ZAT HIDUP (ORGANISME HIDUP). BIOMASSA
Materi hidup - totalitas dan biomassa organisme hidup di biosfer.
Konsep "materi hidup" diperkenalkan ke dalam sains oleh V.I. Vernadsky. Ini ditandai dengan massa total, komposisi kimia, energi.
Organisme hidup adalah faktor geologis yang kuat yang mengubah muka bumi. DI DAN. Vernadsky menekankan bahwa di permukaan bumi tidak ada kekuatan yang lebih kuat dalam hasil akhirnya daripada organisme hidup secara keseluruhan. Baik atmosfer (cangkang udara), dan hidrosfer (cangkang air), dan litosfer (cangkang padat) berutang keadaan saat ini dan sifat-sifat yang melekat pada pengaruh yang dimiliki organisme terhadap mereka selama miliaran tahun keberadaannya karena terus menerus. aliran elemen dalam metabolisme biogenik. Mempengaruhi dunia sekitarnya dan mengubahnya, makhluk hidup bertindak sebagai faktor aktif yang menentukan keberadaannya sendiri.
Gagasan tentang peran geokimia planet dari materi hidup adalah salah satu ketentuan utama dalam V.I. Vernadsky. Posisi penting lainnya dalam teorinya adalah gagasan tentang biosfer sebagai entitas yang terorganisir, produk dari transformasi kompleks oleh materi hidup dari materi, energi, dan kemampuan informasi lingkungan.
Biosfer dari posisi modern dianggap sebagai ekosistem terbesar planet yang berpartisipasi dalam siklus zat global. Di bawah sistem biosfer adalah ekosistem tingkat yang lebih rendah. Biogeocenosis adalah unit struktural dari bagian aktif biosfer modern.
Biosfer adalah produk dari evolusi panjang makhluk hidup dan ekosistem dengan kompleksitas yang berbeda-beda, yang berada dalam interaksi dan keseimbangan dinamis satu sama lain dan dengan lingkungan lembam.
Jumlah materi hidup organisme per satuan luas atau volume, dinyatakan dalam satuan massa, disebut biomassa. Organisme yang membentuk biomassa memiliki kemampuan untuk bereproduksi - berkembang biak dan menyebar ke seluruh planet.
Fitur dari setiap organisme hidup dan biomassa pada umumnya adalah pertukaran materi dan energi yang konstan dengan lingkungan.
Saat ini, ada lebih dari dua juta spesies organisme di Bumi. Dari jumlah tersebut, sekitar 500 ribu spesies jatuh pada bagian tumbuhan, dan lebih dari 1,5 juta spesies jatuh pada bagian hewan. Kelompok yang paling banyak jumlah spesiesnya adalah serangga (sekitar 1 juta spesies).
SIKLUS BIOGENIK
Sirkulasi biokimia adalah pergerakan dan transformasi unsur-unsur kimia melalui sifat inert dan organik dengan partisipasi aktif makhluk hidup. Unsur-unsur kimia beredar di biosfer di sepanjang berbagai jalur siklus biologis: mereka diserap oleh materi hidup dan diisi dengan energi, kemudian mereka meninggalkan materi hidup, memberikan energi yang terakumulasi ke lingkungan eksternal. Siklus seperti itu disebut Vernadsky biokimia. Mereka dapat dibagi menjadi dua jenis utama:
1) peredaran zat gas dengan dana cadangan di atmosfer dan hidrosfer;
2) siklus sedimen dengan dana cadangan di kerak bumi.
Materi hidup memainkan peran aktif dalam semua siklus biokimia. Siklus utama meliputi siklus karbon, oksigen, nitrogen, fosfor.
FUNGSI BIOSFER
Berkat siklus biotik, biosfer melakukan fungsi tertentu.
1. Fungsi gas - dilakukan oleh tumbuhan hijau dalam proses fotosintesis dan oleh semua hewan dan tumbuhan, mikroorganisme sebagai hasil dari siklus biologis zat. Sebagian besar gas dihasilkan oleh kehidupan. Gas mudah terbakar bawah tanah adalah produk dekomposisi zat organik yang berasal dari tumbuhan yang terkubur dalam batuan sedimen.
2. Fungsi konsentrasi - terkait dengan akumulasi berbagai unsur kimia dalam materi hidup.
3. Fungsi redoks (oksidasi zat dalam proses kehidupan). Oksida dan garam terbentuk di dalam tanah. Bakteri membuat batu kapur, bijih, dll.
4. Fungsi biokimia - metabolisme pada organisme hidup (nutrisi, respirasi, ekskresi) dan penghancuran, dekomposisi organisme mati dilakukan.
5. Aktivitas biokimia manusia. Ini mencakup jumlah materi yang terus meningkat di kerak bumi untuk kebutuhan industri, transportasi, dan pertanian.
ORGANISASI DAN STABILITAS BIOSFER
Biosfer adalah sistem terorganisir yang kompleks yang berfungsi sebagai satu kesatuan yang mampu mengatur diri sendiri. Unit strukturalnya adalah biogeocenosis - salah satu sistem alami paling kompleks, yang merupakan kompleks organisme hidup dan lingkungan lembam, yang selalu berinteraksi satu sama lain dan saling berhubungan oleh metabolisme dan energi. Stabilitas biosfer ditentukan oleh stabilitas biogeocenosis - produk dari perkembangan alam-historis yang panjang dari dunia organik.
Properti penting dari biogeocenosis adalah kemampuannya untuk mengatur diri sendiri, yang memanifestasikan dirinya dalam keseimbangan dinamis yang stabil. Yang terakhir dicapai dengan koordinasi dan kompleksitas interaksi yang berkembang antara komponennya - bagian hidup dan tidak hidup. Konsumsi bahan organik yang dibuat terjadi secara paralel dengan produksinya dan tidak boleh melebihi skala yang terakhir. Semakin beragam kualitas fisik dan kimia lingkungan, kondisi kehidupan di dalam biotop, semakin beragam komposisi spesies cenosis, semakin stabil. Penyimpangan kondisi keberadaan dari optimal menyebabkan pemiskinan spesiesnya. Keadaan stabil cenosis juga ditentukan oleh output produksi kotor, yang memastikan aliran energi melalui tingkat trofik dan pelestarian semua komponen hidup yang terhubung satu sama lain dalam rantai makanan dan berpartisipasi dalam sirkulasi umum zat. Hubungan yang seimbang antara organisme dari tingkat trofik yang berbeda adalah salah satu syarat untuk stabilitas biogeocenosis.
Di bawah kondisi ketidakkekalan lingkungan fisik dan kimia, keandalan biogeocenosis dipastikan dengan redistribusi total materi hidup antara spesies penyusunnya yang dapat saling menggantikan (atau menggandakan) dalam tingkat piramida ekologi yang sama. Dalam kondisi tertentu, beberapa spesies merasa lebih nyaman (sebagai akibatnya jumlah populasi mereka meningkat) dan lebih buruk - yang lain dekat dengan mereka, tetapi menempati posisi bawahan dalam biogeocenosis. Perubahan kondisi dapat berdampak negatif pada yang pertama dan, sebaliknya, berkontribusi pada kemakmuran yang terakhir. Bergantung pada kekuatan dan durasi aksi faktor alam baru, perubahan yang kurang lebih signifikan dalam organisasinya terjadi dalam biogeocenosis. Salah satu mekanisme yang memastikan keamanan biocenosis dimanifestasikan dalam kemampuan untuk membentuk struktur yang berbeda di bawah tekanan faktor eksternal dengan penguatan "elemen duplikasi".
Biogeocenosis terpisah tidak terisolasi satu sama lain; mereka saling bergantung dan berada dalam interaksi yang konstan. Bukti nyata dari hal ini dapat menjadi contoh sirkulasi global unsur-unsur biogenik, di mana tidak hanya subsistem individu, tetapi seluruh biosfer dan geosfer Bumi lainnya ambil bagian. Keseimbangan siklus unsur-unsur dan zat-zat di planet ini, terutama siklus unsur-unsur biogenik, yang tanpanya kehidupan tidak mungkin, dipastikan oleh keteguhan seluruh massa materi hidup. Sejumlah besar elemen melewati organisme hidup. Fotoautotrof menentukan kecepatan memperbaiki energi matahari dan memberikannya kepada penghuni planet lainnya. Tumbuhan hijau memasok oksigen molekuler yang diperlukan untuk keberadaan hampir semua organisme hidup di Bumi; satu-satunya pengecualian adalah bentuk anaerobik. Untuk memastikan stabilitas siklus, selain keteguhan massa materi hidup, keteguhan antara produsen, konsumen, dan pengurai juga diperlukan. Semuanya bersama-sama menciptakan dan menstabilkan kondisi keberadaan biosfer sebagai satu kesatuan yang utuh dan harmonis.
Duplikasi ekologis pada tingkat spesies dalam biogeocenosis dilengkapi dengan duplikasi ekologis pada tingkat cenosis, yang memanifestasikan dirinya dalam penggantian satu biocenosis dengan yang lain dalam kondisi yang berubah dalam biosfer integral.
Jumlah total materi hidup di biosfer berubah secara nyata dalam waktu geologis yang cukup lama (hukum keteguhan jumlah materi hidup V.I. Vernadsky). Stabilitas kuantitatifnya dipertahankan oleh keteguhan jumlah spesies, yang menentukan keanekaragaman spesies secara keseluruhan di biosfer.
Dengan demikian, biogeocenosis adalah lingkungan di mana berbagai proses kehidupan terjadi di planet kita, siklus materi dan energi yang disebabkan oleh aktivitas vital organisme dan, secara total, membentuk siklus biosfer besar.
Biogeocenosis adalah sistem yang relatif stabil dan terbuka yang memiliki "masukan" dan "keluaran" material-energi yang menghubungkan biocenosis yang berdekatan.
NOOSFER
Noosfer (Yunani noos - pikiran + bola) adalah tahap tertinggi perkembangan biosfer, lingkup pengaruh pikiran manusia, interaksi alam dan masyarakat. Muncul di Bumi, manusia secara bertahap menjadi kekuatan geologis yang kuat yang mempengaruhi dunia di sekitarnya.
Konsep noosfer sebagai cangkang Bumi yang berpikir secara ideal diperkenalkan ke dalam sains pada awal abad ke-20. Ilmuwan dan filsuf Prancis P. Teilhard de Chardin dan E. Leroy. P. Teilhard de Chardin menganggap manusia sebagai puncak evolusi dan pengubah materi melalui penyertaan evolusi dalam kreativitas. Dalam konstruksi evolusioner, ilmuwan melekatkan kepentingan utama pada tim dan faktor spiritual, tanpa meremehkan peran kemajuan teknis dan pembangunan ekonomi.
DI DAN. Vernadsky, berbicara tentang noosfer (1944), menekankan perlunya organisasi yang wajar dari interaksi antara masyarakat dan alam, memenuhi kepentingan setiap orang, semua umat manusia dan dunia di sekitarnya. Ilmuwan itu menulis: “Kemanusiaan, secara keseluruhan, menjadi kekuatan geologis yang kuat. Dan di hadapannya, sebelum pemikiran dan pekerjaannya, pertanyaan tentang restrukturisasi biosfer demi kepentingan umat manusia yang berpikiran bebas sebagai satu kesatuan telah diajukan. Keadaan baru biosfer ini, yang kita dekati tanpa menyadarinya, adalah noosfer.”
Alam menyandang jejak aktivitas manusia dalam kondisi formasi sosial-ekonomi yang berbeda yang saling menggantikan. Bentuk pengaruhnya bermacam-macam. Hasilnya selama 100-150 (200) tahun terakhir, terutama di wilayah Eropa dan Amerika Utara, melampaui seluruh sejarah umat manusia sebelumnya. Dengan pertumbuhan populasi dan peningkatan kesejahteraannya, tekanan terhadap alam menjadi semakin besar. Diyakini bahwa pada awal zaman kita ada sekitar 200 juta orang di Bumi. Pada milenium, angka ini telah meningkat menjadi 275 juta; pada pertengahan abad kedua puluh. Populasi dunia hampir dua kali lipat (500 juta). Selama 200 tahun, angka itu meningkat menjadi 1,3 miliar, dan 300 juta lagi ditambahkan dalam setengah abad (1,6 miliar pada 1900). Pada tahun 1950, sudah ada 2,5 miliar orang di Bumi, pada tahun 1970 - 3,6 miliar, pada tahun 2025 angka tersebut diperkirakan menjadi 8,5 miliar.Dari jumlah ini, 83% populasi dunia akan tinggal di negara-negara berkembang - di Asia , Afrika, Amerika Selatan, di mana bahkan sekarang pertumbuhan penduduk terlihat. Penting untuk memiliki gagasan tentang kemungkinan penghidupan penduduk untuk menghindari konsekuensi bencana ledakan penduduk.
Pertumbuhan populasi planet yang cepat membuat pertanyaan tentang batas produktivitas biologis biosfer Bumi menjadi akut. Sebagai hasil dari aktivitas manusia yang aktif selama periode kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, yang bertujuan untuk meningkatkan tingkat material dan spiritual seluruh umat manusia, cadangan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui sebagian besar telah habis. Sumber daya yang dapat diperbarui sendiri telah mengalami gangguan global di wilayah yang luas, beberapa di antaranya telah kehilangan kemampuan untuk memperbarui diri. Banyak waduk pedalaman telah mati atau berada di ambang antara hidup dan mati. Lautan dunia tercemar oleh limbah industri, tumpahan minyak, zat radioaktif, dan sirkulasi alami - global dan terutama lokal - dari sejumlah elemen biogenik vital telah terganggu. Seringkali, konsumen berakhir dengan makanan "kotor" lingkungan dan air minum berkualitas buruk.
Pencemaran lingkungan dan gangguan habitat alami banyak spesies tumbuhan dan hewan telah menyebabkan pengurangan jumlah populasi atau kepunahan mereka, dan, akibatnya, hilangnya kumpulan gen yang diciptakan selama jutaan tahun. Di bawah pengaruh mutagen yang mencemari lingkungan, tidak hanya bentuk baru hama agrocenosis dan biocenosis alami telah muncul, tetapi juga organisme patogen yang sifat pelindungnya belum dikembangkan baik pada manusia atau penghuni planet lainnya.
Eksploitasi alam yang kejam, yang ditundukkan pada kepuasan kebutuhan sesaat, tidak menyelesaikan masalah mendesak bahkan hari ini, menciptakan prospek masa depan yang tidak menguntungkan. Sebagian dari populasi dunia kekurangan gizi dan kelaparan (25% dari total panen hilang setiap tahun karena hama pertanian). Banyak orang, di antaranya anak-anak, meninggal setiap tahun karena penyakit yang disebabkan oleh penggunaan air berkualitas buruk. Kesehatan manusia menderita akibat meningkatnya pencemaran lingkungan, terutama di kota-kota industri besar. Banyak orang terkena dampak negatif tidak hanya oleh degradasi sistem ekologi, tetapi juga oleh kemiskinan, kesenjangan yang semakin besar antara si kaya dan si miskin.
Untuk menghindari konsekuensi negatif yang disebabkan oleh aktivitas ekonomi manusia dan bencana alam, perlu untuk mempertimbangkan hukum yang berlaku di alam di sekitar kita dan mendukung pembaruan diri. Tugas melindungi alam dan penggunaan rasionalnya tidak hanya menjadi tugas negara, tetapi juga tugas internasional, dan solusinya harus didasarkan pada pengetahuan tentang hukum kehidupan dan perkembangan dunia di sekitar kita.
Tidak hanya kesejahteraan orang, tetapi juga kehidupan mereka tergantung pada tingkat kesadaran publik tentang situasi krisis di biosfer dan pada kecepatan reaksinya.
Biosfer adalah sistem termodinamika terbuka yang kompleks di permukaan Bumi, bertindak berkat energi Matahari dan aktivitas vital organisme hidup, mengumpulkan dan mendistribusikan kembali aliran materi dan energi yang sangat besar. Proses ini hanya mungkin terjadi karena sifat kimia dari siklik, atau unsur-unsur organogenik, dinamakan demikian oleh V. I. Vernadsky dalam klasifikasi geokimia unsur-unsurnya karena kemampuannya untuk berbagai proses kimia yang dapat dibalik, dan sejarah semua unsur ini dapat dinyatakan dalam siklus.
Konsep "materi hidup" dan seluruh kompleks ide tentang aktivitas geokimianya diperkenalkan ke dalam sains oleh V. I. Vernadsky. Pada tahun 1919, ia menulis: “Dengan nama materi hidup, yang saya maksud adalah totalitas semua organisme, dan hewan, termasuk manusia. Dari sudut pandang geokimia, kumpulan organisme ini hanya signifikan oleh massa materi yang menyusunnya, komposisi kimianya, dan energi yang terkait dengannya. Jelas, hanya dari sudut pandang inilah materi hidup penting bagi tanah, karena, karena kita berurusan dengan kimia tanah, kita berurusan dengan manifestasi khusus dari proses geokimia umum. Benda hidup yang telah menjadi bagian dari tanah menyebabkan perubahan sifat-sifatnya yang paling beragam, yang biasanya tidak diperhitungkan dalam ilmu tanah. Pertama-tama, saya akan membahas pengaruhnya terhadap kehalusan tanah, karena sifat tanah ini adalah perbedaan paling mendasar dan tajam dari semua produk lain di permukaan bumi. Ini juga menentukan jalannya semua reaksi kimia di tanah dan menjadikan tanah sebagai area paling aktif dari sudut pandang kimia di biosfer.
Pada saat yang sama, ilmuwan untuk pertama kalinya mengungkapkan gagasan tentang keberadaan bersama unsur-unsur kimia dalam materi hidup, yang ditentukan oleh sifat-sifat biologis organisme, dan bukan oleh sifat-sifat kimia unsur-unsur tersebut.
Untuk membangun organisme hidup dari 105 unsur kimia, enam diperlukan - karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, fosfor, belerang. Mereka dicirikan oleh berat atom yang rendah, kemudahan kembali dan perlekatan elektron. Unsur utama di antaranya adalah karbon. Karena kemampuan atom untuk bergabung dalam rantai, karbon dapat membentuk senyawa dalam jumlah tak terbatas. Lima unsur yang tersisa juga sangat mudah membentuk pasangan elektron yang sama dengan atom unsur lain, termasuk satu sama lain.
Adapun jumlah elemen yang terakumulasi, 99,9% dari berat hidup organisme adalah elemen dari "selusin awal": H, C, N, O, Na, Mg, P, S, C1, K, Ca, Fe. Semuanya milik 26 elemen pertama dari sistem periodik, yang menjadi perhatian D. I. Mendeleev. Berat hidup 99% dibentuk oleh hanya empat elemen - H, C, N, O, yang sangat reaktif, memiliki senyawa yang sangat larut dan secara aktif berinteraksi dengan karbon.
Di biosfer, siklus suatu unsur akan cepat dan stabil hanya jika unsur ini tidak hanya larut, tetapi juga mudah menguap, yaitu. jika salah satu senyawanya dapat, seperti air, kembali ke darat melaluinya.
Setidaknya ada tiga elemen seperti itu di biosfer: karbon, nitrogen, dan belerang. Di antara senyawa "udara" mereka adalah karbon dioksida (CO2), metana (CH4), nitrogen bebas (N2), amonia (NH3), hidrogen sulfida (H2OS) dan sulfur dioksida (SO2). Menariknya, dalam proses siklus, karbon, nitrogen, dan belerang mengubah valensinya. Semuanya berada di biosfer dalam bentuk yang lebih tereduksi daripada di dunia sekitarnya.
Dalam pertukaran zat antara alam hidup dan mati, yang paling penting adalah redistribusi gas. Tanaman, mensintesis bahan organik, menyerap karbon dioksida dari atmosfer dan melepaskan oksigen. Pengikatan 1 g karbon dalam bahan organik disertai dengan pelepasan 2,7 g oksigen. Dari 1 hektar padang rumput, 10-12 ribu m3 oksigen dilepaskan ke atmosfer per tahun.
Tahap yang paling penting dari siklus adalah pengurangan karbon dioksida. Pada dasarnya, ini adalah reaksi adisi hidrogen yang menghasilkan formaldehida. Sumber hidrogen adalah dehidrogenasi air (penghilangan hidrogen darinya), sementara oksigen dilepaskan di sepanjang jalan. Metode akumulasi energi ikatan kimia ini hanya merupakan karakteristik tanaman hijau, tetapi energi yang terakumulasi menjadi cocok untuk reaksi kehidupan lain dan untuk berfungsinya rantai trofik (). Karbon yang difiksasi oleh tumbuhan dan kemudian digunakan tidak hanya oleh mereka, tetapi juga oleh hewan, kembali ke lingkungan eksternal, di mana ia dapat dimasukkan ke dalam salah satu siklus geokimia. Ingatlah bahwa biosfer tidak hanya dicirikan oleh keberadaan materi hidup. Ini mengandung sejumlah besar air cair, mengambil aliran energi yang kuat dari sinar matahari, di biosfer ada antarmuka antara zat yang berada di salah satu dari tiga fase - padat, cair dan gas. Karena itu, biosfer dicirikan oleh sirkulasi materi dan energi yang berkelanjutan, di mana organisme hidup memainkan peran paling aktif.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU FEDERASI RUSIA
UNIVERSITAS EKONOMI NEGARA VLADIVOSTOK DAN
MELAYANI
INFORMATIKA INOVASI DAN SISTEM BISNIS
DEPARTEMEN EKOLOGI DAN MANAJEMEN ALAM
020801.65 "Ekologi"
Vladivostok
penerbit VSUES
Program kerja Disiplin Akademik “Pengajaran Biosfer” disusun sesuai dengan persyaratan Standar Pendidikan Negara Pendidikan Profesi Tinggi.
Disusun oleh: , Associate Professor Departemen Ekologi
Disetujui pada rapat departemen EPP pada 01/01/2001, protokol No. 6, edisi 2014
© Rumah Penerbitan Vladivostok
Universitas Negeri
ekonomi dan jasa, 2014
PENGANTAR
Doktrin biosfer adalah disiplin ilmu alam yang bertujuan untuk mengembangkan pandangan dunia biosentris dan kemampuan untuk mengevaluasi aktivitas profesional mahasiswa ekologi dari sudut pandang penggunaan sumber daya alam dan perlindungan lingkungan secara rasional. Lingkungan alami biosfer memberi seseorang bahan mentah, energi, berbagai bahan. Doktrin biosfer membantu untuk memahami hubungan organisme, populasi dengan habitat, hubungan ekosistem alami dan antropogenik, kondisi untuk keadaan ekosistem yang berkelanjutan, penyebab krisis ekologis, prinsip-prinsip lingkungan pengelolaan lingkungan yang memastikan pembangunan berkelanjutan umat manusia. Mempelajari disiplin "The Doctrine of the Biosphere", mahasiswa ekologi menganggap biosfer sebagai ekosistem global, komposisinya, struktur, koneksi internal yang memastikan fungsi dan keberlanjutannya. Mereka memberikan penilaian tentang sumber utama polusi, menganalisis masalah lingkungan perkotaan. Mereka mempelajari cara untuk melindungi biosfer dari dampak teknogenik, mempertimbangkan masalah dan cara untuk melestarikan keanekaragaman hayati. Perhatian khusus diberikan pada masalah pengaruh manusia pada proses global dan iklim biosfer. Studi tentang berbagai proses biosfer memungkinkan mendidik kesadaran berorientasi lingkungan siswa dan membentuk stereotip perilaku "ekologis" di dalamnya. Disiplin "Pengajaran tentang Biosfer" ditujukan untuk mempelajari pola dasar fungsi sistem alam di berbagai tingkat biosfer, faktor-faktor yang menentukan stabilitas, produktivitas, dan energinya. Peran makhluk hidup dalam siklus biogeokimia terungkap, hubungan logis ditunjukkan antara studi tradisional tentang masalah interaksi antara alam - masyarakat - ekonomi dan konsep pembangunan berkelanjutan umat manusia, berjuang untuk solusi konstruktif untuk masalah lingkungan. Keadaan ekosistem global dan cara menstabilkan dan meningkatkan biosfer modern dinilai. Studi mata kuliah ini terkait erat dengan disiplin ilmu seperti "Biologi", "Kimia", "Geografi", "Geologi", "Ilmu Tanah".
Fitur studi disiplin "Doktrin biosfer" adalah pendekatan terpadu untuk masalah lingkungan, yang memungkinkan siswa lingkungan memperoleh pengetahuan yang diperlukan, untuk memahami hubungan proses biogeokimia di biosfer. Untuk menguasai disiplin ilmu tersebut diperlukan pengetahuan dasar geografi, biologi, kimia, geologi, ekologi, dan ilmu tanah.
1. PETUNJUK ORGANISASI DAN METODOLOGI
1.1. Maksud dan tujuan disiplin
Tujuan disiplin adalah untuk membiasakan siswa dengan konsep dasar, masalah dan metode sains "Pengajaran tentang biosfer". Disiplin ini ditujukan untuk siswa dalam spesialisasi 020801.65 - Ekologi. Tugas utama disiplin- pembentukan keterampilan dan kemampuan dalam bidang kegiatan berikut:
· studi tentang dasar-dasar "Pengajaran tentang biosfer", batas-batasnya dan evolusinya;
· karakteristik migrasi biogenik, siklus biogeokimia zat, siklus spasial dan temporal elemen kimia;
· pengenalan dengan organisasi ruang-planet dari biosfer;
· pertimbangan orientasi termodinamika perkembangan biosfer, transformasi energi oleh materi hidup;
· studi tentang konsep noosfer sebagai dasar manajemen ilmiah;
pembentukan profesional kompetensi.
1.2. Daftar kompetensi yang diperoleh saat mempelajari disiplin ilmu
Disiplin membentuk pandangan profesional aspek geokimia, biogeokimia dan biologi biosfer. Konsep biosfer ditujukan untuk membentuk pandangan holistik tentang proses dan fenomena dalam ekosistem global, mekanisme dan pola keberadaan berkelanjutan sistem biologis dari berbagai tingkat dalam lingkungan yang kompleks dan dinamis. Pengetahuan yang diperoleh dalam proses mempelajari disiplin membentuk pandangan dunia ekologis, noosferik siswa dan mengembangkan pemikiran logis di semua tingkat organisasi makhluk hidup (organisme, populasi, ekosistem, biosfer).
1.3. Jenis utama kelas dan fitur perilaku mereka
Jumlah total disiplin untuk spesialisasi 020801.65 Ekologi adalah 200 jam, yang terdiri dari 68 jam kerja kelas (34 jam kuliah, 34 jam kelas praktik) dan 132 jam kerja mandiri. Disiplin "Doktrin Biosfer" dipelajari pada semester 5, 4 jam seminggu, di mana 2 jam adalah kuliah, 2 jam adalah kelas praktik. Kursus diakhiri dengan ujian. Jenis pekerjaan utama: - kuliah, yang memberikan materi sistematis utama tentang struktur, organisasi, sifat dan fungsi biosfer; - kelas praktis berkontribusi pada pembentukan pemahaman siswa lingkungan tentang hubungan organisme dengan lingkungan, struktur biosfer, evolusinya, masalah lingkungan global. Seminar dan kelas praktis mengembangkan kemampuan untuk memprediksi hasil kegiatan profesional, dengan mempertimbangkan konsekuensi langsung dan tidak langsung untuk biosfer; - konsultasi termasuk bantuan dalam mempelajari materi secara mandiri; - pekerjaan mandiri meliputi: bekerja dengan literatur pendidikan dan ilmiah dalam persiapan untuk seminar praktis, tes dan penulisan makalah. Selama mempelajari disiplin ini, mahasiswa pecinta lingkungan mendengarkan ceramah, memperoleh keterampilan praktis di kelas praktis, belajar secara mandiri menggunakan literatur ilmiah, database elektronik perpustakaan dan Internet dalam persiapan untuk ujian dan dalam mempertahankan makalah.
1.4. Jenis kontrol dan pelaporan menurut disiplin
Studi disiplin berakhir dengan ujian di semester 5. Siswa harus menunjukkan dalam ujian basis pengetahuan aktual dari organisasi ruang-planet biosfer, kemampuan untuk membangun hubungan sebab-akibat, dan merumuskan kesimpulan. Jenis kontrol berikut digunakan: - sertifikasi saat ini, termasuk kinerja siswa dari tugas kontrol tertulis, pertanyaan lisan, laporan di seminar, menghadiri kuliah, pengujian.
1.5 Jenis pengendalian dan pelaporan menurut disiplin
Pengendalian kemajuan siswa dilakukan sesuai dengan sistem penilaian penilaian pengetahuan.
Kontrol kemajuan saat ini berisi tugas-tugas yang berkontribusi pada pengembangan kompetensi kegiatan profesional yang sedang dipersiapkan siswa dan meliputi:
Memeriksa tingkat kesiapan mandiri sarjana dalam melaksanakan tugas individu, persiapan perkuliahan dan kerja praktek;
Partisipasi sarjana dalam diskusi tentang poin-poin utama dari topik yang dipelajari;
Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet explorer, atau sejenisnya.
b) dukungan teknis dan laboratorium
Kuliah dan kelas praktik diadakan di ruang kelas dengan menggunakan peralatan multimedia
7. DAFTAR ISTILAH DASAR
Antropogenesis adalah proses pembentukan historis dan evolusioner dari tipe fisik seseorang, perkembangan awal aktivitas kerjanya, ucapan, dan masyarakatnya.
Lingkungan- sejenis cangkang Bumi, yang berisi totalitas organisme hidup dan bagian dari substansi planet yang terus-menerus bertukar dengan organisme ini
biosentrisme- pendekatan ilmiah untuk perlindungan lingkungan, yang menempatkan kepentingan satwa liar (seperti yang tampak bagi manusia) di atas segalanya.
Pembangunan berkelanjutan- pembangunan yang serasi (tepat, merata, seimbang) adalah suatu proses perubahan di mana eksploitasi sumber daya alam, arah penanaman modal, orientasi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, perkembangan individu dan perubahan kelembagaan saling terkoordinasi dan memperkuat potensi saat ini dan masa depan untuk memenuhi kebutuhan dan aspirasi manusia.
Bencana ekologi - ini adalah peristiwa yang tiba-tiba, proses yang bergerak cepat yang membawa konsekuensi serius bagi ekosistem, kehancurannya, korbannya. Alasan untuk perubahan tersebut dapat menjadi dampak eksternal pada sistem dan pelepasan tegangan internal yang telah melebihi kekuatan struktur.
Krisis ekologi- gangguan kondisi lingkungan regional atau lokal yang signifikan, yang mengarah pada pelanggaran total atau sebagian dari sistem ekologi lokal.
Latar belakang ilmiah Bentuk planet yang bulat (XYI-XYII, Leonardo da Vinci, J. Bruno, Galileo Galilei) Signifikansi geologis organisme hidup di permukaan bumi (XYII-XYIII, D. Woodward, J. Buffon, Jean Baptiste Lamarck ) 1803 Lamarck : menerapkan istilah biosfer untuk merujuk pada totalitas organisme hidup (habitat organisme hidup) Mulai dari abad ke-17, tidak hanya atmosfer, hidrosfer dan litosfer yang menonjol, tetapi interpenetrasinya juga diperhatikan
Latar belakang ilmiah abad XIX: Humboldt - tentang interaksi fenomena alam Dokuchaev (guru Vernadsky) dalam "Doktrin Zona Alam" tentang "... hubungan alami antara alam yang mati dan hidup, antara kerajaan tumbuhan, hewan, dan mineral , di satu sisi, manusia, cara hidupnya dan bahkan dunia spiritual di sisi lain. E. Suess - 1875 Di bawah biosfer memahami tidak hanya dunia organik, tetapi juga lingkungannya.
Ketentuan utama (generalisasi empiris) dari doktrin biosfer Vernadsky pada tahun 1926 "Biosfer": "Materi hidup juga didistribusikan secara konsentris di kerak bumi. Area yang ditempati olehnya membentuk cangkang, yang kita sebut biosfer. Biosfer ini meliputi bagian dari litosfer dan atmosfer dan seluruh hidrosfer"
Generalisasi empiris Menandai peran sentral materi hidup, Vernadsky menunjukkan: 1. Ada hubungan genetik antara materi hidup modern dan materi hidup masa lalu, kelangsungan pengaruh zat ini terhadap lingkungan, kelangsungan pelapukan biogeokimia proses. Prinsip Aktualisme adalah kelangsungan keberadaan biosfer “Penyebaran kehidupan adalah gerakan yang diekspresikan di mana-mana kehidupan, itu adalah manifestasi dari energi internalnya, pekerjaan kimia yang dihasilkannya. Saya akan menyebutnya energi geokimia kehidupan."
Generalisasi empiris 2. Prinsip Redi (1712) - semua kehidupan berasal dari kehidupan. Pada skala waktu geologi, tidak ada data geokimia untuk generasi spontan kehidupan. Zaman geologi Azoik (yaitu, tanpa kehidupan) tidak pernah diamati selama seluruh waktu geologis. 3. Prinsip Dan (1863) - arah proses evolusi (sefalisasi). Kemunculan dalam biosfer manusia adalah wajar. Manusia telah menjadi kekuatan geologis di planet ini. 4. Energi radiasi matahari, melalui organisme hidup, mengatur manifestasi kimiawi kerak bumi.
Generalisasi empiris 6. Materi hidup adalah fenomena planet dan tidak dapat dipisahkan dari biosfer, yang merupakan fungsi geologis. 7. Radiasi kosmik yang datang dari semua benda langit, menutupi biosfer, menembus segala sesuatu yang ada di dalamnya. Biosfer adalah area transformasi energi kosmik. Substansi biosfer menjadi aktif berkat energi ini. Wajah Bumi sedang berubah, itu bukan hanya refleksi dari planet kita, tetapi pada saat yang sama adalah penciptaan kekuatan eksternal kosmos.
Tempat biosfer dalam sistem planet "Bumi" (atmosfer) Batas atas biosfer - batas atas bidang keberadaan kehidupan - lapisan ozon di perbatasan troposfer dan stratosfer. Batas atas ditentukan oleh radiasi (pada ketinggian 9000 m itu puluhan kali lebih besar daripada di permukaan laut, pada ketinggian 15 km itu 100 kali lebih besar). Konsentrasi kehidupan berkurang dengan jarak dari permukaan bumi. Dalam 1 cu. m udara mengandung: Dekat permukaan tanah - 10 -100 ribu mikroorganisme 11 -21 km - 0, 14 organisme (jamur, bakteri) 48 -85 km - mikroorganisme terdeteksi
Batas-batas biosfer Batas atas bidang stabilitas kehidupan berada di atas lapisan ozon (85 km ke atas, luar angkasa). Organisme hidup hadir baik dalam keadaan tidak aktif, tidak memiliki metabolisme aktif, atau dilindungi oleh beberapa zat (misalnya, zat besi meteorit setebal 800 angstrom adalah tempat yang aman bagi mikroba).
Tempat biosfer dalam sistem planet "Bumi" (hidrosfer) Seluruh hidrosfer dihuni oleh organisme hidup: dari permukaan air laut hingga cekungan laut dalam
Tempat biosfer dalam sistem planet "Bumi" (litosfer) Litosfer adalah lapisan padat kerak bumi (pelapukan kerak) yang dilatarbelakangi oleh astenosfer plastik dan kurang kental. Litosfer terdiri dari batuan: Sedimen 12-15 km (sampai 20 km) Metamorf (granit) Beku (basal) Litosfer terdiri dari lempeng (samudera dan benua). Penyebab terjadinya lempeng tektonik (gerakan horizontal) adalah konveksi termal di dalam mantel bumi)
Perbatasan di litosfer Di lempeng benua, batas bawah bidang kehidupan adalah 2-3 km (hingga 6 km).Misalnya, mikroorganisme di perairan mencuci lapisan minyak (hingga 10-40 ribu per 1 ml). Di lempeng samudera - 0,5 -1 km. Batas bawah bidang stabilitas kehidupan di litosfer ditentukan oleh keberadaan air cair (10,5 km ditemukan), tetapi tidak lebih dari 25 km, di mana kehidupan pada dasarnya tidak mungkin, karena meskipun ada tekanan tinggi pada suhu 460 derajat. , air cair berubah menjadi uap.
Ketebalan rata-rata biosfer km (Shipunov, 1980) Sabuk lintang Kutub Kontinental Wilayah Oseanik 12 13 Lintang tengah 14 15 Tropis 22 21
Organisasi biosfer "Struktur biosfer mudah disebut organisasi menurut sifat proses geologis yang terjadi di dalamnya" Sifat fungsional dari konsep ini ditekankan. Organisasi biosfer sebagai keseluruhan formasi dinamis hanya ada dalam kerangka aliran energi dan sirkulasi materi. Tingkat organisasi biosfer dibedakan: fisik, termodinamika, kimia, biologi, paragenetik
Tingkat fisik organisasi biosfer Biosfer dapat dianggap sebagai sistem terdispersi yang sangat kompleks yang terdiri dari fase padat, cair, dan gas. Di semua bagian biosfer (troposfer, hidrosfer, litosfer) selalu ada zat dalam tiga keadaan agregat (padat, cair, dan gas). Di biosfer, ada transisi, dengan partisipasi aktif organisme hidup, dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya.
Tingkat termodinamika organisasi biosfer Fase gas menghubungkan bagian termodinamika biosfer Sifat termodinamikanya saling bergantung (letusan gas vulkanik, penguapan air, dll.) Peran makhluk hidup dalam mengatur komponen gas biosfer (misalnya, pengikatan karbon dioksida selama fotosintesis)
Tingkat kimia organisasi biosfer Struktur kimia perairan biosfer: terestrial (permukaan), di atas tanah, di bawah tanah Struktur kimia gas biosfer (di atas tanah, terestrial, gas bawah tanah) di wilayah benua dan samudera Struktur kimia benda padat biosfer (di atas tanah, terestrial , litosfer yang tepat) Struktur kimia zat hidup Organisasi kimia biosfer dipelajari oleh biogeokimia
Tingkat organisasi biosfer secara biologis Lapisan 1 - makhluk hidup di atas permukaan fotobiosfer Produsen (mikroorganisme fotosintetik) Lingkungan (troposfer) Konsumen Pengurai (jamur dan bakteri)
Tingkat organisasi biosfer secara biologis Lapisan 2 - materi hidup dari fotobiosfer terestrial dan akuatik Produsen (tumbuhan dan bakteri fotosintesis) Lingkungan (troposfer, hidrosfer, litosfer) Konsumen Pengurai (jamur dan bakteri)
Tingkat organisasi biosfer secara biologis Lapisan 3 - materi hidup di bawah tanah dan afotobiosfer akuatik Produsen (mikroorganisme kemosintetik) Lingkungan (hidrosfer, litosfer) Pengurai (jamur dan bakteri) Konsumen
Tingkat organisasi biosfer paragenetik “Untuk cangkang termodinamika, fase dan kimia, kita harus menambahkan ... cangkang paragenetik yang menentukan paragenesis elemen, yaitu hukum koeksistensi mereka. Biosfer adalah salah satu cangkang paragenetik ini, yang paling mudah diakses dan diketahui oleh kita.
Materi hidup, sebagai manifestasi khusus dari kondisi termodinamika, fisik dan kimia planet ini, terus-menerus berusaha untuk mengaturnya sedemikian rupa sehingga memiliki stabilitas maksimum strukturnya, yaitu, mentransfernya ke tingkat yang lebih kompleks dari organisasi. Akibatnya, cangkang paragenetik planet ini muncul - biosfer. Paragenesis struktur dari berbagai tingkat organisasi dimanifestasikan dalam biosfer. Ini mengarah pada munculnya struktur kompleks seperti badan bioinert.
Kategori materi biosfer 1. Materi hidup adalah jumlah organisme hidup yang terus-menerus mati dan dilahirkan (migrasi biogenik atom terkait dengan kategori materi lainnya). 2. Zat biogenik (zat hidup lampau: batubara, bitumen, minyak, batu kapur, dll.). 3. Materi inert - abiotik, materi hidup tidak berpartisipasi dalam pembentukannya. 4. Zat bioinert - dibuat oleh organisme hidup dan proses inert (tanah, air alami, biosfer)
Fungsi biogeokimia makhluk hidup Gas (oksigen-karbon dioksida, ozon, dll.) Konsentrasi Redoks Biokimia Fungsi biogeokimia manusia
Organisasi kehidupan di tingkat planet-kosmik 1. Pada skala biosfer dan waktu singkat - totalitas organisme hidup. 2. Dalam skala waktu geologis, seluruh biosfer menjadi bagian kehidupan yang benar-benar terorganisir. 3. Pada skala waktu kosmik, dapat diasumsikan bahwa seluruh kosmos (?) dapat menjadi bagian kehidupan yang berpotensi terorganisir, tubuh potensialnya!
Organisasi kehidupan di tingkat planet-kosmik James Lovelock (1972) gagasan tentang planet hidup "Gaia". Planet yang dihuni oleh organisme hidup itu sendiri, secara keseluruhan, memperoleh beberapa sifat organisme biologis. Humberto Maturana dan Francisco Varela (1974 -1979) Teori autopoiesis, teori sistem otonom yang memproduksi sendiri. Sebuah model teori kehidupan metasistem telah dibuat.
Sistem autopoietic berinteraksi dengan lingkungan sebagai satu kolektif, sebagai suatu integritas. Dalam proses konjugasi struktural dengan lingkungan, terjadi perubahan struktural adaptif dalam tubuh. Gangguan juga terjadi di lingkungan di bawah pengaruh organisme. Media tidak inert. Dalam proses interaksi, organisme dan lingkungan (yang mungkin termasuk organisme lain) bertindak sebagai mitra yang berevolusi bersama. Biosfer adalah sistem autopoietik
Noosfer Istilah ini diperkenalkan oleh E. Leroy (ahli matematika dan filsuf Prancis) pada tahun 1927: Evolusi lebih lanjut dari kehidupan di planet ini akan dilakukan hanya dengan cara spiritual: masyarakat, bahasa, budaya, dll. Dan ini akan menjadi noosfer, yang akan mengikuti biosfer. Pierre Teilhard de Chardin (antropolog Prancis) pada tahun 1930 Menulis buku The Noosphere: A Phenomenon of Man. Noosfer dipahami sebagai cangkang Bumi yang terpisah, terbentuk selama evolusi materi (energi tangensial) dan energi radial (halus) di planet ini.
Noosfer VI Vernadsky (1935) Noosfer adalah tubuh alami, yang komponennya adalah litosfer, hidrosfer, atmosfer, dan dunia organik, yang diubah oleh aktivitas manusia yang cerdas. “Ledakan pemikiran ilmiah di abad ke-20 disiapkan oleh seluruh biosfer masa lalu. Biosfer pasti akan lewat, dengan satu atau lain cara, cepat atau lambat, ke dalam noosfer.
DI DAN. Vernadsky, mengingat biosfer sebagai cangkang geologis, memahami dengan jelas bahwa struktur cangkang ini tidak mencerminkan kompleksitas proses yang terjadi di dalamnya. Oleh karena itu, ia memperkenalkan konsep organisasi biosfer. Kembali pada tahun 1931, dalam karyanya "On the Conditions for the Emergence of Life on Earth", Vernadsky mendefinisikan organisasi biosfer sebagai stabilitas sistem dinamis, keseimbangannya.
Organisasi biosfer dalam waktu geologis dikonfirmasi oleh fakta bahwa seluruh biosfer ditutupi oleh troposfer, hidrosfer, litosfer, dan materi hidup. Bagian-bagian ini saling menembus dan berinteraksi satu sama lain, membentuk satu kesatuan (Gbr. 2).
LINGKUNGAN
Beras. 2. Hubungan cangkang biosfer Bumi
Dengan demikian, konsep “organisasi” mengandung makna bahwa alam sekitar bukanlah kekacauan unsur-unsur yang berlainan, melainkan merupakan satu kesatuan yang utuh dan padu.
Organisasi alam bukan hanya fakta empiris eksternal, tetapi juga properti utamanya. Ini tampak paling jelas dalam fenomena makhluk hidup, di mana setiap butir dapat dianggap sebagai sejenis mikrokosmos.
Dengan demikian, organisasi biosfer menyiratkan kesatuan, kesetaraan, dan hubungan bagian-bagiannya. Organisasi biosfer dimanifestasikan pada tingkat yang berbeda. Ada termodinamika, fisik, kimia, biologi, paragenetik, energi, tingkat organisasi biosfer planet.
1.5. Stabilitas dan pengaturan diri dalam proses pengembangan biosfer
Biosfer Bumi- sistem materi hidup dan senyawa mineral yang terbuka, kompleks, multi-komponen, mengatur diri sendiri yang terhubung dengan ruang angkasa, membentuk kulit terluar planet ini.
Biosfer bukan hanya area di mana kehidupan muncul dan berkembang di planet Bumi dalam segala keragaman bentuknya. Materi hidup selama keberadaannya telah sangat mengubah sifat asli planet ini, menjadikannya biologis. Kehidupan itu sendiri mengadaptasi dan mengoptimalkan lingkungan. Perisai ozon muncul di stratosfer, melindungi makhluk hidup dari efek destruktif sinar ultraviolet dan radiasi kosmik lainnya.
Pelapukan, pembentukan tanah, endapan deluvial dan aluvial menutupi batuan monolitik, tandus, tanpa air dengan lapisan organo-mineral tanah halus. Proses ini telah menciptakan cakrawala yang longgar, menguntungkan dalam hal sifat fisik dan kimia untuk keberadaan tanaman, terutama sistem akar mereka, dan relung ekologi untuk hewan. Fotosintesis tanaman adalah mekanisme untuk akumulasi energi biokimia aktif dalam massa bahan organik dalam bentuk humus, bahan bakar fosil, yang menjamin kepuasan organisme dalam kondisi stres dan periode yang tidak menguntungkan.
Materi hidup, setelah menciptakan penutup tanah, mengatasi keterbatasan sumber daya nitrogen-karbon, air, udara, dan nutrisi mineral. Neosintesis mineral yang sangat tersebar memberikan kapasitas penyerapan fisikokimia dalam tanah, sehingga memperbaiki senyawa N, P, Ca, K. Bahkan akumulasi makroelemen (C, N, P, Ca, S, K) dan mikro (I, N, P, Ca, S, K) dan mikro (I, Zn, Cu , Co, Se, dll.) diamati selama akumulasi biogenik dalam bentuk senyawa humus-organik.
Mekanisme kerja sama muncul dan menunjukkan perannya yang luar biasa - simbiosis - antara tumbuhan, hewan, serangga, invertebrata yang lebih rendah, mikroorganisme dengan pembentukan rantai makanan. Mekanisme di biosfer ini memungkinkan untuk mengelola dengan cadangan energi dan senyawa kimia yang kecil. Tetapi ada batasan untuk stabilitas dan pengaturan diri ini. Jika perubahan lingkungan melampaui fluktuasi periodik di mana organisme beradaptasi, maka koherensi ekosistem dan biosfer secara keseluruhan dilanggar.
Kehidupan, materi hidup, biosfer, berkat proses ini, dan juga karena kontinuitas pasokan energi kosmik, dikembangkan di Bumi sesuai dengan prinsip reproduksi diperluas yang dikendalikan sendiri. Jadi, sekitar 12 ribu spesies tanaman ada di Devon, 27 ribu di Karbon, 43 ribu di Permo-Trias, dan 60 ribu di Jurassic. Flora modern mencakup sekitar 300 ribu spesies (Kovda, 1983). Perkembangan biosfer yang terarah ini tidak berkelanjutan. Bencana (zaman vulkanisme, glasiasi, penggurunan) mengganggu dan menunda proses umum reproduksi yang diperluas, tetapi tidak dapat menghentikan proses umum perkembangan kehidupan dan biosfer yang semakin kompleks.
1.6. Konsep biogeocenosis sebagai struktur dasar
unit biosfer
Biogeocenosis- ini adalah kompleks yang saling bergantung dari komponen hidup dan lembam yang saling berhubungan melalui pertukaran materi dan energi (Yunani: bios - kehidupan, gi - geo - bumi, koinos - umum). Konsep tersebut didasarkan pada definisi Akademisi V.N. Sukachev, menurut siapa biogeocenosis- "seperangkat fenomena alam yang homogen (atmosfer, batuan, vegetasi, satwa liar dan dunia mikroorganisme, tanah dan kondisi hidrologis) di atas permukaan bumi yang diketahui, yang memiliki interaksi spesifiknya sendiri dari komponen penyusun ini dan jenis tertentu pertukaran materi dan energi antara mereka dan fenomena alam lainnya dan mewakili kontradiksi internal, suatu kesatuan dialektis, yang terus bergerak dan berkembang.
Saat ini, istilah "biogeocenosis" dan "ekosistem" sering dianggap sebagai sinonim. Tetapi konsep "biogeocenosis", yang diusulkan oleh V.N. Sukachev dan terkait dengan sistem kehidupan terestrial, memiliki batas-batas teritorial tertentu. Konsep "ekosistem" tidak berdimensi dan dapat mencakup ruang dengan panjang berapa pun - dari setetes air dengan mikroorganisme yang hidup di dalamnya hingga seluruh biosfer secara keseluruhan. Dengan demikian, konsep "biogeocenosis" dalam kaitannya dengan konsep "ekosistem" lebih bersifat privat. Namun, pada simposium UNESCO tentang fungsi ekosistem terestrial pada tingkat produksi primer yang diadakan di Kopenhagen pada tahun 1965, disepakati bahwa kedua istilah tersebut memiliki arti yang sama.
Jadi, biogeocenosis adalah bagian dari bumi atau permukaan air, homogen dalam hal topografi, iklim mikro, botani, zoologi, tanah, hidrologi dan kondisi geokimia. Dalam sistem ini, peredaran zat dan aliran energi ditandai dengan intensitas dan arah tertentu. Titik awal sirkulasi zat adalah fotosintesis dan penciptaan phytobiomass oleh tanaman. Ukuran sebenarnya dari biogeocenosis di planet ini sangat bervariasi: dari beberapa meter (depresi mikro di stepa dan semi-gurun, bukit pasir, dll.) hingga kilometer (biogeocenosis solonchak, solonetz, takyr, area homogen stepa, hutan, dll. ). Dimensi vertikal biogeocenosis juga sangat bervariasi: dari beberapa sentimeter di bebatuan hingga beberapa puluh meter di taiga atau di hutan tropis.
Biogeocenosis relatif stabil dalam waktu dan termodinamika terbuka dalam kaitannya dengan aliran masuk dan keluar materi dan energi. Ini memiliki input energi dan berbagai zat: energi matahari, elemen mineral batuan, kejatuhan atmosfer, air tanah. Serta pelepasan energi dan nutrisi ke atmosfer (panas, oksigen, karbon dioksida, dll), litosfer (senyawa humus, mineral, batuan sedimen) dan hidrosfer (nutrisi terlarut tanah, danau, air sungai).
Sifat biosfer dan biogeocenosis yang mengatur diri sendiri adalah hasil dari sifat autokatalitik materi hidup, kemampuannya untuk menyerap dan menukar zat, tumbuh dan berkembang biak. Aliran energi dan materi dalam biogeocenosis beralih dari tumbuhan ke herbivora, dari yang terakhir ke predator, kemudian ke organisme dan bakteri yang lebih rendah di dalam tanah. Herbivoralah yang memulai rantai makanan organisme-konsumen dan perusak bahan organik yang dibuat dalam proses fotosintesis. Oleh karena itu, sumber utama makanan dan energi untuk rantai makanan organisme adalah fitomassa yang diciptakan oleh tumbuhan. Zoomass adalah produk sekunder. Oleh karena itu, perbedaan dibuat antara produktivitas primer dan sekunder biogeocenosis dan lanskap.
Dalam rantai makanan organisme di biogeocenosis ada aliran energi yang terus menerus. Pada setiap mata rantai baru dalam rantai ini, 50-90% energi dan biomassa yang tersimpan pada tahap sebelumnya hilang. Ada yang disebut piramida ekologi cadangan energi. Semakin banyak mata rantai dalam rantai makanan, semakin tinggi piramida ekologi dan semakin banyak energi yang akan hilang pada mata rantai terakhir (Gbr. 3).
| BURUNG RAJAWALI | ||||||||||
| ULAR | ||||||||||
| katak | ||||||||||
| Belalang | ||||||||||
| REMPAH | ||||||||||
Beras. 3. Piramida rantai makanan
Penyediaan utama energi ekosistem adalah ireversibilitas proses bioenergi. Oleh karena itu, ketika diterapkan pada ekosistem (dan khususnya, pada tanah), ungkapan “siklus energi” tidak dapat digunakan, seperti halnya dalam biogeokimia dan ilmu tanah tentang siklus zat. Satu-satunya istilah yang tepat adalah "aliran energi", karena energi produk biologis primer hanya dikonsumsi di masa depan. Untuk mengisi dan memperbaharui biomassa dalam suatu ekosistem, aliran energi yang konstan dari luar diperlukan, sementara mungkin tidak ada aliran atom materi. Atom yang sama dapat berulang kali bersirkulasi dalam biogeocenosis.
