Biológovia kvantifikovali globálnu distribúciu biomasy na Zemi, ktorá spolu predstavovala 550 miliárd ton uhlíka. Ukázalo sa, že viac ako 80 percent z tohto počtu tvoria rastliny, celková biomasa suchozemských organizmov je asi o dva rády väčšia ako morských organizmov a podiel ľudí je asi 0,01 percenta, píšu vedci v r. Zborník Národnej akadémie vied.

Kvantitatívne údaje o celkovej biomase všetkých živých organizmov na Zemi a jej distribúcii medzi jednotlivými druhmi sú dôležitou informáciou pre modernú biológiu a ekológiu: dajú sa použiť na štúdium všeobecnej dynamiky a vývoja celej biosféry, jej odozvy na klimatické procesy prebiehajúce na planéta. Priestorové rozloženie biomasy (geografické, podľa hĺbky a biotopov druhov), ako aj jej rozloženie medzi rôznymi druhmi živých organizmov môže slúžiť ako dôležitý ukazovateľ pri hodnotení transportných ciest uhlíka a iných prvkov, ako aj ekologických interakcií alebo potravín. weby. Doposiaľ sa však robili kvantitatívne odhady distribúcie biomasy buď pre jednotlivé taxóny alebo v rámci niektorých ekosystémov a zatiaľ neboli urobené spoľahlivé odhady pre celú biosféru.

Na získanie takýchto údajov skupina vedcov z Izraela a Spojených štátov amerických vedená Ronom Milom z Weizmannovho inštitútu vykonala akési sčítanie všetkých živočíšnych druhov s odhadom ich biomasy a geografického rozšírenia. Vedci zozbierali všetky údaje z niekoľkých stoviek relevantných vedeckých článkov, následne tieto informácie spracovali pomocou vyvinutej integračnej schémy s prihliadnutím na geografické rozšírenie druhov. Ako kvantitatívny ukazovateľ biomasy, ktorú možno pripísať rôznym druhom, vedci použili informácie o hmotnosti uhlíka, ktorý pripadá na rôzne taxóny (to znamená, že pri úvahách sa nebrala do úvahy napríklad hmotnosť vody). Teraz sú všetky získané výsledky, ako aj programy použité na analýzu, vo verejnej doméne a možno ich nájsť na githube.

Schematický diagram získavania údajov o globálnom rozložení biomasy z dostupných neúplných údajov s prihliadnutím na geografické rozloženie parametrov prostredia

Y. M. Bar-On a kol./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Analýza získaných údajov ukázala, že celková biomasa všetkých živých organizmov na Zemi je približne 550 miliárd ton uhlíka. Jeho drvivú časť zároveň obsahujú zástupcovia rastlinnej ríše: 450 gigaton uhlíka je viac ako 80 percent z celkového počtu. Na druhom mieste sú baktérie: asi 70 miliárd ton uhlíka, zatiaľ čo zvieratá (2 miliardy ton) sú tiež horšie ako huby (12 miliárd ton), archaea (7 miliárd ton) a prvoky (4 miliardy ton). Spomedzi zvierat je najväčšia biomasa v článkonožcoch (1 miliarda ton) a napríklad celková biomasa jedného druhu Homo sapiens je 0,06 miliardy ton uhlíka – to je asi 0,01 percenta všetkej biomasy na Zemi.

Rozdelenie biomasy medzi predstaviteľmi rôznych kráľovstiev (vľavo) a v rámci živočíšnej ríše (vpravo)

Y. M. Bar-On a kol./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Distribúcia biomasy medzi rôznymi biotopmi: súčet pre všetky živé organizmy (vľavo) a oddelene pre zástupcov rôznych kráľovstiev (vpravo)

Y. M. Bar-On a kol./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Je zaujímavé, že maximálny podiel biomasy zástupcov hlavných kráľovstiev žije v rôznych biotopoch. Takže väčšina rastlín sú suchozemské druhy. Maximum biomasy živočíchov žije v moriach a oceánoch a napríklad väčšina baktérií a archeí sa nachádza hlboko pod zemou. Celková biomasa suchozemských organizmov je navyše asi o dva rády väčšia ako u morských organizmov, ktoré podľa autorov štúdie tvoria len 6 miliárd ton uhlíka.

Vedci poznamenávajú, že kvôli nedostatku presných informácií sa získané údaje počítajú s veľmi veľkou neistotou. S dostatočnou istotou sa teda dá odhadnúť iba biomasa rastlín na Zemi a pre baktérie a archaea sa získané údaje môžu líšiť od skutočných aj 10-krát. Neistota v údajoch o celkovej biomase všetkých živých organizmov na Zemi však nepresahuje 70 percent.

Výsledky, ktoré získali, sú podľa autorov práce založené na údajoch zo súčasného vedeckého výskumu, a preto ich možno aj napriek pomerne veľkej chybe použiť na moderné environmentálne a biologické hodnotenia. Vedci tiež poznamenávajú, že pri analýze údajov boli schopní identifikovať tie geografické oblasti, pre ktoré je v súčasnosti k dispozícii veľmi málo údajov a je potrebný ďalší výskum. Vedci dúfajú, že v budúcnosti spresnenie údajov umožní nielen vykonávanie takejto analýzy s dostatočným geografickým rozlíšením, ale aj sledovanie dynamiky zmien v takýchto distribúciách v priebehu času.

Nedávno vedci rozdelili biomasu do menších systémov skúmaním veľkých lesov po celej Zemi. Ukázalo sa, že viac ako polovicu všetkej lesnej biomasy tvorí len jedno percento najväčších stromov, z ktorých väčšina presahuje priemer 60 centimetrov. Zároveň pre niektoré druhy zvierat v určitých geografických oblastiach je už možné vykonať dynamickú analýzu. Napríklad minulý rok európski ekológovia skúmali biomasu lietajúceho hmyzu v národných parkoch v Nemecku a že za 27 rokov klesla naraz o 76 percent.

Alexander Dubov

Úhrn všetkých živých organizmov tvorí biomasu (alebo slovami V.I. Vernadského živú hmotu) planéty.

Podľa hmotnosti je to asi 0,001 % hmotnosti zemskej kôry. Napriek nepatrnej celkovej biomase je však úloha živých organizmov v procesoch prebiehajúcich na planéte obrovská. Práve činnosť živých organizmov určuje chemické zloženie atmosféry, koncentráciu solí v hydrosfére, vznik niektorých a deštrukciu iných hornín, tvorbu pôdy v litosfére atď.

Sushi biomasa. Najvyššia hustota života v tropických pralesoch. Rastlinných druhov je viac (viac ako 5 tisíc). Na sever a juh od rovníka život chudobnie, jeho hustota a počet druhov rastlín a živočíchov klesá: v subtrópoch žije okolo 3 tisíc druhov rastlín, v stepiach asi 2 tisíc, potom sú to listnaté a ihličnaté lesy a napokon tundra, v ktorej rastie asi 500 druhov lišajníkov a machov. V závislosti od intenzity vývoja života v rôznych zemepisných šírkach sa mení biologická produktivita. Odhaduje sa, že celková primárna produktivita pôdy (biomasa tvorená autotrofnými organizmami za jednotku času na jednotku plochy) je asi 150 miliárd ton, vrátane podielu svetových lesov je 8 miliárd ton organickej hmoty ročne. Celková hmotnosť rastlín na hektár v tundre je 28,25 ton, v tropickom lese - 524 ton.V miernom pásme tvorí 1 hektár lesa ročne asi 6 ton dreva a 4 tony listov, je 193,2 * 109 J ( ~ 46 * 109 cal). Sekundárna produktivita (biomasa tvorená heterotrofnými organizmami za jednotku času na jednotku plochy) v biomase hmyzu, vtákov a iných v tomto lese sa pohybuje od 0,8 do 3 % rastlinnej biomasy, teda asi 2 * 109 J (5 * 108 cal).< /p>

Primárna ročná produktivita rôznych agrocenóz sa značne líši. Priemerná svetová produktivita v tonách sušiny na hektár je: pšenica - 3,44, zemiaky - 3,85, ryža - 4,97, cukrová repa - 7,65. Úroda, ktorú človek nazbiera, tvorí len 0,5 % z celkovej biologickej produktivity poľa. Značnú časť prvovýroby ničia saprofyty – obyvatelia pôdy.

Pôdy sú jednou z dôležitých zložiek biogeocenóz zemského povrchu. Východiskovým materiálom pre tvorbu pôdy sú povrchové vrstvy hornín. Z nich sa vplyvom mikroorganizmov, rastlín a živočíchov vytvára pôdna vrstva. Organizmy v sebe koncentrujú biogénne prvky: po smrti rastlín a živočíchov a rozklade ich zvyškov tieto prvky prechádzajú do zloženia pôdy, v dôsledku čoho

hromadí biogénne prvky a hromadí aj neúplne rozložené organické pece. Pôda obsahuje obrovské množstvo mikroorganizmov. Takže v jednom grame černozemu ich počet dosahuje 25 * 108. Pôda je teda biogénneho pôvodu, pozostáva z anorganických, organických látok a živých organizmov (edafón je súhrn všetkých živých tvorov pôdy). Mimo biosféry je vznik a existencia pôdy nemožný. Pôda je biotopom mnohých organizmov (jednobunkových živočíchov, annelidov a okrúhlych červov, článkonožcov a mnohých ďalších). Pôda je presiaknutá koreňmi rastlín, z ktorých rastliny prijímajú živiny a vodu. Produktivita poľnohospodárskych plodín je spojená s životne dôležitou činnosťou živých organizmov, ktoré sa nachádzajú v pôde. Vnášanie chemikálií do pôdy je často škodlivé pre život v nej. Preto je potrebné racionálne využívať pôdu a chrániť ich.

Každá lokalita má svoje pôdy, ktoré sa od ostatných líšia zložením a vlastnosťami. Vznik jednotlivých pôdnych typov je spojený s rôznymi pôdotvornými horninami, podnebím a vlastnosťami rastlín. VVDokuchaev identifikoval 10 hlavných typov pôd, v súčasnosti je ich viac ako 100. Na území Ukrajiny sa rozlišujú tieto pôdne zóny: Polesie, Lesostep, Step, Suchá step, ako aj Karpatské a Krymské horské oblasti s tzv. typy pôdnej štruktúry vlastné každej z nich.kryt. Polesie je charakteristické sod-pidzolovými listami, sivým lesom,. Lesné pôdy tmavé siri, podzolizované černozeme a pod. Lesostepné pásmo má sivé a tmavé lesné pôdy. Stepné pásmo predstavujú najmä černozeme. V ukrajinských Karpatoch prevládajú hnedé lesné pôdy. Na Kryme sú rôzne pôdy (čierna pôda, gaštan atď.), ale zvyčajne sú štrkové a kamenisté.

Biomasa svetového oceánu. Oceány zaberajú viac ako 2/3 povrchu planéty. Fyzikálne vlastnosti a chemické zloženie oceánskych vôd sú priaznivé pre rozvoj a existenciu života. Rovnako ako na súši, aj v oceáne je hustota života najväčšia v rovníkovej zóne a s rastúcou vzdialenosťou od nej klesá. V hornej vrstve, v hĺbke do 100 m, žijú jednobunkové riasy, ktoré tvoria planktón, „celková primárna produktivita fytoplanktónu vo svetovom oceáne je 50 miliárd ton ročne (asi 1/3 celkovej primárnej produkcie biosféry). Takmer všetky potravinové reťazce v oceáne začínajú fytoplanktónom, ktorý sa živí živočíchmi zooplanktónu, ako sú kôrovce. Kôrovce sú potravou mnohých druhov rýb a veľrýb. Vtáky jedia ryby. Veľké riasy rastú hlavne v pobrežných oblastiach oceánov a morí. Najväčšia koncentrácia života je v koralových útesoch. Oceán je chudobnejší na život ako pevnina, biomasa z jeho produkcie je 1000-krát menšia. Väčšina vytvorenej biomasy – jednobunkové riasy a ďalší obyvatelia oceánu – odumierajú, usadzujú sa na dne a ich organickú hmotu ničia rozkladače. Len asi 0,01 % primárnej produktivity Svetového oceánu sa dostáva k ľuďom cez dlhý reťazec trofických úrovní vo forme potravinovej a chemickej energie.

Na dne oceánu sa v dôsledku životnej činnosti organizmov vytvárajú sedimentárne horniny: krieda, vápenec, diatomit atď.

Biomasa živočíchov v oceánoch je približne 20-krát väčšia ako biomasa rastlín, obzvlášť veľká je v pobrežnej zóne.

Oceán je kolískou života na Zemi. Základom života v samotnom oceáne, primárnym článkom v zložitom potravinovom reťazci, je fytoplanktón, jednobunkové zelené morské rastliny. Tieto mikroskopické rastliny sa živia bylinožravým zooplanktónom a mnohými malými druhmi rýb, ktoré zase slúžia ako potrava pre množstvo nektónových, aktívne plávajúcich predátorov. Organizmy morského dna - bentos (fytobentos a zoobentos) - sa tiež podieľajú na oceánskom potravinovom reťazci. Celková hmotnosť živej hmoty v oceáne je 29,9 ∙ 109 t, pričom biomasa zooplanktónu a zoobentosu tvorí 90 % celkovej hmotnosti živej hmoty v oceáne, biomasa fytoplanktónu - asi 3 % a biomasa nektónu (hlavne rýb) - 4% (Suetova, 1973; Dobrodeev, Suetova, 1976). Vo všeobecnosti je oceánska biomasa 200-krát menšia z hľadiska hmotnosti a 1000-krát menšia na jednotku povrchu ako biomasa pevniny. Ročná produkcia živej hmoty v oceáne je však 4,3 ∙ 1011 ton.V živej hmotnosti sa približuje produkcii suchozemskej rastlinnej hmoty - 4,5 ∙ 1011 ton. Keďže morské organizmy obsahujú oveľa viac vody, tak v jednotkách suchej hmotnosti tento pomer vyzerá ako 1: 2,25. Pomer produkcie čistej organickej hmoty v oceáne je ešte nižší (ako 1:3,4) v porovnaní s produkciou na súši, keďže fytoplanktón obsahuje väčšie percento popola ako drevná vegetácia (Dobrodeev a Suetova, 1976). Pomerne vysoká produktivita živej hmoty v oceáne sa vysvetľuje skutočnosťou, že najjednoduchšie organizmy fytoplanktónu majú krátku životnosť, denne sa obnovujú a celková hmotnosť živej hmoty v oceáne je v priemere približne každých 25 dní. . Na súši trvá obnova biomasy v priemere 15 rokov. Živá hmota v oceáne je veľmi nerovnomerne rozložená. Maximálne koncentrácie živej hmoty v otvorenom oceáne - 2 kg / m2 - sa nachádzajú v miernych pásmach severného Atlantiku a severozápadného Tichého oceánu. Na súši majú zóny lesostepi a stepi rovnakú biomasu. Priemerné hodnoty biomasy v oceáne (od 1,1 do 1,8 kg / m2) majú oblasti mierneho a rovníkového pásma, na súši zodpovedajú biomase suchých stepí mierneho pásma, polopúští subtropického pásma, alpské a subalpínske lesy (Dobrodeev a Suetova, 1976) ... V oceáne je distribúcia živej hmoty závislá od vertikálneho miešania vôd, ktoré spôsobuje, že živiny vystupujú na povrch z hlbokých vrstiev, kde prebieha proces fotosyntézy. Takéto zóny vzostupu hlbokých vôd sa nazývajú upwelling zóny, sú najproduktívnejšie v oceáne. Zóny slabého vertikálneho miešania vôd sa vyznačujú nízkymi hodnotami produkcie fytoplanktónu - prvým článkom v biologickej produktivite oceánu, chudobe života. Ďalšou charakteristickou črtou distribúcie života v oceáne je jeho koncentrácia v plytkej vodnej zóne. V oblastiach oceánu, kde hĺbka nepresahuje 200 m, sa koncentruje 59 % biomasy bentickej fauny; hĺbky od 200 do 3000 m predstavujú 31,1 % a pre oblasti s hĺbkou nad 3000 m - menej ako 10 %. Z klimatických šírkových pásiem vo Svetovom oceáne sú subantarktické a severné mierne pásma najbohatšie: ich biomasa je 10-krát väčšia ako v rovníkovej zóne. Naopak, na súši sa najvyššie hodnoty živej hmoty nachádzajú v rovníkových a subekvatoriálnych pásoch.

Základom biologického cyklu, ktorý zabezpečuje existenciu života, je slnečná energia a chlorofyl zelených rastlín, ktorý ju zachytáva. Každý živý organizmus sa zúčastňuje kolobehu látok a energie, pričom niektoré látky z vonkajšieho prostredia prijíma a iné uvoľňuje. Biogeocenózy, pozostávajúce z veľkého počtu druhov a kostných zložiek prostredia, vykonávajú cykly, pozdĺž ktorých sa pohybujú atómy rôznych chemických prvkov. Atómy neustále migrujú mnohými živými organizmami a prostredím kostí. Bez migrácie atómov by život na Zemi nemohol existovať: rastliny bez živočíchov a baktérií by čoskoro vyčerpali svoje zásoby oxidu uhličitého a minerálov a živočíšne základy rastlín by stratili zdroj energie a kyslíka.

Biomasa zemského povrchu - zodpovedá biomase prostredia zem-vzduch. Zvyšuje sa od pólov k rovníku. Zároveň sa zvyšuje počet druhov rastlín.

Arktická tundra - 150 druhov rastlín.

Tundry (kríky a byliny) - až 500 druhov rastlín.

Lesná zóna (ihličnaté lesy + stepi (zóna)) - 2000 druhov.

Subtrópy (citrusy, palmy) - 3000 druhov.

Listnaté lesy (tropické dažďové pralesy) - 8000 druhov. Rastliny rastú v niekoľkých vrstvách.

Biomasa zvierat. Dažďový prales má najväčšiu biomasu na planéte. Takéto bohatstvo života spôsobuje tvrdý prírodný výber a boj o existenciu a => Adaptabilita rôznych druhov na podmienky spoločnej existencie.

Biomasa Zeme - súhrn všetkých živých organizmov na planéte. Biomasa Zeme je približne 2,4 10 12 ton (asi 0,01% hmotnosti celej biosféry): 97% z tohto množstva zaberajú rastliny, 3% - zvieratá. V súčasnosti je na Zemi známych niekoľko miliónov druhov živých organizmov. Biomasa pôdy je 99,87%, svetového oceánu - 0,13%. Je to spôsobené nižšou účinnosťou fotosyntézy (využitie žiarivej energie Slnka na oblasť oceánu je 0,04%, na súši - 0,1%).

Biomasa na súši je nerovnomerne rozložená a pribúda od pólov k rovníku, zvyšuje sa aj druhová diverzita. Produktivita rôznych ekologických systémov je rôzna a závisí od množstva klimatických faktorov, predovšetkým od dostupnosti tepla a vlhkosti. Najproduktívnejšími ekosystémami sú tropické lesy, nasledujú orná pôda, stepi a lúky, púšte, polárne zóny.

Pôda ako životné prostredie sa vyznačuje vysokou hustotou, neprehľadnosťou, slabým kyslíkom, obsahuje vodu, v ktorej sú rozpustené minerálne látky; vzniká z hornín v dôsledku zvetrávania a činnosti živých organizmov. Minerálne zloženie pôdy predstavuje oxid kremičitý (asi 50%), oxid hlinitý (do 25%), oxidy železa, horčíka, draslíka, fosforu, vápnika (do 10%). Organická hmota v pôde sa mineralizuje za vzniku jednoduchších zlúčenín (CO2, NH3 atď.) alebo sa mení na zložitejšie zlúčeniny – humus alebo humus. Pôda je pokrytá organickou podstielkou, ešte nezmenenou alebo pozostávajúcou z mierne rozložených rastlinných zvyškov lesnej podstielky, stepnej plsti atď. Pôdne biogeocenózy sú husto osídlené živými organizmami, ktoré ovplyvňujú jej fyzikálno-chemické vlastnosti: korene rastlín, baktérie, huby, riasy, prvoky, zvieratá... V pôde dochádza k rôznym chemickým reakciám transformácie látok, ktoré sú spojené s životne dôležitou aktivitou baktérií. Nitrifikačné baktérie oxidujú amoniak na soli kyseliny dusnej a dusičnej. V anaeróbnych podmienkach prebieha opačný proces – denitrifikácia – spojená s redukciou solí kyseliny dusičnej. Najväčší počet organizmov žije v horných vrstvách pôdy: baktérie mineralizujú organickú hmotu, prvoky ničia prebytočné baktérie; dážďovky, larvy hmyzu, roztoče uvoľňujú pôdu, prispievajú k jej prevzdušňovaniu.

Biomasa svetového oceánu. Hydrosféra zaberá asi 70 % biosféry Zeme. Hydrosféra sa od suchozemských biotopov líši najmä svojou hustotou a viskozitou. Najväčšiu rozmanitosť života charakterizujú teplé moria a oceány na rovníku a v trópoch, na severe a juhu je flóra a fauna morí stokrát vyčerpaná. Väčšina z nich je sústredená v povrchových vrstvách a v pobrežnej zóne. V závislosti od spôsobu pohybu a pobytu v určitých vrstvách sa morskí obyvatelia delia do troch ekologických skupín: nektón, planktón a bentos. Necton je aktívne sa pohybujúce veľké zviera schopné prekonať veľké vzdialenosti a silné prúdy: ryby, chobotnice, plutvonožce, veľryby. V sladkých vodách patria k nektónu obojživelníky a mnoho hmyzu. Planktón je súbor rastlín (riasy a pod.) a drobných živočíšnych organizmov (malé kôrovce, medúzy, hrebenáče, niektoré červy), ktoré žijú v rôznych hĺbkach, ale nie sú schopné aktívneho pohybu a odolávať prúdom. Bentos je zastúpený najmä pripútanými alebo pomaly sa pohybujúcimi živočíchmi (niektoré ryby, špongie, coelenteráty, červy, mäkkýše, ascidiánov atď.), ktoré sú početnejšie v plytkých vodách. V plytkej vode sa do bentosu dostávajú aj rastliny (rozsievky, zelené, hnedé, červené riasy, baktérie). V hĺbke, kde nie je svetlo, fytobentos chýba. Podľa množstva prenikajúceho svetla sa nádrže delia na dve horizontálne zóny: hornú alebo epotickú (do 100-200 m vo vodách oceánskej oblasti) a dolnú, siahajúcu do veľkých hĺbok, - afotickú, kde nie je dostatok svetla na fotosyntézu (obr. 15.1).

Biomasa sa vyznačuje veľkým množstvom energie. Priebeh metabolických reakcií v živej hmote je tisíckrát a niekedy aj miliónkrát rýchlejší. Mnohé chemické zlúčeniny, ktoré tvoria živé veci, sú stabilné iba v živých organizmoch. Schopnosť pohybu je bežnou vlastnosťou živej hmoty v biosfére. Biomasa vykazuje výrazne väčšiu morfologickú a chemickú diverzitu ako neživá biomasa. Organizmy, ktoré tvoria biosféru, sú schopné množiť sa a šíriť sa po planéte. Vlastnosti živých vecí sú základom biogeochemických funkcií:

• energetická funkcia spočíva vo fotosyntetickej činnosti zelených rastlín, v procese tejto činnosti dochádza k akumulácii slnečnej energie, vďaka ktorej dochádza k životným javom na Zemi;
• plynová funkcia - neustála výmena plynov s okolím pri dýchaní rastlín a živočíchov a fotosyntéze rastlín. To spôsobuje migráciu plynov a ich transformáciu, poskytuje zloženie plynov biosféry. V procese fungovania živej hmoty sa vytvárajú hlavné plyny: dusík, kyslík, oxid uhličitý, sírovodík, metán atď .;
• koncentračná funkcia sa prejavuje pri extrakcii a akumulácii biogénnych prvkov prostredia živými organizmami. Koncentrácia týchto prvkov v tele živých organizmov je sto a tisíckrát vyššia ako vo vonkajšom prostredí. Atómy sa najskôr koncentrujú v živých organizmoch a potom po ich odumieraní a mineralizácii prechádzajú do neživej prírody;
• redoxná funkcia spočíva vo výmene látok a energie s vonkajším prostredím: disimilácii a asimilácii. V tomto prípade prevládajú biogénne procesy oxidácie a redukcie;
• deštrukčná funkcia určuje procesy spojené s rozkladom organizmov po ich smrti, v dôsledku čoho dochádza k mineralizácii organickej hmoty, t.j. premena živej hmoty na inertnú. V dôsledku toho vznikajú aj biogénne a bioinertné látky biosféry;
• environmentotvornou funkciou je premena fyzikálnych a chemických parametrov prostredia v dôsledku životných procesov.

Metabolizmus, rast a rozmnožovanie organizmov sú základom biogénnej migrácie atómov, ktorá v procese evolúcie viedla k vytvoreniu moderného prírodného systému. Za miliardy rokov rastliny absorbovali obrovské množstvo oxidu uhličitého a obohatili atmosféru kyslíkom, z ktorého sa vytvorila ozónová clona. Prítomnosť ochrany pred ultrafialovými lúčmi umožnila živým dostať sa z vody a šíriť sa po súši. Živé organizmy majú mimoriadne hlboký vplyv na prirodzené vlastnosti biosféry a celej Zeme. Vápnité kostry bezstavovcov vytvorili sedimentárne horniny, ako je krieda a vápenec; uhlie a ropa vznikli z rastlinných zvyškov. Pôda je z veľkej časti biogénna. Je produktom životne dôležitej činnosti mikroorganizmov, rastlín a živočíchov v ich interakcii s anorganickou prírodou. Objavenie sa v procese evolúcie zložitejších organizmov, menej závislých od zmien životného prostredia, ako aj vývoj relatívne stabilných ekosystémov viedli k zvýšeniu rýchlosti migrácie energie a látok vo vytvorených biogeocenózach.

V súčasnosti je na Zemi známych asi 500 tisíc rastlinných druhov, viac ako 1,5 milióna živočíšnych druhov. 93% z nich žije na súši a 7% sú obyvatelia vodného prostredia (tabuľka).

Údaje v tabuľke ukazujú, že hoci oceány zaberajú asi 70 % zemského povrchu, tvoria len 0,13 % biomasy Zeme.

Pôda je tvorená biogénne, pozostáva z anorganických a organických látok. Mimo biosféry je tvorba pôdy nemožná. Vplyvom mikroorganizmov, rastlín a živočíchov sa na horninách začína postupne vytvárať pôdna vrstva Zeme. Biogénne prvky nahromadené v organizmoch po ich smrti a rozklade opäť prechádzajú do pôdy.

Procesy prebiehajúce v pôde sú dôležitou súčasťou kolobehu látok v biosfére. Ekonomická činnosť človeka môže viesť k postupnej zmene zloženia pôdy a odumieraniu mikroorganizmov v nej žijúcich. Preto je potrebné vypracovať opatrenia na rozumné využívanie pôdy. Materiál zo stránky

Hydrosféra hrá dôležitú úlohu v distribúcii tepla a vlhkosti po planéte, v kolobehu látok, preto má silný vplyv aj na biosféru. Voda je dôležitou súčasťou biosféry a jedným z najdôležitejších faktorov pre život organizmov. Väčšina vody je v oceánoch a moriach. Zloženie oceánskej a morskej vody zahŕňa minerálne soli obsahujúce asi 60 chemických prvkov. Vo vode sa dobre rozpúšťa kyslík a uhlík, ktoré sú nevyhnutné pre život organizmov. Vodné živočíchy pri dýchaní uvoľňujú oxid uhličitý a rastliny v dôsledku fotosyntézy obohacujú vodu kyslíkom.

Planktón

V horných vrstvách oceánskych vôd, dosahujúcich hĺbku 100 m, sú rozšírené jednobunkové riasy a mikroorganizmy, ktoré tvoria mikroplanktón(od grécky planktón – putovanie).

Asi 30 % fotosyntézy prebiehajúcej na našej planéte prebieha vo vode. Riasy, ktoré vnímajú slnečnú energiu, ju premieňajú na energiu chemických reakcií. Vo výžive vodných organizmov má hlavný význam planktón.

F a v a ja o b o l o h Komu a s e m l a

Všade na Zemi, kamkoľvek obrátite svoj pohľad, vládne život. Všade nájdete akékoľvek rastliny a živočíchy. A koľko ešte organizmov, ktoré nie sú viditeľné voľným okom! Najjednoduchšie jednobunkové živočíchy a mikroskopické riasy, početné huby, baktérie, vírusy...

V súčasnosti je známych až 500 tisíc druhov rastlín a asi 1,5 milióna živočíšnych druhov. Ale nie všetky druhy ešte boli objavené a popísané. A keď si predstavíte, koľko jedincov má každý druh! .. Skúste spočítať počet jedlí v tajge, či púpav na lúke, či klasov pšenice na jednom pšeničnom poli... Koľko mravcov žije v jednom mravenisku, koľko kôrovcov kyklopa alebo dafnie je v jednej mláke, koľko veveričiek je v lese, koľko šťúk, ostriežov alebo plotíc je v jednom jazere? .. A pri pokuse o sčítanie mikroorganizmov sa získajú skutočne rozprávkové čísla.

Takže v1 gram lesná pôda má v priemere:

baktérie - 400 000 000,

huby - 2 000 000,

riasy - 100 000,

prvoky - 10 000.

Veria tomu mikrobiológovia z University of Georgia na Zemi len 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (5 miliónov) baktérie . To predstavuje 70% hmotnosti všetkého života na planéte.

Celý tento nespočetný súbor živých bytostí nie je umiestnený chaoticky a náhodne, ale prísne podľa zákonov života, v určitom poradí, podľa zákonov života historicky ustanovených na Zemi. Americký biológ K. Willie o tom píše: „Na prvý pohľad sa môže zdať, že svet živých bytostí pozostáva z nepredstaviteľného množstva rastlín a živočíchov, ktoré sa navzájom líšia a každý si ide vlastnou cestou. Podrobnejšia štúdia však ukazuje, že všetky organizmy, rastlinné aj živočíšne, majú rovnaké základné životné potreby, čelia rovnakým problémom: získavanie potravy ako zdroja energie, dobývanie životného priestoru, rozmnožovanie atď. tieto problémy, rastliny a zvieratá vytvorili obrovskú škálu rôznych foriem, z ktorých každá je prispôsobená životu v daných podmienkach prostredia. Každá forma sa prispôsobila nielen fyzikálnym podmienkam prostredia – získala odolnosť voči kolísaniu v určitých medziach vlhkosti, vetru, osvetleniu, teplote, gravitácii a pod., ale aj biotickému prostrediu – všetkým rastlinám a živočíchom žijúcim v rovnaká zóna.

Celý súbor organizmov, ktorý je pravidelne rozmiestnený na Zemi, tvorí živú schránku našej planéty – biosféru. Zásluhu na rozpracovaní pojmu „biosféra“ a objasnení jej planetárnej úlohy má ruský akademik V. I. Vernadskij, hoci samotný termín sa používal ešte koncom minulého storočia. Čo je biosféra a prečo je taká dôležitá?

Povrchové časti Zeme pozostávajú z troch minerálnych, anorganických obalov: litosféra - tvrdý kamenný obal Zeme; hydrosféra - tekutý, nesúvislý obal, vrátane všetkých morí, oceánov a vnútrozemských vôd - Svetový oceán; atmosféra je plynný obal.

Celá hydrosféra, vrchné časti litosféry a spodné vrstvy atmosféry sú obývané živočíchmi a rastlinami. Moderná biosféra sa formovala v procese vzniku a ďalšieho historického vývoja živej hmoty. Od doby vzniku života na Zemi to podľa rôznych odhadov trvalo 1,5-2,5 až 4,2 miliardy rokov. VI Vernadsky dospel k záveru, že počas tejto doby boli všetky vonkajšie vrstvy zemskej kôry spracované životnou aktivitou organizmov o 99 percent. Zem v podobe, v akej ju vnímame, na ktorej žijeme, je teda do značnej miery produktom činnosti organizmov.

Život, ktorý na Zemi vznikol v dôsledku prirodzeného vývoja hmoty, v priebehu mnohých miliónov rokov svojej existencie v podobe rôznych organizmov zmenil vzhľad našej planéty.

Všetky organizmy biosféry spolu tvoria biomasu alebo „živú hmotu“, ktorá má silnú energiu, ktorá mení zemskú kôru a atmosféru. Celková hmotnosť rastlinnej hmoty je asi 10 000 miliárd a zvierat asi 10 miliárd ton, čo je asi 0,01 percenta hmotnosti celej biosféry s jej pevnými, kvapalnými a plynnými biotopmi. Odhaduje sa, že biomasa všetkých živých vecí, ktoré obývali Zem, mala byť približne miliardu rokov po vzniku života mnohonásobne väčšia ako hmotnosť našej planéty. To sa však nestalo.

Prečo sa biomasa výrazne neakumuluje? Prečo sa koná na určitej úrovni? Biomasa ako živá hmota totiž smeruje k neustálemu vývoju, zdokonaľovaniu a neustálemu hromadeniu v procese tohto vývoja, v procese rozmnožovania a rastu živých bytostí.

A to sa nestane, pretože každý prvok, z ktorého je telo organizmu postavené, je vnímaný z prostredia a potom sa cez množstvo iných organizmov opäť vracia do okolitého, anorganického prostredia, z ktorého opäť vstupuje do zloženia organizmu. živá hmota, biomasa. V dôsledku toho je každý prvok, ktorý je súčasťou živej hmoty, mnohokrát použitý.

Netreba to však chápať v absolútnom zmysle. Na jednej strane časť prvkov opúšťa obeh látok, keďže na Zemi dochádza k hromadeniu organických zlúčenín vo forme ložísk uhlia, ropy, rašeliny, ropných bridlíc a pod., aby sa zabezpečil intenzívnejší proces biomasy. akumulácia, ktorá sa prejavuje neustálym zvyšovaním úžitkovosti poľnohospodárskych plodín a úžitkovosti domácich zvierat.

To všetko však v žiadnom prípade neodmieta všeobecné pravidlo. Biomasa na Zemi sa v podstate nehromadí, ale neustále sa drží na určitej úrovni, hoci táto úroveň nie je absolútna a konštantná. Deje sa tak preto, že biomasa sa neustále ničí a znovu vytvára z toho istého stavebného materiálu, v rámci jej limitov dochádza k nepretržitému obehu látok. V. I. Vernadskij píše: „Život zachytáva významnú časť atómov, ktoré tvoria hmotu zemského povrchu. Pod jeho vplyvom sa tieto atómy neustále intenzívne pohybujú. Neustále sa z nich vytvárajú milióny najrozmanitejších zlúčenín. A tento proces pokračuje bez prerušenia desiatky miliónov rokov, od najstarších archeozoických období až po našu dobu. Na zemskom povrchu nie je žiadna chemická sila, ktorá by pôsobila neustále, a teda vo svojich konečných dôsledkoch silnejšia ako živé organizmy ako celok.

Tento cyklus, ktorý sa vyskytuje v dôsledku životnej činnosti organizmov, sa nazýva biologický cyklus látok. Moderný charakter nadobudla s príchodom zelených rastlín, ktoré uskutočňujú proces fotosyntézy. Odvtedy nadobudli podmienky pre vývoj živej hmoty na Zemi úplne iný charakter.

Cyklus látok možno stručne preskúmať na príklade uhlíka, ktorého atómy sú súčasťou komplexnej bielkovinovej molekuly. Život a metabolizmus sú spojené s molekulou proteínu.

Každý hektár Zeme obsahuje až 2,5 tony uhlíka v zložení oxidu uhličitého (CO2). Výpočty ukázali, že plodiny, napríklad cukrovej trstiny, absorbujú každý hektár až 8 ton uhlíka, ktorý sa používa na stavbu tela týchto rastlín. V dôsledku toho sa použili zelené rastliny

Vznikla by celá zásoba uhlíka. To sa však nestane, pretože organizmy v procese dýchania uvoľňujú značné množstvo oxidu uhličitého a ešte viac uhlíka uvoľňujú hnilobné baktérie a huby, ktoré ničia zlúčeniny uhlíka obsiahnuté v mŕtvych telách zvierat a rastlín. Časť uhlíka stále opúšťa sféru „cirkulácie“ a ukladá sa vo forme ložísk ropy, uhlia, rašeliny atď., na ktoré sa premieňajú odumreté rastliny a živočíchy. Tento úbytok uhlíka je však kompenzovaný deštrukciou uhličitanov hornín av moderných podmienkach aj spaľovaním obrovského množstva vyťaženého paliva. V dôsledku toho sa zdá, že uhlík neustále prúdi z atmosféry cez zelené rastliny, zvieratá, mikroorganizmy späť do atmosféry. Celkové zásoby uhlíka v biosfére teda zostávajú približne konštantné. S vysokou mierou istoty možno predpokladať, že takmer každý atóm uhlíka v biosfére od vzniku života na Zemi opakovane prešiel do zloženia živej hmoty, prešiel do atmosférického oxidu uhličitého a opäť sa vrátil do zloženia živej hmoty, biomasa.

V moderných podmienkach uhlík v procese biologickej cirkulácie látok prechádza týmito fázami: 1) zelené rastliny, tvorcovia organickej hmoty, absorbujú uhlík z atmosféry a zavádzajú ho do svojho tela; 2) zvieratá alebo konzumenti, ktorí sa živia rastlinami, z ich uhlíkatých zlúčenín budujú uhlíkaté zlúčeniny svojho tela; 3) baktérie, ako aj niektoré iné organizmy, či ničiteľky, ničia organickú hmotu mŕtvych rastlín a živočíchov a uvoľňujú uhlík, ktorý opäť uniká do atmosféry ako oxid uhličitý.

Ďalšou dôležitou zložkou aminokyselín a bielkovín biomasy je dusík. Zdrojom dusíka na Zemi sú dusičnany, ktoré rastliny prijímajú z pôdy a vody. Zvieratá, ktoré jedia rastliny, syntetizujú svoju protoplazmu z rastlinných aminokyselín s bielkovinami. Hnilobné baktérie premieňajú zlúčeniny dusíka mŕtvych tiel týchto organizmov na amoniak. Nitrifikačné baktérie potom premieňajú amoniak na dusitany a dusičnany. Časť dusíka sa vracia do atmosféry denitrifikačnými baktériami. Ale na Zemi sa v procese evolúcie živej hmoty objavili organizmy, ktoré boli schopné viazať voľný dusík a premieňať ho na organické zlúčeniny. Sú to niektoré modrozelené riasy, pôdne a uzlové baktérie spolu s bunkami koreňov strukovín. Keď tieto organizmy odumrú, dusík ich tela sa premení nitrifikačnými baktériami na soli kyseliny dusičnej.

Podobný kolobeh vykonáva voda, fosfor a mnohé ďalšie látky, ktoré tvoria živú hmotu a minerálne obaly biosféry. Výsledkom je, že všetky prvky, až na zriedkavé výnimky, sa činnosťou živej hmoty biosféry podieľajú na neustále sa pohybujúci prúd najväčšieho rozsahu - biologický cyklus látok ... „Ukončenie života by nevyhnutne súviselo s ukončením chemických zmien, ak nie celej zemskej kôry, tak aspoň jej povrchu – povrchu Zeme, biosféry,“ píše akademik V. I. Vernadsky.

Táto myšlienka Vernadského je obzvlášť živo potvrdená úlohou, ktorú kyslík, produkt fotosyntézy rastlín, zohráva v procese jeho obehu. Takmer všetok kyslík v zemskej atmosfére vznikol a na určitej úrovni sa udržiava činnosťou zelených rastlín. Vo veľkých množstvách ho organizmy spotrebúvajú pri dýchaní. Okrem toho však kyslík, ktorý má obrovskú chemickú aktivitu, nepretržite vstupuje do zlúčenín s takmer všetkými ostatnými prvkami.

Ak by zelené rastliny nevyžarovali také obrovské množstvo kyslíka, potom by asi za 2000 rokov úplne zmizol z atmosféry. Zmenil by sa celý vzhľad Zeme, zmizli by takmer všetky organizmy, ustali by všetky oxidačné procesy vo fyzickej časti biosféry... Zem by sa stala planétou bez života. Práve prítomnosť voľného kyslíka v atmosfére planéty naznačuje, že sa na nej nachádza život, živá hmota a biosféra. A keďže existuje biosféra, takmer všetky zložky životného prostredia sú ňou zapojené do grandiózneho, nekonečného kolobehu látok.

Odhaduje sa, že v modernej dobe všetok kyslík obsiahnutý v atmosfére cirkuluje cez organizmy (viaže sa počas dýchania a uvoľňuje sa počas fotosyntézy) za 2000 rokov, že všetok oxid uhličitý v atmosfére sa každých 300 rokov otáča opačným smerom. a že všetka voda na Zemi sa rozkladá a reprodukuje fotosyntézou a dýchaním 2 000 000 rokov.

Teória biosféry je založená na geochemických štúdiách, ktoré študoval predovšetkým V.I. Vernadsky, cykly kyslíka a uhlíka. Ako prvý naznačil, že kyslík obsiahnutý v modernej atmosfére vzniká ako výsledok fotosyntetickej aktivity rastlín.

Vynikajúci prírodovedec V. I. Vernadskij mal úžasnú schopnosť pokryť svojím bystrým a brilantným myslením takmer všetky oblasti modernej prírodnej vedy. Vo svojich myšlienkach a koncepciách ďaleko predbehol súčasnú úroveň poznania a predvídal ich vývoj na desaťročia dopredu. Už v roku 1922 Vernadsky písal o blízkom zvládnutí obrovských ľudských zásob jadrovej energie a koncom tridsiatych rokov predpovedal nadchádzajúcu éru vesmírnych výstupov človeka. Stál pri zrode mnohých vied o Zemi – genetickej mineralógie, geochémie, biogeochémie, rádiogeológie a vytvoril náuku o biosfére Zeme, ktorá sa stala vrcholom jeho tvorivosti.

Vedecké výpravy V. I. Vernadského boli neustále spojené s obrovskou organizačnou prácou. Bol iniciátorom vytvorenia Komisie pre štúdium prírodných výrobných síl Ruska, jedným z organizátorov Ukrajinskej akadémie vied a jej prvým prezidentom. Z iniciatívy Vernadského, Geografický ústav, Ústav mineralógie a geochémie pomenovaný po MV Lomonosov, Radievov inštitút, Keramický a optický ústav, Biogeochemické laboratórium, ktoré sa teraz stalo Ústavom geochémie a analytickej chémie pomenovaným po VI. Vernadského, Komisia pre štúdium permafrostu, neskôr transformovaná na V.A. Nakoniec prišiel s myšlienkou vytvorenia Medzinárodnej komisie na určovanie geologického veku Zeme.

TOK ENERGIE V BIOSFÉRE

Cykly všetkých látok sú uzavreté, opakovane sa v nich používajú tie isté atómy. Preto na realizáciu cyklu nie je potrebná nová látka. Je tu evidentný zákon zachovania hmoty, podľa ktorého hmota nikdy nevzniká a nezaniká. Ale na premenu látok v rámci biogénneho cyklu je potrebná energia. Na úkor akej energie sa tento grandiózny proces uskutočňuje?


Hlavným zdrojom energie potrebnej pre život na Zemi, a teda aj pre realizáciu biologického kolobehu látok, je slnečné svetlo, teda energia, ktorá vzniká vo vnútri Slnka pri jadrových reakciách pri teplote približne 10 000 000 stupňov. (Teplota na povrchu Slnka je oveľa nižšia, len 6000 stupňov.) Až 30 percent energie sa rozptýli v atmosfére alebo sa odrazí od mrakov a zemského povrchu, až 20 percent sa absorbuje v horných vrstvách oblačnosti, asi 50 percent dosiahne pevninu alebo povrch oceánu a absorbuje sa vo forme tepla. Zelené rastliny zachytia len nepatrné množstvo energie, len asi 0,1 – 0,2 percenta; práve ona zabezpečuje celý biologický cyklus látok na Zemi.

Zelené rastliny akumulujú energiu slnečných lúčov, ukladajú ju vo svojom tele. Zvieratá, ktoré jedia rastliny, existujú na úkor energie, ktorá vstúpila do ich tela spolu s jedlom, spolu s rastlinami. Predátori sa napokon živia aj energiou nahromadenou zelenými rastlinami, pretože sa živia bylinožravými zvieratami.

Energia Slnka, pôvodne využívaná zelenými rastlinami v procese fotosyntézy, sa teda premieňa na potenciálnu energiu chemických väzieb tých organických zlúčenín, z ktorých je postavené samotné telo rastlín. V tele zvieraťa, ktoré zjedlo rastlinu, sa tieto organické zlúčeniny oxidujú s uvoľnením takého množstva energie, ktoré rastlina vynaložila na syntézu organickej hmoty. Časť tejto energie sa spotrebuje na život zvieraťa a časť sa podľa druhého termodynamického zákona premení na teplo a rozptýli sa v priestore.

V konečnom dôsledku sa energia prijatá zo slnka zelenou rastlinou prenáša z jedného organizmu do druhého. Pri každom takomto prechode sa energia premieňa z jednej formy (životná energia rastliny) na inú (životná energia zvieraťa, mikroorganizmu atď.). Pri každej takejto transformácii dochádza k poklesu množstva užitočnej energie. V dôsledku toho, na rozdiel od obehu látok, ktorý prúdi v začarovanom kruhu, sa energia pohybuje od organizmu k organizmu určitým smerom. Existuje jednosmerný tok energie, nie cyklus.

Nie je ťažké si predstaviť, že akonáhle Slnko zhasne, všetka energia naakumulovaná Zemou sa po určitom a relatívne krátkom čase premení na teplo a rozplynie sa vo vesmíre. Obeh látok v biosfére sa zastaví, všetky živočíchy a rastliny zomrú. Celkom ponurý obraz ... koniec života na Zemi ...

Týmto záverom by sme sa však nemali nechať zmiasť. Veď Slnko bude svietiť ešte niekoľko miliárd rokov, teda aspoň dovtedy, kým už bude na Zemi existovať život, ktorý sa z primitívnych hrudiek živej hmoty vyvinul až po moderného človeka. Navyše, samotný človek sa objavil na Zemi len asi pred miliónom rokov. V tomto období prešiel od kamennej sekery k najzložitejším elektronickým počítačom, prenikol do hlbín atómu a vesmíru,

Akýkoľvek prechod energie z jednej formy do druhej je sprevádzaný poklesom množstva užitočnej energie, prekročil Zem a úspešne skúma vesmír.

Vznik človeka a takej vysoko organizovanej hmoty, akou je jeho mozog, mal a má mimoriadny význam pre evolúciu živej matky a celej biosféry. Od svojho vzniku je ľudstvo ako súčasť biomasy po značnú dobu úplne závislé od životného prostredia. Ale ako sa rozvíja mozog a myslenie, človek stále viac dobýva prírodu, povyšuje sa nad ňu, podriaďuje ju svojim záujmom. V roku 1929 AP Pavlov, zdôrazňujúc neustále rastúcu úlohu človeka vo vývoji organického sveta na Zemi, navrhol nazvať kvartérne obdobie „antropogénom“ a potom VI Vernadsky, veril, že ľudstvo vytvára novú, inteligentnú schránku Zem, alebo sféra, navrhla názov „noosféra“.

Ľudská činnosť výrazne mení obeh látok v biosfére. Bolo vyťažených a spálených asi 50 miliárd ton uhlia; miliardy ton sa ťažia na železo a iné kovy, ropu, rašelinu. Človek si osvojil rôzne formy energie, vrátane atómovej energie. V dôsledku toho sa na Zemi objavili úplne nové chemické prvky a bolo možné premeniť niektoré prvky na iné a do biosféry bolo zahrnuté veľké množstvo rádioaktívneho žiarenia. Človek sa stal veľkosťou kozmického poriadku a sila jeho mysle bude v blízkej budúcnosti schopná zvládnuť také formy energie, o ktorých teraz ani netušíme.