و و Vو من حدوداً یک ساعت هستم به آ ساعت ه متر ل و

در هر کجای زمین، هر کجا که نگاهت را بگردانی، زندگی حاکم است. در همه جا می توانید برخی از گیاهان و حیوانات را پیدا کنید. و چه بسیار موجودات دیگری وجود دارند که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند! ساده ترین حیوانات تک سلولی و جلبک های میکروسکوپی، قارچ های متعدد، باکتری ها، ویروس ها...

امروزه تا 500 هزار گونه گیاهی و حدود 1.5 میلیون گونه جانوری شناخته شده است. اما هنوز همه گونه ها کشف و توصیف نشده اند. و اگر تصور کنید هر گونه چند نفر دارد!.. سعی کنید تعداد درختان صنوبر در تایگا، یا قاصدک ها در یک چمنزار، یا خوشه های گندم در یک مزرعه را بشمارید... چند مورچه در یک لپه مورچه ها زندگی می کنند، چگونه تعداد زیادی سیکلوپ یا سخت پوستان دافنی در یک گودال، چند سنجاب در جنگل وجود دارد، در یک دریاچه چند سنجاب، سوف یا سوسک وجود دارد؟... و در شمارش میکروارگانیسم ها اعداد واقعا شگفت انگیزی به دست می آید.

بنابراین، در1 گرم به طور متوسط، خاک جنگل حاوی:

باکتری -400,000,000،

قارچ - 2,000,000

جلبک - 100000،

تک یاخته - 10000.

میکروبیولوژیست های دانشگاه جورجیا بر این باورند فقط 5,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 روی زمین وجود دارد (5 غیر میلیون) باکتری ها . این به میزان 70 درصد جرم کل حیات روی کره زمین.

همه این انبوه بی‌شمار موجودات زنده به‌طور بی‌نظم و تصادفی نیست، بلکه کاملاً طبیعی است و طبق قوانین زندگی که به طور تاریخی بر روی زمین ایجاد شده است، در نظم خاصی قرار دارند. کی ویلی زیست شناس آمریکایی در این باره می نویسد: «در نگاه اول ممکن است به نظر برسد که دنیای موجودات زنده از تنوع غیرقابل تصوری از گیاهان و حیوانات تشکیل شده است که با یکدیگر متفاوت هستند و هر کدام راه خود را می روند. با این حال، یک مطالعه دقیق تر نشان می دهد که همه موجودات، اعم از گیاهی و حیوانی، نیازهای اولیه زندگی یکسانی دارند، آنها با مشکلات یکسانی روبرو هستند: به دست آوردن غذا به عنوان منبع انرژی، تسخیر فضای زندگی، تولید مثل و غیره در مسیر حل. این مشکلات، گیاهان و جانوران طیف عظیمی از اشکال مختلف را تشکیل دادند که هر کدام در شرایط محیطی خاص با زندگی سازگار هستند. هر شکل نه تنها با شرایط فیزیکی محیط سازگار شده است - در برابر نوسانات در محدوده خاصی از رطوبت، باد، روشنایی، دما، گرانش و غیره مقاومت پیدا کرده است، بلکه همچنین به محیط زیستی - برای همه گیاهان و جانوران زندگی می‌کند. در همان منطقه

به طور منظم در زمین توزیع می شود، کل مجموعه موجودات زنده پوسته زنده سیاره ما - زیست کره را تشکیل می دهد. اعتبار توسعه مفهوم "زیست کره" و روشن کردن نقش سیاره ای آن متعلق به آکادمیک روسی V.I. Vernadsky است، اگرچه خود این اصطلاح در پایان قرن گذشته مورد استفاده قرار گرفت. زیست کره چیست و چرا اینقدر به آن اهمیت داده می شود؟

قسمت های سطح زمین از سه پوسته معدنی معدنی تشکیل شده است: لیتوسفر - پوسته سنگ سخت زمین. هیدروسفر - یک پوسته مایع و غیر پیوسته، شامل تمام دریاها، اقیانوس ها و آب های داخلی - اقیانوس جهانی. جو یک پوسته گازی است.

کل هیدروسفر، قسمت‌های بالایی لیتوسفر و لایه‌های پایینی جو توسط حیوانات و گیاهان ساکن هستند. بیوسفر مدرن در فرآیند ظهور و توسعه تاریخی بیشتر ماده زنده شکل گرفت. از زمان پیدایش حیات بر روی زمین، طبق برآوردهای مختلف، از 1.5-2.5 تا 4.2 میلیارد سال می گذرد. V.I. Vernadsky به این نتیجه رسید که در این مدت تمام لایه های بیرونی پوسته زمین توسط فعالیت حیاتی موجودات 99 درصد پردازش شده است. در نتیجه، زمین همانطور که ما آن را درک می کنیم، که در آن زندگی می کنیم، تا حد زیادی محصول فعالیت موجودات است.

حیات، که در نتیجه رشد طبیعی ماده بر روی زمین به وجود آمده است، در طول میلیون ها سال از وجود خود در قالب موجودات مختلف، ظاهر سیاره ما را تغییر داد.

همه موجودات موجود در بیوسفر به طور جمعی زیست توده یا "ماده زنده" را تشکیل می دهند که دارای انرژی قدرتمندی است که پوسته و جو زمین را تغییر می دهد. وزن کل توده گیاهی حدود 10000 میلیارد و جرم جانوران حدود 10 میلیارد تن است که تقریباً 0.01 درصد وزن کل بیوسفر با زیستگاه های جامد، مایع و گاز آن است. تخمین زده می شود که زیست توده همه موجودات زنده ساکن زمین، تقریباً یک میلیارد سال پس از ظهور حیات، باید چندین برابر جرم سیاره ما باشد. ولی آن اتفاق نیفتاد.

چرا زیست توده به طور قابل توجهی جمع نمی شود؟ چرا در سطح خاصی برگزار می شود؟ از این گذشته، زیست توده به عنوان ماده زنده در فرآیند این توسعه، در فرآیند تولید مثل و رشد موجودات زنده به توسعه مداوم، بهبود و انباشت مداوم تمایل دارد.

اما این اتفاق نمی افتد زیرا هر عنصری که بدن یک موجود از آن ساخته شده است از محیط گرفته می شود و سپس از طریق تعدادی از موجودات دیگر دوباره به محیط غیر آلی اطراف باز می گردد و از آنجا دوباره وارد ترکیبات می شود. ماده زنده، زیست توده در نتیجه هر عنصری که ماده زنده را تشکیل می دهد بارها توسط آن استفاده می شود.

با این حال، این را نباید به معنای مطلق فهمید. از یک طرف برخی از عناصر از چرخه مواد خارج می شوند، زیرا در زمین تجمع ترکیبات آلی به صورت ذخایر زغال سنگ، نفت، ذغال سنگ نارس، شیل نفتی و غیره روی زمین اتفاق می افتد.از سوی دیگر، انسان از طریق فعالیت های خود، می تواند فرآیند فشرده تر انباشت زیست توده را تضمین کند، که در افزایش مداوم محصول و بهره وری حیوانات اهلی آشکار می شود.

اما همه اینها به هیچ وجه قاعده کلی را رد نمی کند. زیست توده روی زمین هنوز به طور قابل توجهی انباشته نمی شود، اما به طور مداوم در سطح خاصی حفظ می شود، اگرچه این سطح مطلق و ثابت نیست. این امر به این دلیل اتفاق می افتد که زیست توده به طور مداوم از همان مصالح ساختمانی تخریب می شود و دوباره ایجاد می شود؛ گردش مداوم مواد در داخل مرزهای آن انجام می شود. V.I. Vernadsky می نویسد: "حیات بخش قابل توجهی از اتم هایی را که ماده سطح زمین را تشکیل می دهند، جذب می کند. تحت تأثیر آن، این اتم ها در حرکت شدید مداوم هستند. از آنها میلیون ها ترکیب متنوع همیشه ایجاد می شود. و این روند ده ها میلیون سال بدون وقفه ادامه دارد، از باستانی ترین دوران آرکئوزوئیک تا زمان ما. هیچ نیروی شیمیایی روی سطح زمین وجود ندارد که دائماً فعال باشد و بنابراین در تأثیرات نهایی آن قوی تر از موجودات زنده به عنوان یک کل است.

این چرخه که در نتیجه فعالیت حیاتی موجودات رخ می دهد، چرخه بیولوژیکی مواد نامیده می شود. با ظهور گیاهان سبز که فرآیند فتوسنتز را انجام می دهند، شخصیتی مدرن به خود گرفت. از آن زمان، شرایط برای تکامل ماده زنده روی زمین ویژگی کاملاً متفاوتی پیدا کرده است.

سیر گردش مواد را می توان با استفاده از مثال کربن که اتم های آن بخشی از یک مولکول پروتئین پیچیده هستند به طور خلاصه در نظر گرفت. با مولکول پروتئین است که زندگی و متابولیسم در ارتباط هستند.

هر هکتار از زمین حاوی 2.5 تن دی اکسید کربن (CO2) است. همانطور که محاسبات نشان داده است، محصولات مثلاً نیشکر در هر هکتار تا 8 تن کربن جذب می کند که برای ساخت بدنه این گیاهان استفاده می شود. در نتیجه، گیاهان سبز حدود چند صد سال مورد استفاده قرار گرفتند

کل ذخیره کربن خواهد بود. اما این اتفاق نمی افتد، زیرا موجودات زنده در فرآیند تنفس، مقادیر قابل توجهی دی اکسید کربن آزاد می کنند و حتی کربن بیشتری توسط باکتری ها و قارچ های پوسیده آزاد می شود و ترکیبات کربن موجود در بدن مرده حیوانات و گیاهان را از بین می برد. بخشی از کربن هنوز از کره "گردش" خارج می شود و به شکل ذخایر نفت، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس و غیره رسوب می کند که گیاهان و حیوانات مرده به آن تبدیل می شوند. اما این اتلاف کربن با تخریب کربنات های سنگ و در شرایط مدرن نیز با احتراق مقادیر عظیمی از سوخت استخراج شده جبران می شود. در نتیجه، به نظر می‌رسد کربن دائماً از جو از طریق گیاهان سبز، حیوانات و میکروارگانیسم‌ها به اتمسفر باز می‌گردد. بنابراین، کل ذخایر کربن در بیوسفر تقریباً ثابت می ماند. می توان با درجه ی قطعی بالایی فرض کرد که تقریباً هر اتم کربن موجود در بیوسفر، از زمان پیدایش حیات بر روی زمین، بارها بخشی از ماده زنده بوده، به دی اکسید کربن اتمسفر رفته و دوباره به ترکیب ماده زنده بازگشته است. زیست توده

در شرایط مدرن، کربن در فرآیند چرخه بیولوژیکی مواد مراحل زیر را طی می کند: 1) گیاهان سبز، خالق مواد آلی، کربن را از جو جذب می کنند و آن را وارد ترکیب بدن خود می کنند. 2) حیوانات یا مصرف کنندگان با خوردن گیاهان، ترکیبات کربنی بدن خود را از ترکیبات کربنی خود می سازند. 3) باکتری ها و همچنین برخی موجودات دیگر یا تجزیه کننده ها، مواد آلی گیاهان و جانوران مرده را از بین می برند و کربن آزاد می کنند که دوباره به صورت دی اکسید کربن وارد جو می شود.

یکی دیگر از اجزای مهم اسیدهای آمینه و پروتئین های زیست توده نیتروژن است. منبع نیتروژن روی زمین نیترات است که توسط گیاهان از خاک و آب جذب می شود. حیوانات با خوردن گیاهان پروتوپلاسم خود را از اسیدهای آمینه و پروتئین های گیاهی سنتز می کنند. باکتری های پفک زا ترکیبات نیتروژنی را از اجساد مرده این موجودات به آمونیاک تبدیل می کنند. سپس باکتری های نیتریفیک آمونیاک را به نیتریت ها و نیترات ها تبدیل می کنند. مقداری از نیتروژن با نیتروژن زدایی باکتری ها به اتمسفر بازگردانده می شود. اما در زمین، در فرآیند تکامل ماده زنده، موجوداتی ظاهر شدند که قادر به اتصال نیتروژن آزاد و تبدیل آن به ترکیبات آلی بودند. اینها برخی از جلبک های سبز آبی، جلبک های خاک، و همچنین باکتری های ندول همراه با سلول های ریشه حبوبات هستند. هنگامی که این موجودات می میرند، نیتروژن موجود در بدن آنها با نیتریف کردن باکتری ها به نمک های اسید نیتریک تبدیل می شود.

چرخه مشابهی توسط آب، فسفر و بسیاری از مواد دیگر که بخشی از ماده زنده و پوسته های معدنی زیست کره هستند انجام می شود، در نتیجه، همه عناصر، به استثنای موارد نادر، از نظر اندازه خود به بزرگ ترین عناصر کشیده می شوند. مقیاس جریان متحرک پیوسته - چرخه بیولوژیکی مواد. . آکادمیسین V. I. Vernadsky می نویسد: «قطع حیات به ناچار با توقف تغییرات شیمیایی، اگر نه کل پوسته زمین، حداقل سطح آن – روی زمین، بیوسفر» همراه است.

این ایده ورنادسکی به ویژه با نقشی که اکسیژن، محصول فتوسنتز گیاهی، در روند چرخه آن ایفا می کند، به وضوح تأیید می شود. تقریباً تمام اکسیژن موجود در اتمسفر زمین توسط فعالیت گیاهان سبز ایجاد شده و در سطح معینی حفظ می شود. در طول تنفس به مقدار زیادی توسط موجودات زنده مصرف می شود. اما، علاوه بر این، با داشتن فعالیت شیمیایی عظیم، اکسیژن به طور مداوم با تقریباً همه عناصر دیگر ترکیب می شود.

اگر گیاهان سبز چنین مقادیر عظیمی از اکسیژن را تولید نمی کردند، در حدود 2000 سال به طور کامل از جو ناپدید می شدند. تمام ظاهر زمین دگرگون می‌شود، تقریباً همه موجودات ناپدید می‌شوند، همه فرآیندهای اکسیداتیو در بخش فیزیکی بیوسفر متوقف می‌شوند... زمین به یک سیاره بی‌جان تبدیل می‌شود. وجود اکسیژن آزاد در جو سیاره است که نشان می دهد حیات، ماده زنده و زیست کره روی آن وجود دارد. و از آنجایی که یک بیوسفر وجود دارد، تقریباً تمام عناصر محیط به یک چرخه عظیم و بی پایان از مواد کشیده می شوند.

تخمین زده می شود که در دوران مدرن، تمام اکسیژن موجود در جو از طریق موجودات زنده (که توسط تنفس محدود می شود و توسط فتوسنتز آزاد می شود) هر 2000 سال یکبار چرخه می شود، که تمام دی اکسید کربن موجود در جو هر 300 سال در جهت مخالف چرخش می کند، و تمام آب روی زمین از طریق فتوسنتز و تنفس در طی 2000000 سال تجزیه و بازآفرینی می شود.

دکترین بیوسفر بر اساس تحقیقات ژئوشیمیایی است، در درجه اول چرخه های اکسیژن و کربن که توسط V.I. Vernadsky مورد مطالعه قرار گرفته است. او اولین کسی بود که پیشنهاد کرد اکسیژن موجود در جو مدرن در نتیجه فعالیت فتوسنتزی گیاهان ایجاد می شود.

ورنادسکی، طبیعت‌شناس برجسته، توانایی شگفت‌انگیزی در پوشش تقریباً تمام حوزه‌های علوم طبیعی مدرن با تفکر تیزبین و درخشان خود داشت. او در افکار و مفاهیم خود بسیار جلوتر از سطح دانش معاصر خود بود و توسعه آنها را از دهه ها قبل پیش بینی می کرد. در سال 1922، ورنادسکی در مورد تسلط قریب‌الوقوع انسان بر ذخایر عظیم انرژی هسته‌ای نوشت و در پایان دهه 30، عصر آینده ورود انسان به فضا را پیش‌بینی کرد. او در خاستگاه بسیاری از علوم در مورد زمین - کانی شناسی ژنتیکی، ژئوشیمی، بیوژئوشیمی، زمین شناسی رادیویی ایستاد و دکترین بیوسفر زمین را ایجاد کرد که به اوج خلاقیت او تبدیل شد.

تحقیقات علمی V.I. Vernadsky به طور مداوم با کار سازمانی عظیم همراه بود. او مبتکر ایجاد کمیسیون مطالعه نیروهای مولد طبیعی روسیه، یکی از سازمان دهندگان آکادمی علوم اوکراین و اولین رئیس آن بود. به ابتکار ورنادسکی، مؤسسه جغرافیا، مؤسسه کانی‌شناسی و ژئوشیمی به نام M.V. Lomonosov، مؤسسه‌های رادیوم، سرامیک و نوری، آزمایشگاه بیوژئوشیمی، که اکنون به مؤسسه ژئوشیمی و شیمی تحلیلی به نام V.I. Vernadsky تبدیل شده است. و کمیسیون مطالعات در سیستم آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی ایجاد شد. permafrost که بعداً به مؤسسه V. A. Obruchev علوم منجمد دائمی تبدیل شد، کمیسیون تاریخ دانش، اکنون مؤسسه تاریخ علوم و فناوری طبیعی، کمیته شهاب سنگ ها، کمیسیون ایزوتوپ ها، اورانیوم و بسیاری دیگر. سرانجام، او ایده ایجاد یک کمیسیون بین المللی برای تعیین سن زمین شناسی زمین را مطرح کرد

جریان انرژی در بیوسفر

چرخه همه مواد بسته است، اتم های یکسان به طور مکرر در آنها استفاده می شود. بنابراین، هیچ ماده جدیدی برای انجام چرخه مورد نیاز نیست. قانون بقای ماده که بر اساس آن ماده هرگز به وجود نمی آید یا ناپدید نمی شود، در اینجا مشهود است. اما تبدیل مواد در چرخه بیوژنیک نیاز به انرژی دارد. چه نوع انرژی برای انجام این فرآیند بزرگ استفاده می شود؟


منبع اصلی انرژی لازم برای زندگی بر روی زمین و در نتیجه برای اجرای چرخه بیولوژیکی مواد، نور خورشید است، یعنی انرژی که در اعماق خورشید در طی واکنش های هسته ای در دمای تقریباً 10000000 درجه ایجاد می شود. (دمای سطح خورشید بسیار کمتر است، فقط 6000 درجه.) تا 30 درصد انرژی در جو پخش می شود یا توسط ابرها و سطح زمین منعکس می شود، تا 20 درصد در لایه های بالایی جذب می شود. ابرها و تقریباً 50 درصد آن به سطح زمین یا اقیانوس می رسد و به صورت گرما جذب می شود. فقط مقدار کمی انرژی، فقط حدود 0.1 تا 0.2 درصد، توسط گیاهان سبز جذب می شود. این است که کل چرخه بیولوژیکی مواد روی زمین را تضمین می کند.

گیاهان سبز انرژی پرتوهای خورشید را جمع می کنند و در بدن خود ذخیره می کنند. حیوانات، گیاهان خوار، به دلیل انرژی وارد شده به بدن آنها همراه با غذا، با گیاهان خورده شده وجود دارند. شکارچیان نیز در نهایت به دلیل انرژی انباشته شده توسط گیاهان سبز وجود دارند، زیرا آنها از گیاهخواران تغذیه می کنند.

بنابراین، انرژی خورشید که در ابتدا توسط گیاهان سبز در فرآیند فتوسنتز استفاده می شد، به انرژی پتانسیل پیوندهای شیمیایی آن ترکیبات آلی تبدیل می شود که بدن گیاه از آنها ساخته شده است. در بدن حیوانی که گیاهی را خورده است، این ترکیبات آلی اکسید می شوند و همان مقدار انرژی را آزاد می کنند که برای سنتز مواد آلی توسط گیاه صرف شده است. بخشی از این انرژی برای زندگی حیوان مصرف می شود و بخشی نیز طبق قانون دوم ترمودینامیک به گرما تبدیل شده و در فضا پخش می شود.

در نهایت، انرژی دریافتی از خورشید توسط یک گیاه سبز از موجودی به موجود دیگر منتقل می شود. با هر انتقال، انرژی از یک شکل (انرژی حیات یک گیاه) به شکل دیگر (انرژی حیات یک حیوان، میکروارگانیسم و ​​غیره) تبدیل می شود. با هر یک از این تغییرات، مقدار انرژی مفید کاهش می یابد. در نتیجه، برخلاف گردش مواد، که در یک دایره بسته جریان دارد، انرژی از موجودی به ارگانیسم در جهت خاصی حرکت می کند. یک جریان یک طرفه انرژی وجود دارد، نه یک چرخه.

تصور اینکه به محض غروب خورشید، تمام انرژی انباشته شده توسط زمین به تدریج، پس از مدتی معین و نسبتاً کوتاه، به گرما تبدیل شده و در فضا پراکنده می شود، دشوار نیست. گردش مواد در بیوسفر متوقف می شود، همه حیوانات و گیاهان خواهند مرد. تصویری کاملا تاریک... پایان زندگی روی زمین...

با این حال، ما نباید با این نتیجه گیری سردرگم شویم. از این گذشته، خورشید برای چندین میلیارد سال دیگر خواهد درخشید، یعنی حداقل تا زمانی که حیات از قبل روی زمین وجود داشته باشد، که از توده های اولیه ماده زنده به انسان مدرن تبدیل شده است. علاوه بر این، خود انسان تنها حدود یک میلیون سال پیش روی زمین ظاهر شد. در این دوره، او از یک تبر سنگی به پیچیده ترین رایانه های الکترونیکی رفت و به اعماق اتم و کیهان نفوذ کرد.

هر گونه انتقال انرژی از شکلی به شکل دیگر با کاهش مقدار انرژی مفید همراه است.این انرژی از زمین فراتر رفته و با موفقیت در حال کاوش در فضای بیرونی است.

ظاهر انسان و مواد بسیار سازمان یافته ای مانند مغز او برای تکامل مادران زنده و کل بیوسفر اهمیت فوق العاده ای داشته و دارد. از زمان پیدایش، بشریت به عنوان بخشی از زیست توده، برای مدت قابل توجهی کاملاً به محیط زیست وابسته بوده است. اما با رشد مغز و تفکر، انسان بیشتر و بیشتر طبیعت را تسخیر می کند، از آن بالاتر می رود، آن را تابع علایق خود می کند. در سال 1929، A.P. Pavlov، با تأکید بر نقش روزافزون انسان در توسعه جهان ارگانیک روی زمین، پیشنهاد کرد که دوره کواترنر را "انتروپوسن" نامیده شود، و سپس V.I. Vernadsky، با این باور که بشریت در حال ایجاد یک پوسته جدید و هوشمند است. زمین، یا ذهن کروی، نام "نووسفر" را پیشنهاد کرد.

فعالیت انسان به طور قابل توجهی چرخه مواد در بیوسفر را تغییر می دهد. حدود 50 میلیارد تن زغال سنگ استخراج و سوزانده شد. میلیاردها تن آهن و سایر فلزات، نفت و ذغال سنگ نارس استخراج می شود. انسان بر انواع مختلف انرژی از جمله انرژی اتمی تسلط داشته است. در نتیجه عناصر شیمیایی کاملاً جدیدی روی زمین ظاهر شدند و فرصت تبدیل برخی از عناصر به عناصر دیگر به وجود آمد و مقدار زیادی تشعشعات رادیواکتیو وارد بیوسفر شد. انسان به بزرگی نظم کیهانی تبدیل شده است و با قدرت ذهن خود در آینده ای نزدیک قادر خواهد بود بر چنین اشکالی از انرژی تسلط یابد که ما حتی اکنون از آنها آگاه نیستیم.

در عصر پیشرفت علمی و فناوری، دانش در مورد فرآیندهای زندگی به طور کلی، که در سراسر کره زمین رخ می دهد، اهمیت ویژه ای پیدا می کند. اکتشافات فضایی امکان مشاهده زمین از بیرون و مطالعه کره های اطراف آن را فراهم کرده است. افزایش جمعیت روی زمین مستلزم کشف منابع غذایی جدید است. زباله‌های مضر صنعت و حمل‌ونقل، نه تنها از موجودات زنده، بلکه از خلوص آب و هوا نیز محافظت می‌کند.

دانلود:

پیش نمایش:

بیوسفر و خواص زیست توده سیاره زمین

در عصر پیشرفت علمی و فناوری، دانش در مورد فرآیندهای زندگی به طور کلی، که در سراسر کره زمین رخ می دهد، اهمیت ویژه ای پیدا می کند. اکتشافات فضایی امکان مشاهده زمین از بیرون و مطالعه کره های اطراف آن را فراهم کرده است. افزایش جمعیت روی زمین مستلزم کشف منابع غذایی جدید است. زباله‌های مضر صنعت و حمل‌ونقل، نه تنها از موجودات زنده، بلکه از خلوص آب و هوا نیز محافظت می‌کند. در این راستا، درک نقش طبیعت زنده در چرخه مواد روی زمین ضروری است. نکته اصلی تعیین اهمیت طبیعت زنده به عنوان حامل و تبدیل کننده انرژی است. شناخت ساختار حیات در کل کره زمین و مبنای پایداری آن ضروری است. هنگام مطالعه گیاهان، حیوانات، انسان ها و زیست شناسی عمومی در کلاس های قبلی، با طبیعت زنده در تمام سطوح سازماندهی آن آشنا شدید: مولکولی، سلولی، موجودات زنده، جمعیت-گونه و بیوژئوسنوز. هنگام مطالعه این موضوع، با بالاترین سطح سازماندهی حیات در سیاره ما - زیست کره - آشنا خواهید شد.

بیوسفر و مرزهای آنمطالعه تنوع اشکال جهان ارگانیک و الگوهای توسعه آن بدون درک مکان و نقش موجودات زنده به طور کلی در کل سیاره زمین کامل نخواهد شد.کلیت همه موجودات زنده ماده زنده یا زیست توده سیاره را تشکیل می دهد.

فعالیت حیات موجودات تغییر کرده و در حال تغییر پوسته و جو زمین است. طی میلیاردها سال، بخش گیاهی زیست توده جو را از دی اکسید کربن پاک کرده، آن را با اکسیژن غنی کرده و منجر به رسوب کربن در سنگ آهک، زغال سنگ و نفت شده است. در فرآیند تکامل، پوسته یا کره خاصی که در آن موجودات زنده ساکن بودند، روی زمین تشکیل شد. این پوسته زمینی یا منطقه حیات نامیده می شودزیست کره (یونانی "bios" - زندگی، "کره" - توپ). این نام اولین بار توسط J.B. Lamarck داده شد. دکترین بیوسفر توسط آکادمیسین V.I. Vernadsky (1863 - 1945) ایجاد شد، بنیانگذار علم جدید - بیوژئوشیمی، که شیمی زمین را با شیمی حیات مرتبط می کند و نقش ماده زنده را در تغییر شکل زمین تعیین می کند. سطح زمین.

چندین ژئوسفر در سیاره زمین وجود دارد.

برنج. 42. لیتوسفر ("لیتوس" یونانی - سنگ) - پوسته سخت بیرونی کره زمین. از دو لایه تشکیل شده است: لایه بالایی - سنگهای رسوبی با گرانیت و لایه پایینی - بازالت. لایه ها به طور ناهموار فاصله دارند. گرانیت در جاهایی به سطح می آید.

تمام اقیانوس ها، دریاها (کل آنها اقیانوس جهانی نامیده می شود) که 70.8 درصد از سطح زمین را تشکیل می دهند، همچنین دریاچه ها و رودخانه ها تشکیل می شوند.هیدروسفر . عمق اقیانوس به طور متوسط ​​3.8 کیلومتر است، در برخی از فرورفتگی ها - تا 11.034 کیلومتر.

تا 100 کیلومتر از سطح لیتوسفر و هیدروسفر گسترش می یابدجو . لایه زیرین جو با ارتفاع متوسط ​​15 کیلومتر نامیده می شودتروپوسفر ("تروپ" یونانی - تغییر). تروپوسفر شامل بخار آب معلق در هوا است و زمانی که سطح زمین به طور ناهموار گرم می شود حرکت می کند. در بالای تروپوسفر وجود دارداستراتوسفر (لاتین "لایه" - لایه) تا ارتفاع 100 کیلومتر. نورهای شمالی در مرز آن ظاهر می شوند. در استراتوسفر در ارتفاع 15 تا 35 کیلومتری، اکسیژن آزاد تحت تأثیر تابش خورشید به ازن تبدیل می شود. 2 → O 3 ) که صفحه ای را تشکیل می دهد و تابش کیهانی مضر برای موجودات زنده و تا حدی اشعه ماوراء بنفش خورشید را منعکس می کند.

در میان تمام کره های زمین، جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص می دهدبیوسفر - پوسته زمین شناسی ساکنان موجودات زنده. سطح زمین، قسمت بالایی لیتوسفر، کل هیدروسفر و قسمت پایینی جو یعنی تروپوسفر را می پوشاند. بیوسفر فعالیت ماده زنده را نشان می دهد: گیاهان، حیوانات، میکروارگانیسم ها و انسان. مرزهای بیوسفر با وجود شرایط لازم برای زندگی موجودات مختلف تعیین می شود. حد بالایی حیات بیوسفر توسط غلظت شدید پرتوهای فرابنفش محدود شده است. پایین تر از دمای بالای داخلی زمین (بیش از 100 درجه سانتیگراد). فقط ارگانیسم های پایین تر - باکتری ها - به حد نهایی خود می رسند. هاگ های باکتری ها و قارچ ها تا ارتفاع 20 کیلومتری پرواز می کنند و باکتری های بی هوازی در پوسته زمین در عمق بیش از 3 کیلومتری و در آب های میدان های نفتی یافت می شوند.

برنج. 43.
بیشترین غلظت جرم زنده در بیوسفر در سطح زمین و اقیانوس، در مرزهای تماس بین لیتوسفر و جو، هیدروسفر و جو، هیدروسفر و لیتوسفر مشاهده می شود. این مکان ها دارای مطلوب ترین شرایط زندگی هستند - دما، رطوبت، محتوای اکسیژن و عناصر شیمیایی مهم برای تغذیه موجودات. به سمت لایه های بالایی جو، در اعماق اقیانوس و اعماق لیتوسفر، غلظت حیات کاهش می یابد. تجمع زیست توده توسط فعالیت حیاتی گیاهان سبز تعیین می شود.

جرم ماده زنده در مقایسه با جرم پوسته زمین ناچیز است. با این وجود، بسیاری از تغییرات در پوسته زمین ناشی از فعالیت حیاتی زیست توده است.

خواص ماده زندهارگانیسم هایی که زیست توده را تشکیل می دهند، توانایی فوق العاده ای برای تولید مثل دارند - تکثیر شده و در سراسر سیاره پخش می شوند.

انرژی زیست توده به ویژه در تولید مثل مشهود است. «ماده زنده - مجموعه ای از موجودات - مانند توده ای از گاز، روی سطح زمین پخش می شود و فشار خاصی را در محیط وارد می کند، موانعی را که مانع پیشرفت آن می شود دور می زند یا آنها را تصرف می کند و آنها را می پوشاند. این حرکت توسطتولید مثل موجودات... قبلاً K. Linnaeus به وضوح دید که این ویژگی را باید برای موجودات زنده اساسی در نظر گرفت، آن خط غیرقابل عبور که آن را از ماده مرده و بی اثر جدا می کند» (ورنادسکی).

در برخی از سال ها، تولید مثل تک تک گونه ها با چنان قدرتی شعله ور می شود که منجر به هجوم توده های عظیمی از حشرات (ملخ)، جوندگان و سایر حیوانات می شود. اشغال فضا توسط موجودات مختلف با شدت تولید مثل آنها تعیین می شود.

موجودات کوچک بخصوص در محیط های آبی خیلی سریع تولید مثل می کنند و پخش می شوند. تعداد برخی از باکتری ها هر 22 دقیقه دو برابر می شود. بندپایان که بخش عمده ای از حیوانات خشکی را تشکیل می دهند، به سرعت تکثیر می شوند.

تولید مثل و گسترش سریع موجودات، به ویژه موجودات تک سلولی، "همه جا" (ورنادسکی) زندگی را تعیین کرد - تا مرزهای شدید بیوسفر.

تراکم حیات به اندازه موجودات و مساحت مورد نیاز برای زندگی آنها بستگی دارد. برای جلبک های اردک و کلرلا، مساحتی برابر با اندازه آنها تعیین می شود. یک فیل به مساحت 30 کیلومتری نیاز دارد 2 ، زنبور عسل برای جمع آوری عسل – 200 متر 2 ، گیاهان علفی - به طور متوسط ​​30 سانتی متر 2 . فشار زندگی باعث ایجاد کشمکش بین موجودات برای فضا، غذا، هوا و آب می شود.

ویژگی هر موجود زنده و تمام زیست توده تبادل مداوم مواد با محیط است.

عناصر مختلفی وارد یک موجود زنده می شوند، در آن جمع می شوند و بخشی در طول زندگی و بخشی پس از مرگ از آن خارج می شوند. اینها عمدتاً اکسیژن، هیدروژن، کربن، سدیم، کلسیم، فسفر، پتاسیم، سیلیکون و دیگران هستند - بیش از 20 عنصر. در طی فرآیند تغذیه، انرژی در طول زنجیره غذایی و از طریق تولید مثل به موجودات دیگر انباشته شده و منتقل می شود. از اهمیت ویژه ای در بیوسفر، آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن در طی فتوسنتز گیاهان سبز است.

در بیوسفر، توده گیاهی چندین برابر جرم حیوانی است. به طور کلی، زیست توده تنها حدود 0.01٪ از جرم کل زیست کره را تشکیل می دهد، اما نقش آن در این سیاره بسیار زیاد است.

به طور متوسط، زیست توده روی زمین، طبق داده های مدرن، تقریباً 2.423 × 1012 تن است که جرم گیاهان زمین سبز 97٪، حیوانات و میکروارگانیسم ها 3٪ است.

زیست توده اصطلاحی است که برای توصیف هر ماده آلی ایجاد شده از طریق فتوسنتز استفاده می شود. این تعریف شامل پوشش گیاهی و درختچه های زمینی و آبزی و همچنین گیاهان و میکروارگانیسم های آبزی می شود.

ویژگی های خاص

زیست توده بقایای فعالیت های حیوانی (کود)، زباله های صنعتی و کشاورزی است. این محصول دارای اهمیت صنعتی بوده و در بخش انرژی مورد تقاضا می باشد. زیست توده یک محصول طبیعی است که محتوای کربن آن به حدی است که می توان از آن به عنوان سوخت جایگزین استفاده کرد.

ترکیب

زیست توده مخلوطی از گیاهان سبز، میکروارگانیسم ها و حیوانات است. برای بازیابی آن، مدت زمان کوتاهی مورد نیاز است. زیست توده موجودات زنده تنها منبع انرژی است که می تواند دی اکسید کربن را در طول پردازش آزاد کند. بخش عمده آن در جنگل ها متمرکز شده است. در خشکی شامل درختچه ها و درختان سبز است و حجم آنها حدود 2400 میلیارد تن برآورد شده است. در اقیانوس ها، زیست توده موجودات بسیار سریعتر تشکیل می شود؛ در اینجا توسط میکروارگانیسم ها و حیوانات نشان داده می شود.

در حال حاضر، مفهومی به عنوان افزایش تعداد گیاهان سبز در حال بررسی است. پوشش گیاهی چوبی تقریباً دو درصد است. اکثریت (حدود هفتاد درصد) کل ترکیب را زمین های زراعی، مراتع سبز و پوشش گیاهی کوچک تشکیل می دهد.

حدود پانزده درصد از کل زیست توده از فیتوپلانکتون های دریایی حاصل می شود. با توجه به اینکه فرآیند تقسیم آن در مدت زمان کوتاهی اتفاق می افتد، می توان از گردش قابل توجهی از پوشش گیاهی در اقیانوس های جهان صحبت کرد. دانشمندان حقایق جالبی را نقل می کنند که بر اساس آن سه روز برای تجدید کامل قسمت سبز اقیانوس کافی است.

در خشکی، این فرآیند حدود پنجاه سال طول می کشد. هر ساله فرآیند فتوسنتز اتفاق می افتد که به لطف آن حدود 150 میلیارد تن محصول خشک آلی به دست می آید. کل زیست توده تشکیل شده در اقیانوس های جهان، علیرغم شاخص های ناچیز، قابل مقایسه با تولید تشکیل شده در خشکی است.

بی اهمیت بودن وزن گیاهان در اقیانوس های جهان را می توان با این واقعیت توضیح داد که آنها در مدت زمان کوتاهی توسط حیوانات و میکروارگانیسم ها خورده می شوند، اما پوشش گیاهی در اینجا کاملاً به سرعت احیا می شود.

جنگل های نیمه گرمسیری و گرمسیری پربارترین در بخش قاره ای زیست کره زمین در نظر گرفته می شوند. زیست توده اقیانوسی عمدتاً توسط صخره‌ها و مصب‌ها نشان داده می‌شود.

در میان فن‌آوری‌های انرژی زیستی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند، ما این موارد را برجسته می‌کنیم: پیرولیز، گازسازی، تخمیر، تخمیر بی‌هوازی، انواع مختلف احتراق سوخت.

تجدید زیست توده

اخیراً در بسیاری از کشورهای اروپایی آزمایش های مختلفی در رابطه با کشت جنگل های انرژی انجام شده است که از آنها زیست توده به دست می آید. این روزها که توجه زیادی به مسائل زیست محیطی می شود، معنای این کلمه به ویژه مهم است. فرآیند به دست آوردن زیست توده و همچنین فرآوری صنعتی زباله های جامد خانگی، خمیر چوب و دیگ های کشاورزی با انتشار بخاری همراه است که توربین را به حرکت در می آورد. از نظر زیست محیطی، کاملاً برای محیط زیست بی خطر است.

به لطف این، چرخش روتور ژنراتور مشاهده می شود که قادر به تولید انرژی الکتریکی است. به تدریج، خاکستر جمع می شود و راندمان تولید برق را کاهش می دهد، بنابراین به طور دوره ای از مخلوط واکنش حذف می شود.

درختان سریع رشد در مزارع آزمایشی عظیم رشد می کنند: اقاقیا، صنوبر، اکالیپتوس. حدود بیست گونه گیاهی مورد آزمایش قرار گرفته است.

مزارع ترکیبی، که در آن علاوه بر درختان، محصولات دیگری نیز رشد می کنند، گزینه جالبی در نظر گرفته شد. به عنوان مثال جو بین ردیف های صنوبر کاشته می شود. مدت چرخش جنگل انرژی ایجاد شده شش تا هفت سال است.

فرآوری زیست توده

بیایید گفتگو را در مورد چیستی زیست توده ادامه دهیم. تعریف این اصطلاح توسط دانشمندان مختلف ارائه شده است، اما همه آنها متقاعد شده اند که گیاهان سبز یک گزینه امیدوارکننده برای به دست آوردن سوخت جایگزین هستند.

اول از همه، باید توجه داشت که محصول اصلی تبدیل به گاز یک هیدروکربن - متان است. می توان از آن به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی و همچنین به عنوان یک سوخت کارآمد استفاده کرد.

پیرولیز

پیرولیز سریع (تجزیه حرارتی مواد) روغن زیستی تولید می کند که یک سوخت قابل اشتعال است. انرژی حرارتی آزاد شده در این مورد برای تبدیل شیمیایی زیست توده سبز به روغن مصنوعی استفاده می شود. حمل و نقل و نگهداری آن بسیار ساده تر از مواد جامد است. سپس، روغن زیستی برای تولید انرژی الکتریکی سوزانده می شود. با پیرولیز، می توان زیست توده را به روغن فنلی تبدیل کرد که برای تولید چسب چوب، فوم عایق و پلاستیک های قالب گیری تزریقی استفاده می شود.

تخمیر بی هوازی

این فرآیند به لطف باکتری های بی هوازی انجام می شود. میکروارگانیسم ها در مکان هایی زندگی می کنند که دسترسی به اکسیژن وجود ندارد. آنها مواد آلی را مصرف می کنند و در طی واکنش هیدروژن و متان تولید می کنند. با تغذیه کود و فاضلاب به هاضم های مخصوص، وارد کردن میکروارگانیسم های بی هوازی به آنها، می توان از گاز حاصل به عنوان منبع سوخت استفاده کرد.

باکتری ها قادر به تجزیه مواد آلی موجود در محل های دفن زباله و ضایعات مواد غذایی هستند و متان تولید می کنند. برای استخراج گاز و استفاده از آن به عنوان سوخت می توان از تاسیسات مخصوص استفاده کرد.

نتیجه

سوخت های زیستی نه تنها منبع عالی انرژی هستند، بلکه راهی برای استخراج مواد شیمیایی ارزشمند نیز هستند. بنابراین، در طی فرآوری شیمیایی متان، انواع ترکیبات آلی را می توان به دست آورد: متانول، اتانول، استالدئید، اسید استیک و مواد پلیمری. به عنوان مثال، اتانول یک ماده با ارزش است که در صنایع مختلف استفاده می شود.

زیست شناسان تجزیه و تحلیل کمی از توزیع جهانی زیست توده روی زمین انجام دادند که در مجموع 550 میلیارد تن کربن بود. دانشمندان می نویسند که بیش از 80 درصد از این تعداد از گیاهان حاصل می شود، کل زیست توده موجودات زمینی حدود دو مرتبه بزرگتر از موجودات دریایی است و سهم انسان حدود 0.01 درصد است. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

داده های کمی در مورد زیست توده کل همه موجودات زنده روی زمین و توزیع آن بین گونه های فردی اطلاعات مهمی برای زیست شناسی و بوم شناسی مدرن است: می توان از آن برای مطالعه پویایی کلی و توسعه کل بیوسفر، واکنش آن به فرآیندهای آب و هوایی در حال وقوع استفاده کرد. در این سیاره هم توزیع فضایی زیست توده (از لحاظ جغرافیایی، بر اساس عمق و زیستگاه گونه ها) و هم توزیع آن در بین گونه های مختلف موجودات زنده می تواند به عنوان یک شاخص مهم در ارزیابی مسیرهای انتقال کربن و سایر عناصر و همچنین تعاملات اکولوژیکی یا زنجیره های غذایی باشد. با این حال، تا به امروز، تخمین های کمی از توزیع زیست توده یا برای گونه های فردی یا در برخی از اکوسیستم ها انجام شده است، و تخمین های قابل اعتمادی از کل زیست کره هنوز انجام نشده است.

برای به دست آوردن چنین داده هایی، گروهی از دانشمندان از اسرائیل و ایالات متحده به رهبری رون میلو از موسسه وایزمن، نوعی سرشماری از همه گونه های جانوری انجام دادند و زیست توده و توزیع جغرافیایی آنها را ارزیابی کردند. دانشمندان تمام داده ها را از چند صد مقاله علمی فعلی جمع آوری کردند و سپس این اطلاعات را با استفاده از یک طرح ادغام توسعه یافته با در نظر گرفتن توزیع جغرافیایی گونه ها پردازش کردند. به عنوان یک شاخص کمی از زیست توده قابل انتساب به گونه های مختلف، دانشمندان از اطلاعات مربوط به جرم کربنی که بر روی گونه های مختلف می افتد استفاده کردند (به عنوان مثال، جرم آب در نظر گرفته نشد). اکنون تمام نتایج به‌دست‌آمده و همچنین برنامه‌های مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل، در دسترس عموم هستند و می‌توان آن‌ها را در github یافت.

نمودار شماتیک برای به دست آوردن داده ها در مورد توزیع جهانی زیست توده بر اساس داده های ناقص موجود، با در نظر گرفتن توزیع جغرافیایی پارامترهای محیطی

Y. M. Bar-On و همکاران/ مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2018

تجزیه و تحلیل داده های به دست آمده نشان داد که کل زیست توده همه موجودات زنده روی زمین تقریباً 550 میلیارد تن کربن است. در عین حال، اکثریت قریب به اتفاق آن توسط نمایندگان پادشاهی گیاهی وجود دارد: 450 گیگا تن کربن بیش از 80 درصد کل است. باکتری ها در جایگاه دوم قرار دارند: تقریباً 70 میلیارد تن کربن، در حالی که حیوانات (2 میلیارد تن) پس از قارچ ها (12 میلیارد تن)، باستانی ها (7 میلیارد تن) و تک یاخته ها (4 میلیارد تن) در رتبه دوم قرار دارند. در میان جانوران، بندپایان دارای بیشترین زیست توده (1 میلیارد تن) و به عنوان مثال، کل زیست توده گونه هستند. انسان خردمند 0.06 میلیارد تن کربن است - این حدود 0.01 درصد از کل زیست توده روی زمین است.

توزیع زیست توده بین نمایندگان پادشاهی های مختلف (سمت چپ) و در قلمرو حیوانات (راست)

Y. M. Bar-On و همکاران/ مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2018

توزیع زیست توده بین زیستگاه های مختلف: کل برای همه موجودات زنده (سمت چپ) و به طور جداگانه برای نمایندگان پادشاهی های مختلف (راست)

Y. M. Bar-On و همکاران/ مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، 2018

جالب توجه است که حداکثر نسبت نمایندگان پادشاهی های اصلی از نظر زیست توده در زیستگاه های مختلف زندگی می کنند. بنابراین، بیشتر گیاهان گونه های زمینی هستند. حداکثر زیست توده جانوران در دریاها و اقیانوس ها زندگی می کند و به عنوان مثال، بیشتر باکتری ها و باستانی ها در اعماق زمین یافت می شوند. علاوه بر این، کل زیست توده موجودات زمینی تقریباً دو مرتبه بزرگتر از موجودات دریایی است که به گفته نویسندگان مطالعه، تنها 6 میلیارد تن کربن دارند.

دانشمندان خاطرنشان می کنند که به دلیل نبود اطلاعات دقیق، داده های به دست آمده با عدم قطعیت های بسیار بزرگ محاسبه می شوند. بنابراین، ما با اطمینان می‌توانیم فقط زیست توده گیاهان روی زمین را تخمین بزنیم، اما برای باکتری‌ها و باستان‌ها، داده‌های به‌دست‌آمده ممکن است با داده‌های واقعی 10 برابر باشد. با این حال، عدم قطعیت در داده ها در مورد کل زیست توده همه موجودات زنده روی زمین از 70 درصد تجاوز نمی کند.

به گفته نویسندگان این کار، نتایج آنها بر اساس داده های تحقیقات علمی فعلی است، و بنابراین می توان برای ارزیابی های زیست محیطی و بیولوژیکی مدرن، حتی با وجود خطای نسبتاً بزرگ، استفاده کرد. دانشمندان همچنین خاطرنشان می کنند که هنگام تجزیه و تحلیل داده ها، آنها قادر به شناسایی مناطق جغرافیایی بودند که در حال حاضر داده های بسیار کمی برای آنها وجود دارد و تحقیقات بیشتری مورد نیاز است. محققان امیدوارند که در آینده، داده های پالایش شده نه تنها انجام تجزیه و تحلیل های مشابه با وضوح جغرافیایی کافی، بلکه همچنین نظارت بر پویایی تغییرات در چنین توزیع هایی را در طول زمان ممکن کند.

اخیراً، دانشمندان با مشاهده جنگل های بزرگ در سراسر زمین، زیست توده را در سیستم های کوچکتر توزیع کرده اند. مشخص شد که بیش از نیمی از کل زیست توده جنگل تنها از یک درصد از بزرگترین درختان به دست می آید که قطر اکثر آنها بیش از 60 سانتی متر است. در عین حال، برای برخی از گونه های جانوری در مناطق جغرافیایی خاص، انجام تجزیه و تحلیل پویا از قبل امکان پذیر است. به عنوان مثال، سال گذشته بوم شناسان اروپایی زیست توده حشرات پرنده در پارک های ملی آلمان را مطالعه کردند و دریافتند که طی 27 سال 76 درصد کاهش یافته است.

الکساندر دوبوف