DAN Dan V dan aku tentang b o l o h Ke A H e M aku Dan

Di mana pun di Bumi, ke mana pun Anda mengalihkan pandangan, kehidupan berkuasa. Di mana-mana Anda dapat menemukan beberapa tumbuhan dan hewan. Dan berapa banyak lagi organisme yang tidak terlihat dengan mata telanjang! Hewan bersel tunggal paling sederhana dan ganggang mikroskopis, banyak jamur, bakteri, virus...

Saat ini diketahui hingga 500 ribu spesies tumbuhan dan sekitar 1,5 juta spesies hewan. Namun belum semua spesies ditemukan dan dideskripsikan. Dan jika Anda bayangkan berapa banyak individu yang dimiliki setiap spesies!.. Coba hitung jumlah pohon cemara di taiga, atau dandelion di padang rumput, atau bulir gandum di satu ladang... Berapa banyak semut yang hidup dalam satu sarang semut, berapa banyak cyclop atau krustasea daphnia dalam satu genangan air, berapa banyak tupai yang ada di hutan, berapa banyak tombak, tempat bertengger atau kecoak yang ada dalam satu danau?.. Dan angka yang sungguh luar biasa diperoleh ketika mencoba menghitung mikroorganisme.

Jadi, di1 gram Rata-rata tanah hutan mengandung:

bakteri -400.000.000,

jamur - 2.000.000,

ganggang - 100.000,

protozoa - 10.000.

Ahli mikrobiologi dari University of Georgia percaya akan hal itu hanya ada 5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 di Bumi (5 non-miliar) bakteri . Ini berarti 70% dari massa seluruh kehidupan di planet ini.

Semua makhluk hidup yang tak terhitung banyaknya ini tidak terletak secara kacau dan acak, tetapi secara alami, dalam urutan tertentu, menurut hukum kehidupan yang secara historis ditetapkan di Bumi. Inilah yang ditulis oleh ahli biologi Amerika K. Willie tentang hal ini: “Pada pandangan pertama, tampaknya dunia makhluk hidup terdiri dari keanekaragaman tumbuhan dan hewan yang tak terbayangkan, berbeda satu sama lain dan masing-masing berjalan dengan caranya sendiri. Namun kajian yang lebih detail menunjukkan bahwa semua organisme, baik tumbuhan maupun hewan, mempunyai kebutuhan dasar hidup yang sama, menghadapi permasalahan yang sama: memperoleh makanan sebagai sumber energi, menguasai ruang hidup, berkembang biak, dan lain-lain. Dengan permasalahan ini, tumbuhan dan hewan membentuk berbagai macam bentuk yang berbeda, yang masing-masing disesuaikan dengan kehidupan dalam kondisi lingkungan tertentu. Setiap bentuk telah beradaptasi tidak hanya dengan kondisi fisik lingkungan - ia telah memperoleh ketahanan terhadap fluktuasi dalam batas tertentu kelembaban, angin, pencahayaan, suhu, gravitasi, dll., tetapi juga terhadap lingkungan biotik - terhadap semua tumbuhan dan hewan yang hidup. di zona yang sama.

Terdistribusi secara teratur di Bumi, seluruh rangkaian organisme membentuk cangkang hidup planet kita - biosfer. Penghargaan atas pengembangan konsep “biosfer” dan memperjelas peran planetnya adalah milik akademisi Rusia VI Vernadsky, meskipun istilah itu sendiri telah digunakan pada akhir abad yang lalu. Apa itu biosfer dan mengapa biosfer begitu penting?

Bagian permukaan bumi terdiri dari tiga cangkang mineral anorganik: litosfer - cangkang batuan keras Bumi; hidrosfer - cangkang cair yang tidak kontinu, termasuk semua lautan, samudera, dan perairan pedalaman - Samudra Dunia; atmosfer adalah cangkang gas.

Seluruh hidrosfer, litosfer bagian atas, dan atmosfer bagian bawah dihuni oleh hewan dan tumbuhan. Biosfer modern terbentuk dalam proses kemunculan dan perkembangan sejarah lebih lanjut dari makhluk hidup. Sejak asal mula kehidupan di Bumi, menurut berbagai perkiraan, 1,5-2,5 hingga 4,2 miliar tahun telah berlalu. VI Vernadsky sampai pada kesimpulan bahwa selama ini seluruh lapisan terluar kerak bumi diproses oleh aktivitas vital organisme sebesar 99 persen. Oleh karena itu, Bumi yang kita anggap sebagai tempat kita hidup, sebagian besar merupakan hasil aktivitas organisme.

Kehidupan, yang muncul di Bumi sebagai hasil perkembangan alami materi, selama jutaan tahun keberadaannya dalam bentuk berbagai organisme, mengubah penampilan planet kita.

Semua organisme di biosfer secara kolektif membentuk biomassa, atau “materi hidup”, yang memiliki energi kuat yang mengubah kerak bumi dan atmosfer. Berat total massa tumbuhan adalah sekitar 10.000 miliar, dan massa hewan adalah sekitar 10 miliar ton, yaitu sekitar 0,01 persen dari berat seluruh biosfer dengan habitatnya yang padat, cair, dan gas. Diperkirakan bahwa biomassa semua makhluk hidup yang menghuni bumi, kira-kira satu miliar tahun setelah munculnya kehidupan, seharusnya jauh lebih besar daripada massa planet kita. Tapi itu tidak terjadi.

Mengapa biomassa tidak terakumulasi secara signifikan? Mengapa diadakan pada tingkat tertentu? Bagaimanapun juga, biomassa sebagai makhluk hidup cenderung terus berkembang, berkembang dan terakumulasi secara terus-menerus dalam proses perkembangannya, dalam proses reproduksi dan pertumbuhan makhluk hidup.

Namun hal ini tidak terjadi karena setiap unsur pembentuk tubuh suatu organisme diambil dari lingkungan, kemudian melalui sejumlah organisme lain ia kembali lagi ke lingkungan anorganik di sekitarnya, yang darinya ia kembali masuk ke dalam komposisi. makhluk hidup, biomassa. Akibatnya, setiap unsur yang menyusun makhluk hidup digunakan berkali-kali.

Namun hal ini tidak boleh dipahami secara mutlak. Di satu sisi, beberapa unsur keluar dari siklus zat, karena di Bumi terjadi akumulasi senyawa organik berupa endapan batu bara, minyak, gambut, serpih minyak, dan lain-lain. , manusia melalui aktivitasnya dapat menjamin proses akumulasi biomassa yang lebih intensif, yang diwujudkan dalam peningkatan hasil panen dan produktivitas hewan peliharaan yang berkelanjutan.

Namun semua ini sama sekali tidak menolak aturan umum. Biomassa di Bumi masih belum terakumulasi secara signifikan, namun tetap dipertahankan pada tingkat tertentu, meskipun tingkat tersebut tidak bersifat mutlak dan konstan. Hal ini terjadi karena biomassa terus menerus dimusnahkan dan diciptakan kembali dari bahan bangunan yang sama, dalam batas-batasnya terjadi sirkulasi zat yang terus menerus. V.I. Vernadsky menulis: “Kehidupan menangkap sebagian besar atom yang menyusun materi di permukaan bumi. Di bawah pengaruhnya, atom-atom ini berada dalam gerakan intens yang terus menerus. Dari mereka jutaan senyawa berbeda tercipta sepanjang waktu. Dan proses ini berlangsung tanpa henti selama puluhan juta tahun, dari era Archeozoikum paling kuno hingga zaman kita. Tidak ada kekuatan kimia di permukaan bumi yang lebih aktif secara konstan, dan karenanya lebih kuat dalam efek akhirnya, dibandingkan organisme hidup secara keseluruhan.

Siklus yang terjadi sebagai akibat dari aktivitas vital organisme ini disebut siklus biologis zat. Karakternya menjadi modern dengan munculnya tumbuhan hijau yang melakukan proses fotosintesis. Sejak saat itu, kondisi evolusi makhluk hidup di Bumi menjadi sangat berbeda.

Jalannya peredaran zat dapat dipertimbangkan secara singkat dengan menggunakan contoh karbon, yang atom-atomnya merupakan bagian dari molekul protein kompleks. Dengan molekul protein kehidupan dan metabolisme terhubung.

Setiap hektar bumi mengandung hingga 2,5 ton karbon dioksida (CO2). Perhitungan telah menunjukkan bahwa tanaman, misalnya tebu, menyerap hingga 8 ton karbon per hektar, yang digunakan untuk membangun tubuh tanaman tersebut. Akibatnya, tumbuhan hijau digunakan selama sekitar beberapa ratus tahun

Akan menjadi seluruh cadangan karbon. Namun hal ini tidak terjadi, karena organisme dalam proses respirasi melepaskan sejumlah besar karbon dioksida, bahkan lebih banyak lagi karbon yang dilepaskan oleh bakteri dan jamur pembusuk, sehingga menghancurkan senyawa karbon yang terkandung dalam tubuh hewan dan tumbuhan yang mati. Sebagian karbon masih meninggalkan ruang “sirkulasi”, disimpan dalam bentuk endapan minyak, batu bara, gambut, dll., yang kemudian diubah menjadi tumbuhan dan hewan mati. Namun hilangnya karbon ini diimbangi dengan penghancuran batuan karbonat, dan dalam kondisi modern juga dengan pembakaran sejumlah besar bahan bakar yang diekstraksi. Akibatnya, karbon tampaknya terus mengalir dari atmosfer melalui tumbuhan hijau, hewan, dan mikroorganisme kembali ke atmosfer. Dengan demikian, total cadangan karbon di biosfer tetap konstan. Dapat diasumsikan dengan tingkat kepastian yang tinggi bahwa hampir setiap atom karbon di biosfer, sejak munculnya kehidupan di Bumi, telah berulang kali menjadi bagian dari materi hidup, masuk ke dalam karbon dioksida di atmosfer dan kembali lagi ke komposisi materi hidup. biomassa.

Dalam kondisi modern, karbon dalam proses siklus biologis zat melalui tahapan sebagai berikut: 1) tumbuhan hijau, pencipta bahan organik, menyerap karbon dari atmosfer dan memasukkannya ke dalam komposisi tubuhnya; 2) hewan, atau konsumen, yang memakan tumbuhan, membangun senyawa karbon dalam tubuhnya dari senyawa karbonnya; 3) bakteri, serta beberapa organisme lain, atau pengurai, menghancurkan bahan organik dari tumbuhan dan hewan yang mati dan melepaskan karbon, yang kembali masuk ke atmosfer dalam bentuk karbon dioksida.

Komponen penting lainnya dari asam amino dan protein dalam biomassa adalah nitrogen. Sumber nitrogen di bumi adalah nitrat, yang diserap tanaman dari tanah dan air. Hewan, memakan tumbuhan, mensintesis protoplasmanya dari asam amino dan protein tumbuhan. Bakteri pembusuk mengubah senyawa nitrogen dari tubuh organisme yang mati menjadi amonia. Bakteri nitrifikasi kemudian mengubah amonia menjadi nitrit dan nitrat. Beberapa nitrogen dikembalikan ke atmosfer melalui bakteri denitrifikasi. Namun di Bumi, dalam proses evolusi materi hidup, muncul organisme yang mampu mengikat nitrogen bebas dan mengubahnya menjadi senyawa organik. Ini adalah beberapa ganggang biru-hijau, ganggang tanah, serta bakteri bintil bersama dengan sel akar kacang-kacangan. Ketika organisme ini mati, nitrogen dalam tubuhnya diubah menjadi garam asam nitrat oleh bakteri nitrifikasi.

Siklus serupa dilakukan oleh air, fosfor, dan banyak zat lain yang merupakan bagian dari makhluk hidup dan cangkang mineral biosfer.Akibatnya, semua elemen, dengan pengecualian yang jarang, masuk ke dalam elemen yang paling muluk dalam hal kandungannya. skala aliran yang terus bergerak - siklus biologis zat. . “Berhentinya kehidupan pasti akan dikaitkan dengan berhentinya perubahan kimia, jika bukan seluruh kerak bumi, setidaknya pada permukaannya—muka bumi, biosfer,” tulis akademisi V. I. Vernadsky.

Gagasan Vernadsky ini secara khusus ditegaskan dengan jelas oleh peran oksigen, produk fotosintesis tumbuhan, dalam proses siklusnya. Hampir semua oksigen di atmosfer bumi berasal dan dipertahankan pada tingkat tertentu melalui aktivitas tumbuhan hijau. Ini dikonsumsi dalam jumlah besar oleh organisme selama respirasi. Namun, selain memiliki aktivitas kimia yang sangat besar, oksigen terus-menerus bergabung dengan hampir semua unsur lainnya.

Jika tumbuhan hijau tidak menghasilkan oksigen dalam jumlah besar, maka oksigen tersebut akan hilang sepenuhnya dari atmosfer dalam waktu sekitar 2000 tahun. Seluruh penampakan bumi akan berubah, hampir semua organisme akan lenyap, semua proses oksidatif di bagian fisik biosfer akan terhenti... Bumi akan menjadi planet tak bernyawa. Kehadiran oksigen bebas di atmosfer planet menunjukkan adanya kehidupan, materi hidup, dan biosfer di dalamnya. Dan karena ada biosfer, hampir semua elemen lingkungan ditarik ke dalam siklus zat yang sangat besar dan tak ada habisnya.

Diperkirakan bahwa di zaman modern semua oksigen di atmosfer disirkulasikan melalui organisme (diikat melalui respirasi dan dilepaskan melalui fotosintesis) setiap 2.000 tahun, semua karbon dioksida di atmosfer bersirkulasi ke arah yang berlawanan setiap 300 tahun, dan semua air bersirkulasi dalam arah yang berlawanan setiap 300 tahun. di Bumi terurai dan diciptakan kembali melalui fotosintesis dan respirasi selama 2.000.000 tahun.

Doktrin biosfer didasarkan pada penelitian geokimia, terutama siklus oksigen dan karbon yang dipelajari oleh V.I. Vernadsky. Dialah orang pertama yang mengemukakan bahwa oksigen yang terkandung di atmosfer modern terbentuk sebagai hasil aktivitas fotosintesis tumbuhan.

Naturalis terkemuka V.I.Vernadsky memiliki kemampuan luar biasa untuk mencakup hampir semua bidang ilmu pengetahuan alam modern dengan pemikirannya yang tajam dan cemerlang. Dalam pemikiran dan konsepnya, ia jauh melampaui tingkat pengetahuan kontemporernya dan memperkirakan perkembangannya beberapa dekade ke depan. Pada tahun 1922, Vernadsky menulis tentang penguasaan manusia atas cadangan energi nuklir yang sangat besar, dan pada akhir tahun 30-an ia meramalkan akan datangnya era masuknya manusia ke luar angkasa. Dia berdiri di awal mula banyak ilmu pengetahuan tentang Bumi - mineralogi genetik, geokimia, biogeokimia, radiogeologi dan menciptakan doktrin biosfer bumi, yang menjadi puncak kreativitasnya.

Penelitian ilmiah V.I.Vernadsky terus-menerus dikaitkan dengan pekerjaan organisasi yang sangat besar. Dia adalah penggagas pembentukan Komisi Studi Kekuatan Produktif Alami Rusia, salah satu penyelenggara Akademi Ilmu Pengetahuan Ukraina dan presiden pertamanya. Atas prakarsa Vernadsky, Institut Geografi, Institut Mineralogi dan Geokimia dinamai M.V. Lomonosov, Institut Radium, Keramik dan Optik, Laboratorium Biogeokimia, yang kini menjadi Institut Geokimia dan Kimia Analitik dinamai V.I. Vernadsky, dan Komisi Studi dibentuk dalam sistem Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet permafrost, kemudian diubah menjadi Institut Ilmu Pengetahuan Permafrost V. A. Obruchev, Komisi Sejarah Pengetahuan, sekarang Institut Sejarah Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknologi, Komite Meteorit, Komisi Isotop, Uranium dan banyak lainnya. Akhirnya muncullah ide untuk membentuk Komisi Internasional untuk Menentukan Usia Geologi Bumi

ALIRAN ENERGI DI BIOSFER

Siklus semua zat tertutup; atom yang sama digunakan berulang kali di dalamnya. Oleh karena itu, tidak diperlukan zat baru untuk menjalankan siklus tersebut. Hukum kekekalan materi, yang menyatakan bahwa materi tidak pernah muncul atau lenyap, terlihat jelas di sini. Namun transformasi zat dalam siklus biogenik membutuhkan energi. Jenis energi apa yang digunakan untuk melakukan proses besar ini?


Sumber energi utama yang diperlukan untuk kehidupan di Bumi, dan karenanya untuk pelaksanaan siklus biologis zat, adalah sinar matahari, yaitu energi yang muncul di kedalaman Matahari selama reaksi nuklir pada suhu sekitar 10.000.000 derajat. (Suhu di permukaan Matahari jauh lebih rendah, hanya 6.000 derajat.) Hingga 30 persen energi dihamburkan di atmosfer atau dipantulkan oleh awan dan permukaan bumi, hingga 20 persen diserap di lapisan atas bumi. awan, dan sekitar 50 persennya mencapai permukaan daratan atau lautan dan diserap dalam bentuk panas. Hanya sejumlah kecil energi, hanya sekitar 0,1 hingga 0,2 persen, yang ditangkap oleh tumbuhan hijau; Hal inilah yang menjamin seluruh siklus biologis zat-zat di Bumi.

Tumbuhan hijau mengumpulkan energi sinar matahari dan menyimpannya di dalam tubuhnya. Hewan yang memakan tumbuhan, ada karena energi yang masuk ke dalam tubuhnya bersama dengan makanan, dengan tumbuhan yang dimakan. Predator pada akhirnya juga ada karena energi yang dikumpulkan oleh tumbuhan hijau, karena mereka memakan herbivora.

Dengan demikian, energi Matahari, yang awalnya digunakan oleh tumbuhan hijau dalam proses fotosintesis, diubah menjadi energi potensial ikatan kimia senyawa organik yang menjadi dasar pembentukan tubuh tumbuhan itu sendiri. Di dalam tubuh hewan yang memakan tumbuhan, senyawa organik ini dioksidasi, melepaskan jumlah energi yang sama dengan yang dikeluarkan untuk sintesis bahan organik oleh tumbuhan. Sebagian energi ini digunakan untuk kehidupan hewan, dan sebagian lagi, menurut hukum kedua termodinamika, diubah menjadi panas dan dihamburkan ke luar angkasa.

Pada akhirnya, energi yang diterima tanaman hijau dari Matahari ditransfer dari satu organisme ke organisme lain. Dengan setiap transisi tersebut, energi diubah dari satu bentuk (energi kehidupan tumbuhan) ke bentuk lain (energi kehidupan hewan, mikroorganisme, dll.). Dengan setiap transformasi tersebut, jumlah energi yang berguna berkurang. Oleh karena itu, berbeda dengan peredaran zat yang mengalir dalam lingkaran tertutup, energi berpindah dari organisme ke organisme ke arah tertentu. Ada aliran energi satu arah, bukan siklus.

Tidak sulit untuk membayangkan bahwa begitu Matahari padam, seluruh energi yang terkumpul di Bumi secara bertahap, setelah jangka waktu tertentu dan relatif singkat, akan berubah menjadi panas dan menghilang ke angkasa. Peredaran zat di biosfer akan terhenti, semua hewan dan tumbuhan akan mati. Gambaran yang cukup suram... Akhir kehidupan di Bumi...

Namun, kita tidak perlu bingung dengan kesimpulan ini. Bagaimanapun, Matahari akan bersinar selama beberapa miliar tahun lagi, setidaknya selama kehidupan sudah ada di Bumi, yang telah berkembang dari bongkahan materi hidup primitif hingga manusia modern. Terlebih lagi, manusia sendiri baru muncul di Bumi sekitar satu juta tahun yang lalu. Selama periode ini, ia beralih dari kapak batu ke komputer elektronik paling kompleks, menembus kedalaman atom dan Alam Semesta,

Setiap peralihan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya disertai dengan penurunan jumlah energi yang berguna, telah melampaui batas bumi dan berhasil menjelajahi luar angkasa.

Kemunculan manusia dan materi yang sangat terorganisir seperti otaknya sangat penting bagi evolusi ibu yang hidup dan seluruh biosfer. Sejak awal, umat manusia, sebagai bagian dari biomassa, telah sepenuhnya bergantung pada lingkungan untuk waktu yang cukup lama. Namun seiring berkembangnya otak dan pemikiran, manusia semakin menaklukkan alam, melampauinya, menundukkannya demi kepentingannya sendiri. Kembali pada tahun 1929, A.P. Pavlov, menekankan peran manusia yang terus meningkat dalam perkembangan dunia organik di Bumi, mengusulkan untuk menyebut periode Kuarter sebagai “antroposen”, dan kemudian V.I. Vernadsky, percaya bahwa umat manusia sedang menciptakan cangkang baru yang cerdas. Bumi, atau pikiran bulat, mengusulkan nama “noosfer”.

Aktivitas manusia secara signifikan mengubah siklus zat di biosfer. Sekitar 50 miliar ton batu bara ditambang dan dibakar; Miliaran ton besi dan logam lainnya, minyak, dan gambut ditambang. Manusia telah menguasai berbagai bentuk energi, termasuk energi atom. Akibatnya, unsur-unsur kimia yang benar-benar baru muncul di Bumi dan muncul peluang untuk mengubah beberapa unsur menjadi unsur lain, dan sejumlah besar radiasi radioaktif memasuki biosfer. Manusia telah menjadi tatanan kosmik yang sangat besar dan dengan kekuatan pikirannya dalam waktu dekat dia akan mampu menguasai bentuk-bentuk energi yang bahkan tidak kita sadari sekarang.

Di era kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, pengetahuan tentang proses kehidupan secara umum, yang terjadi di seluruh planet, menjadi sangat penting. Eksplorasi ruang angkasa telah memungkinkan kita untuk melihat Bumi dari luar dan mempelajari lingkungan di sekitarnya. Peningkatan jumlah penduduk di bumi memerlukan penemuan sumber pangan baru. Limbah berbahaya dari industri dan transportasi menimbulkan masalah tidak hanya dalam melindungi organisme hidup, tetapi juga kemurnian air dan udara.

Unduh:

Pratinjau:

Biosfer dan sifat biomassa planet bumi

Di era kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, pengetahuan tentang proses kehidupan secara umum, yang terjadi di seluruh planet, menjadi sangat penting. Eksplorasi ruang angkasa telah memungkinkan kita untuk melihat Bumi dari luar dan mempelajari lingkungan di sekitarnya. Peningkatan jumlah penduduk di bumi memerlukan penemuan sumber pangan baru. Limbah berbahaya dari industri dan transportasi menimbulkan masalah tidak hanya dalam melindungi organisme hidup, tetapi juga kemurnian air dan udara. Berkaitan dengan itu, perlu dipahami peran satwa liar dalam siklus zat di Bumi. Hal yang utama adalah mengetahui pentingnya satwa liar sebagai pembawa dan pengubah energi. Penting untuk mengetahui struktur kehidupan di seluruh planet dan dasar keberlanjutannya. Saat mempelajari tumbuhan, hewan, manusia, dan biologi umum di kelas sebelumnya, Anda mengenal alam yang hidup di semua tingkat organisasinya: molekuler, seluler, organisme, spesies populasi, dan biogeosenotik. Saat mempelajari topik ini, Anda akan mengenal tingkat tertinggi organisasi kehidupan di planet kita - biosfer.

Biosfer dan batas-batasnya.Kajian tentang keanekaragaman bentuk dunia organik dan pola perkembangannya tidak akan lengkap tanpa memahami tempat dan peran makhluk hidup secara umum di seluruh planet bumi.Totalitas semua organisme hidup merupakan materi hidup, atau biomassa, di planet ini.

Aktivitas kehidupan organisme telah berubah dan mengubah kerak bumi dan atmosfer. Selama miliaran tahun, biomassa bagian tumbuhan telah membersihkan atmosfer dari karbon dioksida, memperkayanya dengan oksigen, dan menyebabkan pengendapan karbon dalam batu kapur, batu bara, dan minyak. Dalam proses evolusi, cangkang atau bola khusus yang dihuni oleh organisme hidup terbentuk di Bumi. Cangkang bumi, atau wilayah kehidupan ini, disebut lingkungan (Yunani "bios" - kehidupan, "bola" - bola). Nama ini pertama kali diberikan oleh J.B. Lamarck. Doktrin biosfer diciptakan oleh Akademisi VI Vernadsky (1863 - 1945), pendiri ilmu baru - biogeokimia, yang menghubungkan kimia bumi dengan kimia kehidupan dan menetapkan peran makhluk hidup dalam transformasi alam. permukaan bumi.

Ada beberapa geosfer di planet Bumi.

Beras. 42. Litosfer (Yunani "lithos" - batu) - cangkang keras terluar bumi. Ini terdiri dari dua lapisan: lapisan atas - batuan sedimen dengan granit dan lapisan bawah - basal. Lapisan-lapisan tersebut mempunyai jarak yang tidak merata. Granit muncul ke permukaan di beberapa tempat.

Semua samudra, lautan (totalnya disebut Samudera Dunia), yang merupakan 70,8% permukaan bumi, serta danau dan sungai terbentuk hidrosfer . Kedalaman lautan rata-rata 3,8 km, di beberapa cekungan – hingga 11.034 km.

Membentang hingga 100 km di atas permukaan litosfer dan hidrosfer suasana . Lapisan atmosfer paling bawah yang ketinggian rata-ratanya 15 km disebut troposfer (Yunani "kiasan" - perubahan). Troposfer mencakup uap air yang tersuspensi di udara, bergerak ketika permukaan bumi dipanaskan secara tidak merata. Di atas troposfer ada stratosfir (Latin "stratum" - lapisan) setinggi 100 km. Cahaya utara muncul di perbatasannya. Di stratosfer pada ketinggian 15–35 km, oksigen bebas di bawah pengaruh radiasi matahari diubah menjadi ozon (O 2 → HAI 3 ), yang membentuk layar dan memantulkan radiasi kosmik yang berbahaya bagi organisme hidup dan sebagian sinar ultraviolet Matahari.

Di antara semua bidang bumi, ia menempati tempat khususbiosfer - cangkang geologis yang dihuni oleh organisme hidup. Ini mencakup permukaan bumi, bagian atas litosfer, seluruh hidrosfer, dan bagian bawah atmosfer, troposfer. Biosfer memanifestasikan aktivitas makhluk hidup: tumbuhan, hewan, mikroorganisme, dan manusia. Batas-batas biosfer ditentukan oleh adanya kondisi yang diperlukan bagi kehidupan berbagai organisme. Batas atas kehidupan biosfer dibatasi oleh konsentrasi sinar ultraviolet yang intens; menurunkan suhu tinggi interior bumi (lebih dari 100°C). Hanya organisme tingkat rendah—bakteri—yang mencapai batas ekstremnya. Spora bakteri dan jamur terbang hingga ketinggian 20 km, dan bakteri anaerob ditemukan di kerak bumi pada kedalaman lebih dari 3 km, di perairan ladang minyak.

Beras. 43.
Konsentrasi massa hidup tertinggi di biosfer terdapat di permukaan daratan dan lautan, pada batas kontak antara litosfer dan atmosfer, hidrosfer dan atmosfer, hidrosfer dan litosfer. Tempat-tempat ini memiliki kondisi kehidupan yang paling menguntungkan - suhu, kelembapan, kandungan oksigen, dan unsur kimia yang penting untuk nutrisi organisme. Menuju lapisan atas atmosfer, jauh ke dalam lautan dan kedalaman litosfer, konsentrasi kehidupan menurun. Akumulasi biomassa ditentukan oleh aktivitas vital tumbuhan hijau.

Massa makhluk hidup tidak seberapa jika dibandingkan dengan massa kerak bumi. Meski demikian, banyak perubahan pada kerak bumi yang disebabkan oleh aktivitas vital biomassa.

Sifat-sifat makhluk hidup.Organisme yang membentuk biomassa memiliki kemampuan yang luar biasa untuk bereproduksi—berkembang biak dan menyebar ke seluruh planet.

Energi biomassa terutama terlihat dalam reproduksi. “Materi hidup - kumpulan organisme - seperti massa gas, menyebar ke seluruh permukaan bumi dan memberikan tekanan tertentu pada lingkungan, melewati rintangan yang menghambat kemajuannya atau menguasainya, menutupinya. Gerakan ini dicapai denganreproduksi organisme... K. Linnaeus sudah melihat dengan jelas bahwa sifat ini harus dianggap sebagai hal mendasar bagi makhluk hidup, garis yang tidak dapat dilewati yang memisahkannya dari benda mati dan lembam” (Vernadsky).

Dalam beberapa tahun, reproduksi spesies individu meningkat dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga menyebabkan invasi serangga (belalang), hewan pengerat, dan hewan lainnya dalam jumlah besar. Pendudukan ruang oleh organisme yang berbeda ditentukan oleh intensitas reproduksinya.

Organisme kecil, terutama di lingkungan perairan, berkembang biak dan menyebar dengan sangat cepat. Jumlah beberapa bakteri berlipat ganda setiap 22 menit. Arthropoda, yang merupakan bagian terbesar dari hewan darat, berkembang biak dengan cepat.

Reproduksi dan penyebaran organisme yang cepat, terutama organisme uniseluler, menentukan “keberadaan” (Vernadsky) kehidupan - hingga batas ekstrim biosfer.

Kepadatan kehidupan bergantung pada ukuran organisme dan luas wilayah yang dibutuhkan untuk kehidupannya. Untuk alga duckweed dan chlorella ditentukan oleh luas yang sama dengan ukurannya. Seekor gajah membutuhkan area seluas 30 km 2 , lebah untuk mengumpulkan madu – 200 m 2 , tanaman herba - rata-rata 30 cm 2 . Tekanan kehidupan menciptakan perebutan antar organisme untuk mendapatkan ruang, makanan, udara, dan air.

Keunikan setiap organisme hidup dan seluruh biomassa adalah pertukaran zat yang konstan dengan lingkungan.

Berbagai unsur masuk ke dalam organisme hidup, terakumulasi di dalamnya dan keluar, sebagian selama hidup dan sebagian lagi setelah kematian. Ini terutama oksigen, hidrogen, karbon, natrium, kalsium, fosfor, kalium, silikon dan lainnya - lebih dari 20 elemen. Selama proses nutrisi, energi terakumulasi dan ditransfer ke organisme lain sepanjang rantai makanan dan melalui reproduksi. Yang paling penting di biosfer adalah pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida selama fotosintesis tumbuhan hijau.

Di biosfer, massa tumbuhan jauh lebih besar daripada massa hewan. Secara umum, biomassa hanya menyumbang sekitar 0,01% dari massa seluruh biosfer, namun perannya terhadap planet ini sangat besar.

Rata-rata biomassa di bumi menurut data modern kira-kira 2.423 × 1012 ton, dengan massa tumbuhan lahan hijau 97%, hewan dan mikroorganisme 3%.

Biomassa adalah istilah yang digunakan untuk mengkarakterisasi bahan organik apa pun yang tercipta melalui fotosintesis. Definisi ini mencakup vegetasi dan semak terestrial dan perairan, serta tumbuhan air dan mikroorganisme.

Keunikan

Biomassa merupakan sisa-sisa aktivitas hewan (pupuk kandang), limbah industri dan pertanian. Produk ini memiliki kepentingan industri dan diminati di sektor energi. Biomassa merupakan produk alam yang kandungan karbonnya sangat tinggi sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif.

Menggabungkan

Biomassa merupakan campuran tumbuhan hijau, mikroorganisme, dan hewan. Untuk memulihkannya, diperlukan waktu yang singkat. Biomassa organisme hidup merupakan satu-satunya sumber energi yang dapat melepaskan karbon dioksida selama pemrosesan. Bagian utamanya terkonsentrasi di hutan. Di darat, ini mencakup semak dan pepohonan hijau, dan volumenya diperkirakan sekitar 2.400 miliar ton. Di lautan, biomassa organisme terbentuk lebih cepat, di sini diwakili oleh mikroorganisme dan hewan.

Saat ini, konsep peningkatan jumlah tanaman hijau sedang dipertimbangkan. Vegetasi berkayu menyumbang sekitar dua persen. Mayoritas (sekitar tujuh puluh persen) dari total komposisi terdiri dari lahan subur, padang rumput hijau, dan vegetasi kecil.

Sekitar lima belas persen dari total biomassa berasal dari fitoplankton laut. Karena proses pembelahannya terjadi dalam waktu singkat, kita dapat berbicara tentang pergantian vegetasi yang signifikan di lautan dunia. Para ilmuwan mengutip fakta menarik yang menyatakan bahwa tiga hari sudah cukup untuk memperbarui sepenuhnya bagian hijau lautan.

Di darat, proses ini memakan waktu sekitar lima puluh tahun. Setiap tahun terjadi proses fotosintesis yang menghasilkan sekitar 150 miliar ton produk organik kering. Total biomassa yang terbentuk di lautan dunia, meskipun jumlahnya kecil, sebanding dengan produksi yang terbentuk di darat.

Kecilnya bobot tumbuhan di lautan dapat dijelaskan oleh fakta bahwa mereka dimakan oleh hewan dan mikroorganisme dalam waktu singkat, namun vegetasi di sini pulih sepenuhnya dengan cukup cepat.

Hutan subtropis dan tropis dianggap paling produktif di biosfer bumi bagian kontinental. Biomassa laut terutama diwakili oleh terumbu dan muara.

Di antara teknologi bioenergi yang saat ini digunakan, kami menyoroti: pirolisis, gasifikasi, fermentasi, fermentasi anaerobik, berbagai jenis pembakaran bahan bakar.

Pembaruan biomassa

Baru-baru ini, di banyak negara Eropa, berbagai percobaan telah dilakukan terkait dengan budidaya hutan energi, yang darinya diperoleh biomassa. Arti kata tersebut sangat relevan saat ini, ketika perhatian diberikan pada isu-isu lingkungan. Proses perolehan biomassa, serta industri pengolahan limbah padat rumah tangga, pulp kayu, dan boiler pertanian, disertai dengan pelepasan uap yang menggerakkan turbin. Dari sudut pandang lingkungan, ini benar-benar aman bagi lingkungan.

Berkat ini, rotasi rotor generator yang mampu menghasilkan energi listrik diamati. Secara bertahap, abu terakumulasi, mengurangi efisiensi pembangkit listrik, sehingga secara berkala dikeluarkan dari campuran reaksi.

Pohon yang tumbuh cepat ditanam di perkebunan percobaan besar: akasia, pohon poplar, kayu putih. Sekitar dua puluh spesies tanaman telah diuji.

Perkebunan gabungan, di mana selain pohon, tanaman lain juga ditanam, dianggap sebagai pilihan yang menarik. Misalnya jelai ditanam di antara barisan pohon poplar. Durasi rotasi hutan energi yang tercipta adalah enam hingga tujuh tahun.

Pengolahan biomassa

Mari kita lanjutkan pembahasan tentang apa itu biomassa. Definisi istilah ini telah diberikan oleh berbagai ilmuwan, namun mereka semua yakin bahwa tanaman hijau merupakan pilihan yang menjanjikan untuk memperoleh bahan bakar alternatif.

Pertama-tama, perlu dicatat bahwa produk utama gasifikasi adalah hidrokarbon - metana. Ini dapat digunakan sebagai bahan baku dalam industri kimia dan juga sebagai bahan bakar yang efisien.

Pirolisis

Pirolisis cepat (penguraian zat secara termal) menghasilkan bio-oil, yang merupakan bahan bakar yang mudah terbakar. Energi panas yang dilepaskan dalam hal ini digunakan untuk mengubah biomassa hijau menjadi minyak sintetis secara kimia. Jauh lebih mudah untuk diangkut dan disimpan dibandingkan material padat. Selanjutnya, bio-oil dibakar untuk menghasilkan energi listrik. Melalui pirolisis, biomassa dapat diubah menjadi minyak fenolik, yang digunakan untuk produksi lem kayu, busa isolasi, dan plastik cetakan injeksi.

Fermentasi anaerobik

Proses ini dilakukan berkat bakteri anaerob. Mikroorganisme hidup di tempat yang tidak memiliki akses terhadap oksigen. Mereka mengkonsumsi bahan organik, menghasilkan hidrogen dan metana selama reaksi. Dengan memasukkan kotoran dan air limbah ke dalam pencernaan khusus, memasukkan mikroorganisme anaerob ke dalamnya, gas yang dihasilkan dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar.

Bakteri mampu menguraikan zat organik yang terkandung di tempat pembuangan sampah dan sisa makanan, menghasilkan metana. Untuk mengekstraksi gas dan menggunakannya sebagai bahan bakar, instalasi khusus dapat digunakan.

Kesimpulan

Biofuel tidak hanya merupakan sumber energi yang sangat baik, namun juga merupakan cara untuk mengekstraksi bahan kimia yang berharga. Jadi, selama pengolahan kimia metana, berbagai senyawa organik dapat diperoleh: metanol, etanol, asetaldehida, asam asetat, dan bahan polimer. Misalnya, etanol merupakan zat berharga yang digunakan di berbagai industri.

Ahli biologi melakukan analisis kuantitatif terhadap distribusi global biomassa di Bumi, yang berjumlah 550 miliar ton karbon. Ternyata lebih dari 80 persen dari jumlah ini berasal dari tumbuhan, total biomassa organisme darat sekitar dua kali lipat lebih besar dibandingkan organisme laut, dan jumlah biomassa manusia sekitar 0,01 persen, tulis para ilmuwan dalam Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.

Data kuantitatif tentang total biomassa semua organisme hidup di Bumi dan distribusinya antar spesies merupakan informasi penting bagi biologi dan ekologi modern: data tersebut dapat digunakan untuk mempelajari dinamika umum dan perkembangan seluruh biosfer, responsnya terhadap proses iklim yang terjadi. di planet ini. Distribusi spasial biomassa (secara geografis, berdasarkan kedalaman dan habitat spesies) dan distribusinya di antara berbagai spesies organisme hidup dapat berfungsi sebagai indikator penting dalam menilai jalur transportasi karbon dan elemen lainnya, serta interaksi ekologi atau rantai makanan. Namun, hingga saat ini, perkiraan kuantitatif distribusi biomassa telah dibuat baik untuk taksa individu atau dalam beberapa ekosistem, dan perkiraan yang dapat dipercaya mengenai keseluruhan biosfer belum dibuat.

Untuk memperoleh data tersebut, sekelompok ilmuwan dari Israel dan Amerika Serikat, yang dipimpin oleh Ron Milo dari Weizmann Institute, melakukan semacam sensus terhadap semua spesies hewan, menilai biomassa dan sebaran geografisnya. Para ilmuwan mengumpulkan semua data dari beberapa ratus artikel ilmiah terkini, dan kemudian memproses informasi ini menggunakan skema integrasi yang dikembangkan dengan mempertimbangkan sebaran geografis spesies. Sebagai indikator kuantitatif biomassa yang dikaitkan dengan spesies yang berbeda, para ilmuwan menggunakan informasi tentang massa karbon yang terdapat pada berbagai taksa (yaitu, massa air, misalnya, tidak diperhitungkan). Sekarang semua hasil yang diperoleh, serta program yang digunakan untuk analisis, tersedia untuk umum dan dapat ditemukan di github.

Diagram skema untuk memperoleh data sebaran biomassa global berdasarkan data tidak lengkap yang tersedia, dengan mempertimbangkan sebaran geografis parameter lingkungan

Y. M. Bar-On dkk./ Prosiding National Academy of Sciences, 2018

Analisis data yang diperoleh menunjukkan bahwa total biomassa seluruh organisme hidup di Bumi adalah sekitar 550 miliar ton karbon. Pada saat yang sama, sebagian besar karbon dikandung oleh perwakilan dunia tumbuhan: 450 gigaton karbon setara dengan lebih dari 80 persen total karbon. Bakteri menempati urutan kedua dengan jumlah karbon sekitar 70 miliar ton, sedangkan hewan (2 miliar ton) juga menempati urutan kedua setelah jamur (12 miliar ton), archaea (7 miliar ton), dan protozoa (4 miliar ton). Di antara hewan, artropoda memiliki biomassa terbesar (1 miliar ton), dan, misalnya, total biomassa suatu spesies Homo sapiens adalah 0,06 miliar ton karbon - yaitu sekitar 0,01 persen dari seluruh biomassa di Bumi.

Distribusi biomassa antara perwakilan berbagai kingdom (kiri) dan dalam kingdom hewan (kanan)

Y. M. Bar-On dkk./ Prosiding National Academy of Sciences, 2018

Distribusi biomassa antar habitat yang berbeda: total untuk semua organisme hidup (kiri) dan secara terpisah untuk perwakilan kerajaan yang berbeda (kanan)

Y. M. Bar-On dkk./ Prosiding National Academy of Sciences, 2018

Menariknya, proporsi maksimum perwakilan kerajaan utama dalam hal biomassa hidup di habitat yang berbeda. Jadi, sebagian besar tumbuhan adalah spesies terestrial. Biomassa maksimum hewan hidup di laut dan samudera, dan, misalnya, sebagian besar bakteri dan archaea ditemukan jauh di bawah tanah. Selain itu, total biomassa organisme darat kira-kira dua kali lipat lebih besar dibandingkan biomassa organisme laut, yang menurut penulis penelitian, hanya menghasilkan 6 miliar ton karbon.

Para ilmuwan mencatat bahwa karena kurangnya informasi yang akurat, data yang diperoleh dihitung dengan ketidakpastian yang sangat besar. Dengan demikian, kita hanya dapat memperkirakan biomassa tumbuhan di Bumi dengan yakin, namun untuk bakteri dan archaea, data yang diperoleh mungkin berbeda 10 kali lipat dari data sebenarnya. Namun ketidakpastian data total biomassa seluruh organisme hidup di bumi tidak melebihi 70 persen.

Menurut penulis karya tersebut, hasilnya didasarkan pada data dari penelitian ilmiah terkini, dan oleh karena itu dapat digunakan untuk penilaian lingkungan dan biologi modern, meskipun terdapat kesalahan yang cukup besar. Para ilmuwan juga mencatat bahwa ketika menganalisis data, mereka mampu mengidentifikasi wilayah geografis yang datanya saat ini sangat sedikit dan diperlukan penelitian tambahan. Para peneliti berharap di masa depan, data yang disempurnakan akan memungkinkan tidak hanya melakukan analisis serupa dengan resolusi geografis yang memadai, namun juga memantau dinamika perubahan distribusi tersebut dari waktu ke waktu.

Baru-baru ini, para ilmuwan telah mendistribusikan biomassa ke dalam sistem yang lebih kecil dengan mengamati hutan-hutan besar di seluruh bumi. Ternyata lebih dari separuh total biomassa hutan hanya berasal dari satu persen pohon terbesar, yang sebagian besar berdiameter melebihi 60 sentimeter. Pada saat yang sama, untuk beberapa spesies hewan di wilayah geografis tertentu sudah dimungkinkan untuk melakukan analisis dinamis. Misalnya, tahun lalu para ahli ekologi Eropa mempelajari biomassa serangga terbang di taman nasional Jerman dan menemukan bahwa dalam 27 tahun biomassa tersebut telah menurun sebesar 76 persen.

Alexander Dubov