой организми живеят в горните слоеве на почвата: бактериите минерализират органичните вещества, протозоите унищожават излишните бактерии; земните червеи, ларвите на насекомите, акарите разхлабват почвата, допринасят за нейното проветряване.

Биомаса на Световния океан. Хидросферата заема около 70% от биосферата на Земята. Хидросферата се различава от сухоземните местообитания главно по своята плътност и вискозитет. Най -голямото разнообразие на живота се отличава с топли морета и океани в екватора и в тропиците; на север и юг флората и фауната на моретата се изчерпват стотици пъти. Повечето от тях са концентрирани в повърхностните слоеве и в крайбрежната зона. В зависимост от начина на движение и престоя в определени слоеве, морският живот е разделен на три екологични групи: нектон, планктон и бентос. Necton е активно движещо се животно, способно да преодолява дълги разстояния и силни течения: риба, калмари, ластоноги, китове. В сладките води земноводните и много насекоми също принадлежат към нектон. Планктонът е съвкупност от растения (водорасли и др.) И дребни животински организми (малки ракообразни, медузи, желе от гребен, някои червеи), които живеят на различни дълбочини, но не са способни на активно движение и да устоят на течения. Бентосът е представен главно от прикрепени или бавно движещи се животни (някои риби, гъби, колентерати, червеи, мекотели, асцидии и др.), Които са по -многобройни в плитки води. В плитки води растенията (диатомеи, зелени, кафяви, червени водорасли, бактерии) също влизат в бентоса. На дълбочина, където няма светлина, фитобентосът отсъства. Според количеството проникваща светлина резервоарите са разделени на две хоризонтални зони: горната или ефотична (до 100-200 м във водите на океанския регион), и долната, простираща се на големи дълбочини, - афотична, където няма достатъчно светлина за фотосинтеза (фиг. 15.1).

Биомасата се характеризира с голямо количество енергия. Ходът на метаболитните реакции в живата материя е хиляди, а понякога и милиони пъти по -бърз. Много химични съединения, които съставляват живите същества, са стабилни само в живите организми. Способността за движение е обща характеристика на живата материя в биосферата. Биомасата показва значително по-голямо морфологично и химично разнообразие от неживите. Организмите, които изграждат биосферата, са способни да се размножават и разпространяват по цялата планета. Свойствата на живите същества са в основата на биогеохимичните функции:

• енергийната функция се състои във фотосинтетичната активност на зелените растения; в процеса на тази активност се натрупва слънчева енергия, поради което на Земята се случват жизненоважни явления;
• газова функция - постоянен обмен на газ с околната среда по време на дишане на растения и животни и фотосинтеза на растения. Това причинява миграцията на газове и тяхната трансформация, осигурява газовия състав на биосферата. В процеса на функциониране на живата материя се създават основните газове: азот, кислород, въглероден диоксид, сероводород, метан и др.;
• концентрационната функция се проявява в извличането и натрупването на биогенни елементи от околната среда от живи организми. Концентрацията на тези елементи в тялото на живите организми е стотици и хиляди пъти по -висока, отколкото във външната среда. Атомите първо се концентрират в живите организми, а след това, след като изсъхнат и минерализират, преминават в неживата природа;
• окислително -възстановителната функция се състои в обмен на вещества и енергия с външната среда: дисимилация и асимилация. В този случай преобладават биогенните процеси на окисление и редукция;
• разрушителната функция определя процесите, свързани с разлагането на организмите след тяхната смърт, в резултат на което настъпва минерализацията на органичната материя, т.е. превръщането на живата материя в инертна. В резултат на това се образуват и биогенни и биоинертни вещества от биосферата;
• образуващата околната среда функция е да трансформира физическите и химичните параметри на околната среда в резултат на жизнените процеси.

Метаболизмът, растежът и възпроизводството на организмите стоят в основата на биогенната миграция на атомите, което в процеса на еволюция доведе до създаването на модерна естествена система. В продължение на милиарди години растенията са абсорбирали огромни количества въглероден диоксид и са обогатили атмосферата с кислород, от който се е образувал озоновият екран. Наличието на защита от ултравиолетови лъчи позволи на живите да излязат от водата и да се разпространят по сушата. Живите организми имат изключително дълбок ефект върху естествените свойства на биосферата и цялата Земя. Варовиковите скелети на безгръбначни са образували седиментни скали като тебешир и варовик; въглища и нефт са получени от растителни остатъци. Почвата е до голяма степен биогенна. Той е продукт на жизнената дейност на микроорганизмите, растенията и животните при взаимодействието им с неорганичната природа. Появата в процеса на еволюция на по -сложни организми, по -малко зависими от промените в околната среда, както и развитието на относително стабилни екосистеми доведоха до увеличаване на скоростта на миграция на енергия и вещества в образуваните биогеоценози.

В момента на Земята са известни около 500 хиляди растителни вида, повече от 1,5 милиона животински вида. 93% от тях обитават сушата, а 7% са жители на водната среда (таблица).

От данните в таблицата може да се види, че макар океаните да заемат около 70% от земната повърхност, те образуват само 0,13% от земната биомаса.

Почвата се образува биогенна, състои се от неорганични и органични вещества. Извън биосферата образуването на почвата е невъзможно. Под въздействието на микроорганизми, растения и животни почвеният слой на Земята започва постепенно да се образува върху скалите. Биогенните елементи, натрупани в организмите, след тяхната смърт и разлагане, отново преминават в почвата.

Процесите, протичащи в почвата, са важен компонент от цикъла на веществата в биосферата. Икономическата дейност на човека може да доведе до постепенна промяна в състава на почвата и смърт на микроорганизми, живеещи в нея. Ето защо е необходимо да се разработят мерки за разумно използване на почвата. Материал от сайта

Хидросферата играе важна роля в разпределението на топлината и влажността по планетата, в цикъла на веществата, поради което има и мощен ефект върху биосферата. Водата е важен компонент на биосферата и един от най -важните фактори за живота на организмите. По -голямата част от водата е в океаните и моретата. Съставът на океанската и морската вода включва минерални соли, съдържащи около 60 химични елемента. Кислородът и въглеродът, които са от съществено значение за живота на организмите, се разтварят добре във вода. Водните животни отделят въглероден диоксид по време на дишането, а растенията в резултат на фотосинтезата обогатяват водата с кислород.

Планктон

В горните слоеве на океанските води, достигащи дълбочина до 100 м, са разпространени едноклетъчни водорасли и микроорганизми, които образуват микропланктон(от Гръцкипланктон - скитане).

Около 30% от фотосинтезата на нашата планета се осъществява във вода. Водораслите, възприемайки слънчевата енергия, я превръщат в енергията на химичните реакции. При храненето на водните организми основното значение е планктон.

F и vи аз около b около l около h Да се а с д м л и

Навсякъде по Земята, където и да обърнеш поглед, царува животът. Навсякъде можете да намерите всякакви растения и животни. И колко още организми, които не се виждат с просто око! Най -простите едноклетъчни животни и микроскопични водорасли, множество гъби, бактерии, вируси ...

В наше време са известни до 500 хиляди растителни вида и около 1,5 милиона животински вида. Но не всички видове все още са открити и описани. И ако си представите колко индивида има всеки вид! .. Опитайте се да преброите броя на елите в тайгата, или глухарчетата на поляна, или класове в едно поле на пшеница ... Колко мравки живеят в един мравуняк, колко ракообразни от циклоп или дафния в една локва, колко катерици има в гората, колко щуки, костури или хлебарки има в едно езеро? .. И наистина страхотни фигури се получават при опит за преброяване на микроорганизми.

И така, в1 грам горска почва средно има:

бактерии - 400 000 000,

гъби - 2 000 000,

водорасли - 100 000,

протозои - 10 000.

Микробиолозите от Университета на Джорджия вярват в това на Земята само 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (5 нониона) бактерии . Това възлиза на 70% от масата на целия живот на планетата.

Целият този безброй набор от живи същества не е поставен хаотично и произволно, а строго според законите на живота, в определен ред, според исторически установените на Земята закони на живота. Ето какво пише по този въпрос американският биолог К. Уили: „На пръв поглед може да изглежда, че светът на живите същества се състои от невъобразимо множество растения и животни, различни един от друг и всяко от тях върви по своя път. По -подробно проучване обаче показва, че всички организми, както растителни, така и животински, имат едни и същи основни жизнени нужди, те се сблъскват с едни и същи проблеми: получаване на храна като източник на енергия, завладяване на жизнено пространство, размножаване и т. Н. В хода на решаването тези проблеми, растения и животни са формирали огромно разнообразие от различни форми, всяка от които е адаптирана към живота в дадените условия на околната среда. Всяка форма се адаптира не само към физическите условия на околната среда - тя придобива устойчивост на колебания в определени граници на влажност, вятър, осветление, температура, гравитация и т.н., но и към биотичната среда - към всички растения и животни, живеещи в същата зона.

Редовно разпространен на Земята, целият набор от организми образува живата обвивка на нашата планета - биосферата. Заслугата за разработването на концепцията за „биосфера“ и изясняването на нейната планетарна роля принадлежи на руския академик В. И. Вернадски, въпреки че самият термин е използван в края на миналия век. Какво представлява биосферата и защо е толкова важна?

Повърхностните части на Земята се състоят от три минерални, неорганични черупки: литосферата - твърдата каменна обвивка на Земята; хидросфера - течна, прекъсната обвивка, включваща всички морета, океани и вътрешни води - Световният океан; атмосферата е газова обвивка.

Цялата хидросфера, горните части на литосферата и долните слоеве на атмосферата са обитавани от животни и растения. Съвременната биосфера се е образувала в процеса на възникване и по -нататъшно историческо развитие на живата материя. От времето на възникването на живота на Земята, според различни оценки, са минали от 1,5-2,5 до 4,2 милиарда години. В. И. Вернадски стига до заключението, че през това време всички външни слоеве на земната кора са обработени от жизнената активност на организмите с 99 процента. Следователно Земята във формата, в която я възприемаме, на която живеем, е до голяма степен продукт на дейността на организмите.

Животът, възникнал на Земята в резултат на естественото развитие на материята, в продължение на много милиони години от съществуването си под формата на различни организми, е променил облика на нашата планета.

Всички организми от биосферата заедно образуват биомаса или "жива материя", която притежава мощна енергия, която променя земната кора и атмосферата. Общото тегло на растителните вещества е около 10 000 милиарда, а това на животните е около 10 милиарда тона, което е около 0,01 процента от теглото на цялата биосфера с нейните твърди, течни и газообразни местообитания. Смята се, че биомасата на всички живи същества, обитавали Земята, около милиард години след появата на живота, е трябвало да бъде многократно по -голяма от масата на нашата планета. Но това не се случи.

Защо биомасата не се натрупва значително? Защо се държи на определено ниво? В крайна сметка биомасата като жива материя има тенденция към непрекъснато развитие, усъвършенстване и постоянно натрупване в процеса на това развитие, в процеса на възпроизводство и растеж на живи същества.

И това не се случва, защото всеки елемент, от който е изградено тялото на един организъм, се възприема от околната среда, а след това, чрез редица други организми, отново се връща в заобикалящата, неорганична среда, от която отново влиза в състава на жива материя, биомаса. Следователно всеки елемент, който е част от живата материя, се използва от нея много пъти.

Това обаче не трябва да се разбира в абсолютен смисъл. От една страна, част от елементите напускат циркулацията на веществата, тъй като на Земята натрупването на органични съединения под формата на находища на въглища, петрол, торф, шистови шисти и др., За да се осигури по -интензивен процес на биомаса натрупване, което се проявява в непрекъснато увеличаване на добива на земеделски култури и производителността на домашните животни.

Но всичко това в никакъв случай не отхвърля общото правило. По същество биомасата на Земята не се натрупва, а постоянно се поддържа на определено ниво, въпреки че това ниво не е абсолютно и постоянно. Това се случва, защото биомасата постоянно се унищожава и създава отново от един и същ строителен материал, в нейните граници има непрекъсната циркулация на веществата. В. И. Вернадски пише: „Животът улавя значителна част от атомите, които съставляват материята на земната повърхност. Под негово влияние тези атоми са в непрекъснато интензивно движение. Милиони най -разнообразни съединения се създават от тях през цялото време. И този процес продължава десетки милиони години без прекъсване, от най -древните археозойски ери до нашето време. Няма химическа сила на земната повърхност, която да действа по -постоянно и следователно по -мощна в крайните си последици от живите организми като цяло.

Този цикъл, който възниква в резултат на жизнената дейност на организмите, се нарича биологичен цикъл на веществата. Той придобива модерен характер с появата на зелени растения, които осъществяват процеса на фотосинтеза. Оттогава условията за еволюция на живата материя на Земята придобиват съвсем различен характер.

Ходът на цикъла на веществата може да бъде разгледан накратко с помощта на примера на въглерода, чиито атоми са част от сложна протеинова молекула. Животът и метаболизмът са свързани с молекулата на протеина.

Всеки хектар на Земята съдържа до 2,5 тона въглерод в състава на въглероден диоксид (CO2). Изчисленията показват, че културите, например от захарна тръстика, на всеки хектар абсорбират до 8 тона въглерод, който се използва за изграждане на тялото на тези растения. В резултат на това са използвани зелени растения

Ще има цяло снабдяване с въглерод. Но това не се случва, защото организмите отделят значителни количества въглероден диоксид по време на дишането, а още повече въглерод отделя гнилостни бактерии и гъбички, унищожавайки въглеродни съединения, съдържащи се в мъртвите тела на животни и растения. Част от въглерода все още напуска сферата на "циркулация", като се отлага под формата на залежи от нефт, въглища, торф и т.н., в които се превръщат мъртви растения и животни. Но тази загуба на въглерод се компенсира от разрушаването на карбонатите на скалите, а в съвременните условия и от изгарянето на огромно количество извлечено гориво. В резултат на това въглеродът изглежда непрекъснато тече от атмосферата през зелени растения, животни, микроорганизми обратно в атмосферата. По този начин общите запаси на въглерод в биосферата остават приблизително постоянни. Може да се предположи с висока степен на сигурност, че почти всеки въглероден атом в биосферата от появата на живота на Земята многократно е бил в състава на живата материя, преминава в атмосферен въглероден диоксид и отново се връща в състава на живата материя, биомаса.

В съвременните условия въглеродът в процеса на биологична циркулация на веществата преминава през следните етапи: 1) зелени растения, създатели на органични вещества, абсорбират въглерод от атмосферата и го въвеждат в тялото си; 2) животните или потребителите, които ядат растения, от техните въглеродни съединения изграждат въглеродни съединения на тялото си; 3) бактериите, както и някои други организми или разрушители, унищожават органичната материя на мъртви растения и животни и освобождават въглерод, който отново излиза в атмосферата като въглероден диоксид.

Друга важна съставка на аминокиселините и протеините от биомаса е азотът. Източникът на азот на Земята са нитратите, които се поглъщат от растенията от почвата и водата. Животните, които ядат растения, синтезират своята протоплазма от растителни аминокиселини с протеин. Гниещите бактерии превръщат азотните съединения на мъртвите тела на тези организми в амоняк. След това нитрифициращите бактерии превръщат амоняка в нитрити и нитрати. Част от азота се връща в атмосферата чрез денитрифициращи бактерии. Но на Земята в процеса на еволюция на живата материя се появяват организми, които са в състояние да свържат свободния азот и да го превърнат в органични съединения. Това са някои синьо-зелени водорасли, почва и нодуларни бактерии заедно с клетките на корените на бобовите растения. Когато тези организми умират, азотът в тялото им се превръща от нитрифициращи бактерии в соли на азотна киселина.

Подобен цикъл се осъществява от вода, фосфор и много други вещества, които са част от живата материя и минералните черупки на биосферата. най -грандиозният по мащаб непрекъснато движещ се поток - биологичният цикъл на веществата ... „Прекратяването на живота неизбежно би било свързано с прекратяване на химически промени, ако не цялата земна кора, то поне нейната повърхност - лицето на Земята, биосферата“, пише академик В. И. Вернадски.

Тази идея на Вернадски е особено ярко потвърдена от ролята, която кислородът, продукт на растителната фотосинтеза, играе в процеса на циркулацията си. Почти целият кислород в земната атмосфера е възникнал и се поддържа на определено ниво чрез дейността на зелените растения. В големи количества се консумира от организмите по време на дишането. Но освен това, притежавайки огромна химическа активност, кислородът непрекъснато навлиза в съединения с почти всички други елементи.

Ако зелените растения не отделяха толкова огромно количество кислород, то той би изчезнал напълно от атмосферата за около 2000 години. Целият външен вид на Земята щеше да се трансформира, почти всички организми ще изчезнат, всички окислителни процеси във физическата част на биосферата ще престанат ... Земята ще се превърне в безжизнена планета. Наличието на свободен кислород в атмосферата на планетата показва, че върху нея има живот, жива материя и биосфера. И тъй като съществува биосфера, почти всички елементи на околната среда са включени от нея в грандиозен, безкраен цикъл от вещества.

Смята се, че в съвременната ера целият кислород, съдържащ се в атмосферата, се циркулира през организми (свързване по време на дишане и освобождаване по време на фотосинтезата) през 2000 години, че целият въглероден диоксид в атмосферата прави цикъл в обратна посока на всеки 300 години и че цялата вода на Земята се разлага и възпроизвежда чрез фотосинтеза и дишане за 2 000 000 години.

Теорията на биосферата се основава на геохимични изследвания, изучавани предимно от В. И. Вернадски, циклите на кислорода и въглерода. Той е първият, който предполага, че съдържащият се в съвременната атмосфера кислород се образува в резултат на фотосинтетичната активност на растенията.

Изключителният природоизследовател В. И. Вернадски притежаваше невероятна способност да покрива с острата си и блестяща мисъл почти всички области на съвременната природознание. В мислите и концепциите си той беше далеч пред настоящото ниво на знания и предвиждаше развитието им за десетилетия напред. Още през 1922 г. Вернадски пише за отблизо овладяването на огромните запаси от ядрена енергия на човека, а в края на 30 -те години предсказва настъпващата ера на излизането на човека в космоса. Той стои в началото на много науки за Земята - генетична минералогия, геохимия, биогеохимия, радиогеология и създава учението за биосферата на Земята, което се превръща във върха на неговото творчество.

Научните търсения на В. И. Вернадски постоянно бяха свързани с огромна организационна работа. Той е инициатор за създаването на Комисията за изследване на естествените производителни сили на Русия, един от организаторите на Украинската академия на науките и нейният първи президент. По инициатива на Вернадски, Института по география, Института по минералогия и геохимия на името на М. В. Ломоносов, Института Радиев, Керамико -оптичния институт, Биогеохимичната лаборатория, която сега се е превърнала в Институт по геохимия и аналитична химия на името на В. И. Вернадски , Комисията за изследване на вечната замръзналост, по -късно трансформирана във V.A. Най -накрая му хрумна идеята за създаване на Международна комисия за определяне на геоложката възраст на Земята.

ЕНЕРГИЕН ПОТОК В БИОСФЕРАТА

Циклите на всички вещества са затворени, същите атоми се използват многократно в тях. Следователно, ново вещество не е необходимо за изпълнението на цикъла. Законът за запазване на материята, според който материята никога не възниква и не изчезва, е очевиден тук. Но за трансформацията на веществата в рамките на биогенния цикъл е необходима енергия. За сметка на каква енергия се осъществява този грандиозен процес?


Основният източник на енергия, необходим за живота на Земята и следователно за осъществяването на биологичния цикъл на веществата, е слънчевата светлина, тоест енергията, която възниква във вътрешността на Слънцето по време на ядрени реакции при температура приблизително 10 000 000 градуса. (Температурата на повърхността на слънцето е много по -ниска, само 6000 градуса.) До 30 процента от енергията се разсейва в атмосферата или се отразява от облаците и земната повърхност, до 20 процента се абсорбира в горните слоеве на облаците, около 50 процента достига сушата или повърхността на океана и се абсорбира под формата на топлина. Само незначително количество енергия, само около 0,1-0,2 процента, се улавя от зелените растения; именно тя осигурява целия биологичен цикъл на веществата на Земята.

Зелените растения акумулират енергията на слънчевия лъч, съхраняват я в тялото си. Животните, които се хранят с растения, съществуват за сметка на енергията, постъпила в тялото им с храната, с изядените растения. Хищниците в крайна сметка също се изхранват от енергията, натрупана от зелените растения, тъй като се хранят с тревопасни животни.

По този начин енергията на Слънцето, първоначално използвана от зелените растения в процеса на фотосинтеза, се превръща в потенциалната енергия на химическите връзки на онези органични съединения, от които е изградено самото тяло на растенията. В тялото на животно, което е изяло растение, тези органични съединения се окисляват с отделянето на такова количество енергия, което е изразходвано за синтезиране на органични вещества от растението. Част от тази енергия се използва за живота на животното, а част, съгласно втория закон на термодинамиката, се превръща в топлина и се разсейва в космоса.

В крайна сметка енергията, получена от слънцето от зелено растение, се прехвърля от един организъм в друг. При всеки такъв преход енергията се превръща от една форма (жизнената енергия на растението) в друга (жизнената енергия на животно, микроорганизъм и т.н.). С всяка такава трансформация се намалява количеството полезна енергия. Следователно, за разлика от цикъла от вещества, който тече в омагьосан кръг, енергията се движи от организъм в организъм в определена посока. Има еднопосочен поток от енергия, а не цикъл.

Не е трудно да си представим, че веднага щом Слънцето излезе, цялата енергия, натрупана от Земята, постепенно след определен и относително кратък период от време ще се превърне в топлина и ще се разсее в космоса. Циркулацията на вещества в биосферата ще спре, всички животни и растения ще умрат. Доста мрачна картина ... краят на живота на Земята ...

Не бива обаче да се объркваме с това заключение. В края на краищата Слънцето ще грее още няколко милиарда години, тоест поне докато на Земята вече съществува живот, който се е развил от примитивни бучки жива материя до съвременния човек. Освен това самият човек се е появил на Земята само преди около милион години. През този период той премина от каменна брадва до най -сложните електронни компютри, проникна в дълбините на атома и Вселената,

Всеки преход на енергия от една форма в друга е придружен от намаляване на количеството полезна енергия, която е надхвърлила Земята и успешно изследва космоса.

Появата на човек и такава високо организирана материя като мозъка му беше и е от изключително значение за еволюцията на живата майка и цялата биосфера. От създаването си човечеството като част от биомасата е било напълно зависимо от околната среда за дълго време. Но с развитието на мозъка и мисленето човек все повече завладява природата, издига се над нея, подчинява я на своите интереси. Още през 1929 г. А. П. Павлов, подчертавайки все по-нарастващата роля на човека в развитието на органичния свят на Земята, предлага да нарече кватернерния период „антропоген“, а след това и В. И. Вернадски, вярвайки, че човечеството създава нова, интелигентна обвивка на Земята или сферичен ум, предложи името "ноосфера".

Човешката дейност значително променя циркулацията на вещества в биосферата. Около 50 милиарда тона въглища са изкопани и изгорени; милиарди тонове се добиват за желязо и други метали, петрол, торф. Човекът е овладял различни форми на енергия, включително атомна енергия. В резултат на това на Земята се появиха напълно нови химични елементи и стана възможно някои елементи да се трансформират в други, а голямо количество радиоактивно излъчване беше включено в биосферата. Човекът се е превърнал в величината на космическия ред и силата на ума му в близко бъдеще ще може да овладее такива форми на енергия, за които сега дори не подозираме.