ȘI Și Vși sunt cam b o l o h La A h e m l Și

Peste tot pe Pământ, oriunde îți întorci privirea, viața domnește. Peste tot poți găsi câteva plante și animale. Și câte organisme mai există care sunt invizibile cu ochiul liber! Cele mai simple animale unicelulare și alge microscopice, numeroase ciuperci, bacterii, viruși...

În prezent, sunt cunoscute până la 500 de mii de specii de plante și aproximativ 1,5 milioane de specii de animale. Dar nu toate speciile au fost încă descoperite și descrise. Și dacă vă închipuiți câți indivizi are fiecare specie!.. Încercați să numărați numărul de brazi din taiga, sau păpădie într-o poiană, sau spice de grâu într-un câmp... Câte furnici trăiesc într-un furnicar, cât multi ciclopi sau crustacee dafnie intr-o balta, cate veverite sunt in padure, cate stiuci, bibani sau gandaci sunt intr-un singur lac?.. Si cifre cu adevarat fabuloase se obtin cand se incearca sa numaram microorganismele.

Deci, în1 gram În medie, solul de pădure conține:

bacterii -400.000.000,

ciuperci - 2.000.000,

alge - 100.000,

protozoare - 10.000.

Microbiologii de la Universitatea din Georgia cred că sunt doar 5.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 pe Pământ (5 miliarde) bacterii . Aceasta înseamnă 70% din masa întregii vieți de pe planetă.

Toată această multitudine nenumărată de ființe vii nu este situată haotic și aleatoriu, ci strict natural, într-o anumită ordine, conform legilor vieții stabilite istoric pe Pământ. Iată ce scrie despre asta biologul american K. Willie: „La prima vedere, poate părea că lumea ființelor vii este formată dintr-o varietate inimaginabilă de plante și animale, diferite unele de altele și fiecare mergând pe drumul său. Totuși, un studiu mai detaliat arată că toate organismele, atât vegetale cât și animale, au aceleași nevoi de viață de bază, se confruntă cu aceleași probleme: obținerea hranei ca sursă de energie, cucerirea spațiului de viață, reproducerea etc. În cursul rezolvării aceste probleme, plante și animale au format o mare varietate de forme diferite, fiecare dintre acestea fiind adaptată la viață în condiții de mediu date. Fiecare formă s-a adaptat nu numai la condițiile fizice ale mediului - a dobândit rezistență la fluctuațiile în anumite limite de umiditate, vânt, iluminare, temperatură, gravitație etc., ci și la mediul biotic - la toate plantele și animalele care trăiesc. in aceeasi zona.

Distribuit în mod regulat pe Pământ, întregul set de organisme formează învelișul viu al planetei noastre - biosfera. Meritul pentru dezvoltarea conceptului de „biosferă” și clarificarea rolului său planetar aparține academicianului rus V.I. Vernadsky, deși termenul în sine a fost folosit la sfârșitul secolului trecut. Ce este biosfera și de ce i se acordă atât de multă importanță?

Părțile de suprafață ale Pământului constau din trei învelișuri minerale, anorganice: litosfera - învelișul de rocă tare a Pământului; hidrosferă - un înveliș lichid, necontinuu, care include toate mările, oceanele și apele interne - Oceanul Mondial; atmosfera este o înveliș gazos.

Întreaga hidrosferă, părțile superioare ale litosferei și straturile inferioare ale atmosferei sunt locuite de animale și plante. Biosfera modernă s-a format în procesul apariției și dezvoltării istorice ulterioare a materiei vii. De la originea vieții pe Pământ, conform diferitelor estimări, au trecut de la 1,5-2,5 până la 4,2 miliarde de ani. V.I. Vernadsky a ajuns la concluzia că în acest timp toate straturile exterioare ale scoarței terestre au fost procesate de activitatea vitală a organismelor cu 99 la sută. În consecință, Pământul, așa cum îl percepem, pe care trăim, este în mare măsură un produs al activității organismelor.

Viața, care a apărut pe Pământ ca urmare a dezvoltării naturale a materiei, pe parcursul a mai multor milioane de ani de existență sub forma diferitelor organisme, a schimbat aspectul planetei noastre.

Toate organismele din biosferă formează în mod colectiv biomasă sau „materie vie”, care are o energie puternică care schimbă scoarța și atmosfera pământului. Greutatea totală a masei plantelor este de aproximativ 10.000 de miliarde, iar masa animală este de aproximativ 10 miliarde de tone, ceea ce reprezintă aproximativ 0,01% din greutatea întregii biosfere cu habitatele sale solide, lichide și gazoase. Se estimează că biomasa tuturor ființelor vii care locuiesc pe Pământ, la aproximativ un miliard de ani după apariția vieții, ar fi trebuit să fie de multe ori mai mare decât masa planetei noastre. Dar asta nu s-a întâmplat.

De ce biomasa nu se acumulează semnificativ? De ce este ținută la un anumit nivel? La urma urmei, biomasa ca materie vie tinde spre dezvoltare continuă, îmbunătățire și acumulare constantă în procesul acestei dezvoltări, în procesul de reproducere și creștere a ființelor vii.

Dar acest lucru nu se întâmplă deoarece fiecare element din care este construit corpul unui organism este luat din mediul înconjurător, iar apoi printr-un număr de alte organisme se întoarce din nou în mediul înconjurător, anorganic, din care intră din nou în compoziția de materie vie, biomasă. În consecință, fiecare element care alcătuiește materia vie este folosit de aceasta de multe ori.

Cu toate acestea, acest lucru nu trebuie înțeles într-un sens absolut. Pe de o parte, unele dintre elemente părăsesc ciclul substanțelor, deoarece pe Pământ are loc acumularea de compuși organici sub formă de zăcăminte de cărbune, petrol, turbă, șisturi bituminoase etc., pe de altă parte, omul. , prin activitatile sale, poate asigura un proces mai intens de acumulare a biomasei, care se manifesta printr-o crestere continua a randamentelor culturilor si a productivitatii animalelor domestice.

Dar toate acestea nu resping deloc regula generală. Biomasa de pe Pământ încă nu se acumulează semnificativ, dar este menținută constant la un anumit nivel, deși acest nivel nu este absolut și constant. Acest lucru se întâmplă deoarece biomasa este distrusă și recreată în mod continuu din același material de construcție; în limitele sale are loc o circulație continuă a substanțelor. V.I. Vernadsky scrie: „Viața captează o parte semnificativă a atomilor care alcătuiesc materia de pe suprafața pământului. Sub influența sa, acești atomi se află într-o mișcare intensă continuă. Din ele se creează tot timpul milioane de compuși diverși. Iar acest proces durează fără întrerupere timp de zeci de milioane de ani, de la cele mai vechi ere arheozoice până în epoca noastră. Nu există nicio forță chimică pe suprafața pământului mai activă în mod constant și, prin urmare, mai puternică în efectele sale finale, decât organismele vii luate în ansamblu.

Acest ciclu, care are loc ca urmare a activității vitale a organismelor, se numește ciclu biologic al substanțelor. A căpătat un caracter modern odată cu apariția plantelor verzi care realizează procesul de fotosinteză. De atunci, condițiile pentru evoluția materiei vii pe Pământ au căpătat un cu totul alt caracter.

Cursul circulației substanțelor poate fi luat în considerare pe scurt folosind exemplul carbonului, atomii căruia fac parte dintr-o moleculă de proteină complexă. Viața și metabolismul sunt conectate cu molecula proteică.

Fiecare hectar de Pământ conține până la 2,5 tone de dioxid de carbon (CO2). După cum au arătat calculele, culturile, de exemplu, de trestie de zahăr absorb până la 8 tone de carbon pe hectar, care este folosit pentru a construi corpul acestor plante. Ca urmare, plantele verzi au fost folosite timp de aproximativ câteva sute de ani

Ar fi întreaga rezervă de carbon. Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece organismele, în procesul de respirație, eliberează cantități semnificative de dioxid de carbon.Și și mai mult carbon este eliberat de bacteriile și ciupercile putrefactive, distrugând compușii de carbon conținuti în cadavrele animalelor și plantelor. O parte din carbon mai părăsește sfera „circulației”, fiind depusă sub formă de zăcăminte de petrol, cărbune, turbă etc., în care sunt transformate plante și animale moarte. Dar această pierdere de carbon este compensată prin distrugerea carbonaților de rocă, iar în condițiile moderne și prin arderea unor cantități uriașe de combustibil extras. Drept urmare, carbonul pare să curgă în mod constant din atmosferă prin plante verzi, animale și microorganisme înapoi în atmosferă. Astfel, rezervele totale de carbon din biosferă rămân aproximativ constante. Se poate presupune cu un grad ridicat de certitudine că aproape fiecare atom de carbon din biosferă, de la apariția vieții pe Pământ, a făcut în mod repetat parte din materia vie, a trecut în dioxid de carbon atmosferic și a revenit din nou la compoziția materiei vii, biomasa.

În condițiile moderne, carbonul în procesul ciclului biologic al substanțelor trece prin următoarele etape: 1) plantele verzi, creatoare de materie organică, absorb carbonul din atmosferă și îl introduc în compoziția corpului lor; 2) animalele sau consumatorii care mănâncă plante își construiesc compușii de carbon din corpul lor din compușii lor de carbon; 3) bacteriile, precum și unele alte organisme sau descompunetori, distrug materia organică a plantelor și animalelor moarte și eliberează carbon, care intră din nou în atmosferă sub formă de dioxid de carbon.

O altă componentă importantă a aminoacizilor și proteinelor din biomasă este azotul. Sursa de azot de pe Pământ sunt nitrații, care sunt absorbiți de plante din sol și apă. Animalele, care mănâncă plante, își sintetizează protoplasma din aminoacizi și proteine ​​vegetale. Bacteriile putrefactive transformă compușii de azot din corpurile moarte ale acestor organisme în amoniac. Bacteriile nitrificatoare transformă apoi amoniacul în nitriți și nitrați. O parte din azot este returnat în atmosferă prin bacterii denitrificatoare. Dar pe Pământ, în procesul de evoluție a materiei vii, organismele au apărut capabile să lege azotul liber și să-l transforme în compuși organici. Acestea sunt câteva alge albastre-verzi, alge din sol, precum și bacterii nodulare împreună cu celulele rădăcinilor leguminoase. Când aceste organisme mor, azotul din corpul lor este transformat în săruri de acid azotic de către bacteriile nitrificatoare.

Un ciclu similar este realizat de apă, fosfor și multe alte substanțe care fac parte din materia vie și din învelișurile minerale ale biosferei. Ca urmare, toate elementele, cu rare excepții, sunt atrase în cele mai grandioase în ceea ce privește fluxul în mișcare continuă - ciclul biologic al substanțelor. „Încetarea vieții ar fi în mod inevitabil asociată cu încetarea modificărilor chimice, dacă nu a întregii scoarțe terestre, atunci cel puțin a suprafeței sale – fața Pământului, biosferei”, scrie academicianul V. I. Vernadsky.

Această idee a lui Vernadsky este confirmată în mod clar de rolul pe care oxigenul, un produs al fotosintezei plantelor, îl joacă în procesul ciclului său. Aproape tot oxigenul din atmosfera terestră a provenit și este menținut la un anumit nivel prin activitatea plantelor verzi. Este consumat în cantități mari de organisme în timpul respirației. Dar, în plus, având o activitate chimică enormă, oxigenul se combină continuu cu aproape toate celelalte elemente.

Dacă plantele verzi nu ar produce cantități atât de mari de oxigen, acesta ar dispărea complet din atmosferă în aproximativ 2000 de ani. Întregul aspect al Pământului ar fi transformat, aproape toate organismele ar dispărea, toate procesele oxidative din partea fizică a biosferei ar înceta... Pământul ar deveni o planetă fără viață. Prezența oxigenului liber în atmosfera planetei indică faptul că există viață, materie vie și o biosferă pe ea. Și din moment ce există o biosferă, aproape toate elementele mediului sunt atrase într-un ciclu grandios și nesfârșit de substanțe.

Se estimează că în vremurile moderne tot oxigenul din atmosferă este ciclat prin organisme (legat prin respirație și eliberat prin fotosinteză) la fiecare 2.000 de ani, că tot dioxidul de carbon din atmosferă circulă în direcția opusă la fiecare 300 de ani și că toată apa pe Pământ se descompune și recreat prin fotosinteză și respirație de peste 2.000.000 de ani.

Doctrina biosferei se bazează pe cercetări geochimice, în primul rând pe ciclurile oxigenului și carbonului studiate de V.I. Vernadsky. El a fost primul care a sugerat că oxigenul conținut în atmosfera modernă se formează ca urmare a activității fotosintetice a plantelor.

Remarcabilul naturalist V.I. Vernadsky a avut o abilitate uimitoare de a acoperi aproape toate domeniile științelor naturale moderne cu gândirea lui ascuțită și strălucitoare. În gândurile și conceptele sale, el a fost cu mult înaintea nivelului său de cunoștințe contemporan și a prevăzut dezvoltarea lor cu decenii înainte. În 1922, Vernadsky a scris despre stăpânirea iminentă de către om a rezervelor enorme de energie nucleară, iar la sfârșitul anilor 30 a prezis era viitoare a intrării omului în spațiu. El a stat la originile multor științe despre Pământ - mineralogie genetică, geochimie, biogeochimie, radiogeologie și a creat doctrina biosferei Pământului, care a devenit punctul culminant al creativității sale.

Cercetarea științifică a lui V.I. Vernadsky a fost asociată în mod constant cu o muncă organizațională enormă. El a fost inițiatorul creării Comisiei pentru Studiul Forțelor Productive Naturale din Rusia, unul dintre organizatorii Academiei de Științe Ucrainene și primul președinte al acesteia. La inițiativa lui Vernadsky, Institutul de Geografie, Institutul de Mineralogie și Geochimie numit după M.V. Lomonosov, Institutul de Radiu, Ceramică și Optică, Laboratorul Biogeochimic, care a devenit acum Institutul de Geochimie și Chimie Analitică numit după V.I. Vernadsky, și Comisia de Studii au fost create în sistemul Academiei de Științe a URSS, permafrost, transformat ulterior în Institutul V. A. Obruchev de Științe Permafrost, Comisia pentru Istoria Cunoașterii, acum Institutul de Istoria Științelor și Tehnologiei Naturale, Comisia pentru meteoriți, Comisia pentru izotopi, uraniu și multe altele. În cele din urmă, i-a venit ideea de a crea o comisie internațională pentru determinarea vârstei geologice a Pământului.

FLUXUL DE ENERGIE ÎN BIOSFERĂ

Ciclurile tuturor substanțelor sunt închise; aceiași atomi sunt folosiți în mod repetat în ele. Prin urmare, nu este necesară nicio substanță nouă pentru a efectua ciclul. Legea conservării materiei, conform căreia materia nu apare sau dispare niciodată, este evidentă aici. Dar transformarea substanțelor în cadrul ciclului biogenic necesită energie. Ce fel de energie este folosită pentru a realiza acest proces grandios?


Principala sursă de energie necesară vieții pe Pământ și, prin urmare, pentru implementarea ciclului biologic al substanțelor, este lumina soarelui, adică energia care ia naștere în adâncurile Soarelui în timpul reacțiilor nucleare la o temperatură de aproximativ 10.000.000 de grade. (Temperatura la suprafața Soarelui este mult mai scăzută, doar 6.000 de grade.) Până la 30 la sută din energie este disipată în atmosferă sau reflectată de nori și suprafața Pământului, până la 20 la sută este absorbită în straturile superioare ale nori, iar aproximativ 50 la sută ajunge la suprafața uscată sau oceanică și este absorbită sub formă de căldură. Doar o cantitate mică de energie, doar aproximativ 0,1 până la 0,2 la sută, este captată de plantele verzi; Acesta este cel care asigură întregul ciclu biologic al substanțelor de pe Pământ.

Plantele verzi acumulează energia razelor solare și o stochează în corpul lor. Animalele, care mănâncă plante, există datorită energiei care a pătruns în corpul lor împreună cu hrana, odată cu plantele consumate. Prădătorii există în cele din urmă și datorită energiei acumulate de plantele verzi, deoarece se hrănesc cu ierbivore.

Astfel, energia Soarelui, folosită inițial de plantele verzi în procesul de fotosinteză, este transformată în energia potențială a legăturilor chimice ale acelor compuși organici din care este construit corpul plantei însuși. În corpul unui animal care a mâncat o plantă, acești compuși organici sunt oxidați, eliberând aceeași cantitate de energie care a fost cheltuită pentru sinteza materiei organice de către plantă. O parte din această energie este folosită pentru viața animalului, iar o parte, conform celei de-a doua legi a termodinamicii, este transformată în căldură și disipată în spațiu.

În cele din urmă, energia primită de la Soare de către o plantă verde este transferată de la un organism la altul. Cu fiecare astfel de tranziție, energia este transformată dintr-o formă (energia vitală a unei plante) în alta (energia vitală a unui animal, microorganism etc.). Cu fiecare astfel de transformare, cantitatea de energie utilă scade. În consecință, spre deosebire de circulația substanțelor, care curge într-un cerc închis, energia se mișcă de la organism la organism într-o anumită direcție. Există un flux unidirecțional de energie, nu un ciclu.

Nu este greu de imaginat că, de îndată ce Soarele se stinge, toată energia acumulată de Pământ se va transforma treptat, după o anumită perioadă de timp relativ scurtă, în căldură și se va disipa în spațiu. Circulația substanțelor în biosferă se va opri, toate animalele și plantele vor muri. O imagine destul de sumbră... Sfârșitul vieții pe Pământ...

Cu toate acestea, nu trebuie să fim confuzi de această concluzie. La urma urmei, Soarele va străluci încă câteva miliarde de ani, adică cel puțin atâta timp cât viața există deja pe Pământ, care s-a dezvoltat de la bulgări primitive de materie vie la omul modern. Mai mult, omul însuși a apărut pe Pământ în urmă cu aproximativ un milion de ani. În această perioadă, a trecut de la un topor de piatră la cele mai complexe computere electronice, a pătruns în adâncurile atomului și ale Universului,

Orice tranziție de energie de la o formă la alta este însoțită de o scădere a cantității de energie utilă.A depășit Pământul și explorează cu succes spațiul cosmic.

Apariția omului și a materiei atât de organizate precum creierul său a fost și are o importanță excepțională pentru evoluția mamelor vii și a întregii biosfere. De la începuturile sale, umanitatea, ca parte a biomasei, a fost complet dependentă de mediu pentru o perioadă semnificativă de timp. Dar pe măsură ce creierul și gândirea se dezvoltă, omul cucerește tot mai mult natura, se ridică deasupra ei, o subordonează intereselor sale. În 1929, A.P. Pavlov, subliniind rolul din ce în ce mai mare al omului în dezvoltarea lumii organice de pe Pământ, a propus numirea perioadei cuaternare „antropocen”, iar apoi V.I. Vernadsky, crezând că omenirea creează o înveliș nouă, inteligentă de Pământul, sau mintea sferă, a propus numele de „noosferă”.

Activitatea umană modifică semnificativ ciclul substanțelor din biosferă. Aproximativ 50 de miliarde de tone de cărbune au fost extrase și arse; Sunt extrase miliarde de tone de fier și alte metale, petrol și turbă. Omul a stăpânit diverse forme de energie, inclusiv energia atomică. Ca urmare, pe Pământ au apărut elemente chimice complet noi și a apărut oportunitatea de a transforma unele elemente în altele, iar o cantitate mare de radiații radioactive a intrat în biosferă. Omul a devenit o magnitudine a ordinii cosmice și cu puterea minții sale în viitorul apropiat va putea stăpâni astfel de forme de energie de care nici măcar nu suntem conștienți acum.

În era progresului științific și tehnologic, cunoștințele despre procesele vieții în general, care au loc pe întreaga planetă, capătă o importanță deosebită. Explorarea spațiului a făcut posibilă vizualizarea Pământului din exterior și studierea sferelor care îl înconjoară. Creșterea populației pe Pământ necesită descoperirea de noi resurse alimentare. Deșeurile nocive din industrie și transport ridică problema protecției nu numai a organismelor vii, ci și a purității apei și a aerului.

Descarca:

Previzualizare:

Biosfera și proprietățile biomasei planetei Pământ

În era progresului științific și tehnologic, cunoștințele despre procesele vieții în general, care au loc pe întreaga planetă, capătă o importanță deosebită. Explorarea spațiului a făcut posibilă vizualizarea Pământului din exterior și studierea sferelor care îl înconjoară. Creșterea populației pe Pământ necesită descoperirea de noi resurse alimentare. Deșeurile nocive din industrie și transport ridică problema protecției nu numai a organismelor vii, ci și a purității apei și a aerului. În acest sens, este necesar să înțelegem rolul naturii vii în ciclul substanțelor de pe Pământ. Principalul lucru este de a determina semnificația naturii vii ca purtător și transformator de energie. Este necesar să se cunoască structura vieții pe întreaga planetă și baza durabilității acesteia. Când ați studiat plantele, animalele, oamenii și biologia generală în clasele anterioare, v-ați familiarizat cu natura vie la toate nivelurile de organizare: moleculară, celulară, organismală, populație-specie și biogeocenotică. Când studiați acest subiect, veți face cunoștință cu cel mai înalt nivel de organizare a vieții de pe planeta noastră - biosfera.

Biosfera și limitele ei.Studiul diversității formelor lumii organice și al modelelor de dezvoltare a acesteia nu va fi complet fără înțelegerea locului și rolului organismelor vii în general pe întreaga planetă Pământ.Totalitatea tuturor organismelor vii constituie materia vie, sau biomasa, a planetei.

Activitatea de viață a organismelor s-a schimbat și schimbă scoarța și atmosfera terestră. De-a lungul a miliarde de ani, partea vegetală a biomasei a curățat atmosfera de dioxid de carbon, a îmbogățit-o cu oxigen și a dus la depunerea carbonului în calcar, cărbune și petrol. În procesul de evoluție, pe Pământ s-a format o înveliș specială, sau sferă, locuită de organisme vii. Acest înveliș pământesc, sau regiune a vieții, se numește biosferă („bios” grecesc - viață, „sferă” - minge). Acest nume a fost dat pentru prima dată de J.B. Lamarck. Doctrina biosferei a fost creată de academicianul V.I. Vernadsky (1863 - 1945), fondatorul unei noi științe - biogeochimia, care leagă chimia Pământului cu chimia vieții și a stabilit rolul materiei vii în transformarea suprafața pământului.

Există mai multe geosfere pe planeta Pământ.

Orez. 42. Litosferă („lithos” grecesc - piatră) - învelișul exterior dur al globului. Este format din două straturi: cel superior - roci sedimentare cu granit și cel inferior - bazalt. Straturile sunt distanțate neuniform. Granitul iese la suprafață pe alocuri.

Toate oceanele, mările (totalitatea lor se numește Oceanul Mondial), constituind 70,8% din suprafața Pământului, precum și lacurile și râurile formează hidrosferă . Adâncimea oceanului este în medie de 3,8 km, în unele depresiuni – până la 11,034 km.

Se extinde până la 100 km deasupra suprafeței litosferei și hidrosferei atmosfera . Se numește stratul inferior al atmosferei cu o înălțime medie de 15 km troposfera („trop” grecesc - schimbare). Troposfera include vapori de apă suspendați în aer, care se deplasează atunci când suprafața Pământului este încălzită neuniform. Deasupra troposferei sunt stratosferă („strat” latinesc - strat) până la 100 km înălțime. Aurora nordică apar la granița sa. În stratosferă, la o altitudine de 15–35 km, oxigenul liber sub influența radiației solare este transformat în ozon (O 2 → O 3 ), care formează un ecran și reflectă radiațiile cosmice dăunătoare organismelor vii și parțial razele ultraviolete ale Soarelui.

Printre toate sferele Pământului ocupă un loc apartebiosfera - înveliș geologic locuit de organisme vii. Acoperă suprafața Pământului, partea superioară a litosferei, întreaga hidrosferă și partea inferioară a atmosferei, troposfera. Biosfera manifestă activitatea materiei vii: plante, animale, microorganisme și umanitate. Limitele biosferei sunt determinate de prezența condițiilor necesare pentru viața diferitelor organisme. Limita superioară a vieții biosferei este limitată de concentrația intensă a razelor ultraviolete; temperatură înaltă mai scăzută a interiorului pământului (peste 100 ° C). Doar organismele inferioare – bacteriile – își ating limitele extreme. Sporii de bacterii și ciuperci zboară la o înălțime de 20 km, iar bacteriile anaerobe se găsesc în scoarța terestră la o adâncime de peste 3 km, în apele câmpurilor petroliere.

Orez. 43.
Cea mai mare concentrație de masă vie din biosferă se observă la suprafața pământului și oceanului, la granițele de contact dintre litosferă și atmosferă, hidrosferă și atmosferă, hidrosferă și litosferă. Aceste locuri au cele mai favorabile condiții de viață - temperatură, umiditate, conținut de oxigen și elemente chimice importante pentru alimentația organismelor. Spre straturile superioare ale atmosferei, adânc în ocean și în adâncurile litosferei, concentrația vieții scade. Acumularea de biomasă este determinată de activitatea vitală a plantelor verzi.

Masa materiei vii este nesemnificativă în comparație cu masa scoarței terestre. Cu toate acestea, multe modificări ale scoarței terestre sunt cauzate de activitatea vitală a biomasei.

Proprietățile materiei vii.Organismele care alcătuiesc biomasa au o capacitate extraordinară de a se reproduce – de a se înmulți și de a se răspândi pe întreaga planetă.

Energia biomasei este evidentă în special în reproducere. „Materia vie - o colecție de organisme - ca o masă de gaz, se răspândește pe suprafața pământului și exercită o anumită presiune în mediu, ocolește obstacolele care îi împiedică progresul sau ia în stăpânire, acoperindu-le. Această mișcare este realizată prinreproducerea organismelor... Deja K. Linnaeus a văzut clar că această proprietate ar trebui considerată fundamentală pentru ființe vii, acea linie impracticabilă care o separă de materia moartă, inertă” (Vernadsky).

În câțiva ani, reproducerea speciilor individuale se aprinde cu o astfel de forță încât duce la invazia unor mase uriașe de insecte (lacuste), rozătoare și alte animale. Ocuparea spațiului de către diferite organisme este determinată de intensitatea reproducerii lor.

Organismele mici, în special în mediile acvatice, se reproduc și se răspândesc foarte repede. Numărul unor bacterii se dublează la fiecare 22 de minute. Artropodele, care alcătuiesc cea mai mare parte a animalelor terestre, se înmulțesc rapid.

Reproducerea și răspândirea rapidă a organismelor, în special a celor unicelulare, au determinat „pretutindeni” (Vernadsky) vieții - până la limitele extreme ale biosferei.

Densitatea vieții depinde de mărimea organismelor și de suprafața necesară pentru viața lor. Pentru lentile de rață și algele chlorella, aceasta este determinată de o suprafață egală cu dimensiunea lor. Un elefant necesită o suprafață de 30 km 2 , albina pentru colectarea mierii – 200 m 2 , plante erbacee - o medie de 30 cm 2 . Presiunea vieții creează o luptă între organisme pentru spațiu, hrană, aer și apă.

Particularitatea fiecărui organism viu și a întregii biomase este schimbul constant de substanțe cu mediul.

Diverse elemente intră într-un organism viu, se acumulează în el și îl părăsesc, parțial în timpul vieții și parțial după moarte. Acestea sunt în principal oxigen, hidrogen, carbon, sodiu, calciu, fosfor, potasiu, siliciu și altele - mai mult de 20 de elemente. În timpul procesului de nutriție, energia este acumulată și transferată către alte organisme de-a lungul lanțului trofic și prin reproducere. De o importanță deosebită în biosferă este eliberarea de oxigen și absorbția dioxidului de carbon în timpul fotosintezei plantelor verzi.

În biosferă, masa plantelor este de multe ori mai mare decât masa animală. În general, biomasa reprezintă doar aproximativ 0,01% din masa întregii biosfere, dar rolul ei pe planetă este enorm.

În medie, biomasa de pe Pământ, conform datelor moderne, este de aproximativ 2,423 × 1012 tone, masa plantelor terestre verzi fiind de 97%, animale și microorganisme fiind de 3%.

Biomasa este un termen folosit pentru a caracteriza orice materie organică creată prin fotosinteză. Această definiție include vegetația și arbuștii terestre și acvatice, precum și plantele și microorganismele acvatice.

Particularități

Biomasa este rămășițele activității animale (bălegar), deșeuri industriale și agricole. Acest produs este de importanță industrială și este solicitat în sectorul energetic. Biomasa este un produs natural al cărui conținut de carbon este atât de mare încât poate fi folosit ca combustibil alternativ.

Compus

Biomasa este un amestec de plante verzi, microorganisme și animale. Pentru a-l restabili, este nevoie de o perioadă scurtă de timp. Biomasa organismelor vii este singura sursă de energie care poate elibera dioxid de carbon în timpul procesării. Partea sa principală este concentrată în păduri. Pe uscat, include arbuști și copaci verzi, iar volumul acestora este estimat la aproximativ 2.400 de miliarde de tone. În oceane, biomasa organismelor se formează mult mai rapid; aici este reprezentată de microorganisme și animale.

În prezent, se ia în considerare un astfel de concept de creștere a numărului de plante verzi. Vegetația lemnoasă reprezintă aproximativ două procente. Majoritatea (aproximativ șaptezeci la sută) din compoziția totală este alcătuită din teren arabil, pajiști verzi și vegetație mică.

Aproximativ cincisprezece procente din biomasa totală provine din fitoplanctonul marin. Datorită faptului că procesul de împărțire a acestuia are loc într-o perioadă scurtă de timp, putem vorbi despre o rotație semnificativă a vegetației în oceanele lumii. Oamenii de știință citează fapte interesante conform cărora trei zile sunt suficiente pentru a reînnoi complet partea verde a oceanului.

Pe uscat, acest proces durează aproximativ cincizeci de ani. În fiecare an, are loc procesul de fotosinteză, datorită căruia se obțin aproximativ 150 de miliarde de tone de produs organic uscat. Biomasa totală generată în oceanele lumii, în ciuda indicatorilor săi nesemnificativi, este comparabilă cu producția generată pe uscat.

Nesemnificația greutății plantelor în oceanele lumii poate fi explicată prin faptul că sunt consumate de animale și microorganisme într-o perioadă scurtă de timp, dar vegetația de aici este complet restaurată destul de repede.

Pădurile subtropicale și tropicale sunt considerate cele mai productive din partea continentală a biosferei pământului. Biomasa oceanică este reprezentată în principal de recife și estuare.

Dintre tehnologiile bioenergetice utilizate în prezent, evidențiem: piroliza, gazeificarea, fermentația, fermentația anaerobă, diverse tipuri de ardere a combustibilului.

Reînnoirea biomasei

Recent, în multe țări europene au fost efectuate diverse experimente legate de cultivarea pădurilor energetice, din care se obține biomasă. Sensul cuvântului este deosebit de relevant în zilele noastre, când se acordă o atenție deosebită problemelor de mediu. Procesul de obținere a biomasei, precum și prelucrarea industrială a deșeurilor solide menajere, a pastei de lemn și a cazanelor agricole, este însoțită de eliberarea de abur care antrenează turbina. Din punct de vedere al mediului, este absolut sigur pentru mediu.

Datorită acesteia, se observă rotația rotorului generatorului, capabil să genereze energie electrică. Treptat, cenușa se acumulează, reducând eficiența generării de energie, astfel încât este îndepărtată periodic din amestecul de reacție.

Copacii cu creștere rapidă sunt cultivați pe plantații experimentale uriașe: salcâmi, plopi, eucalipt. Au fost testate aproximativ douăzeci de specii de plante.

Plantațiile combinate, în care, pe lângă copaci, se cultivă și alte culturi, au fost considerate o opțiune interesantă. De exemplu, orzul este plantat între rândurile de plopi. Durata de rotație a pădurii energetice create este de șase până la șapte ani.

Prelucrarea biomasei

Să continuăm conversația despre ce este biomasa. Definiția acestui termen a fost dată de diferiți oameni de știință, dar toți sunt convinși că plantele verzi sunt o opțiune promițătoare pentru obținerea de combustibil alternativ.

În primul rând, trebuie remarcat faptul că principalul produs de gazeificare este o hidrocarbură - metanul. Poate fi folosit ca materie primă în industria chimică și, de asemenea, ca combustibil eficient.

Piroliza

Piroliza rapidă (descompunerea termică a substanțelor) produce bio-ulei, care este un combustibil inflamabil. Energia termică eliberată în acest caz este folosită pentru a transforma chimic biomasa verde în ulei sintetic. Este mult mai ușor de transportat și depozitat decât materialele solide. Apoi, bio-ulei este ars pentru a produce energie electrică. Prin piroliză, este posibilă transformarea biomasei în ulei fenolic, utilizat pentru producerea de lipici pentru lemn, spumă izolatoare și materiale plastice de turnare prin injecție.

Fermentația anaerobă

Acest proces se realizează datorită bacteriilor anaerobe. Microorganismele trăiesc în locuri unde nu există acces la oxigen. Ei consumă materie organică, producând hidrogen și metan în timpul reacției. Prin introducerea gunoiului de grajd și a apelor uzate în digestoare speciale, introducând în acestea microorganisme anaerobe, gazul rezultat poate fi folosit ca sursă de combustibil.

Bacteriile sunt capabile să descompună substanțele organice conținute în gropile de gunoi și deșeurile alimentare, producând metan. Pentru extragerea gazului si folosirea acestuia drept combustibil se pot folosi instalatii speciale.

Concluzie

Biocombustibilii nu sunt doar o sursă excelentă de energie, ci și o modalitate de a extrage substanțe chimice valoroase. Astfel, în timpul prelucrării chimice a metanului, se pot obține o varietate de compuși organici: metanol, etanol, acetaldehidă, acid acetic și materiale polimerice. De exemplu, etanolul este o substanță valoroasă folosită în diverse industrii.

Biologii au efectuat o analiză cantitativă a distribuției globale a biomasei pe Pământ, care a totalizat 550 de miliarde de tone de carbon. S-a dovedit că mai mult de 80 la sută din acest număr provine de la plante, biomasa totală a organismelor terestre este cu aproximativ două ordine de mărime mai mare decât cea a organismelor marine, iar ponderea oamenilor este de aproximativ 0,01 la sută, scriu oamenii de știință în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Datele cantitative despre biomasa totală a tuturor organismelor vii de pe Pământ și distribuția acesteia între speciile individuale sunt informații importante pentru biologia și ecologia modernă: pot fi folosite pentru a studia dinamica generală și dezvoltarea întregii biosfere, răspunsul acesteia la procesele climatice care au loc. pe planeta. Atât distribuția spațială a biomasei (din punct de vedere geografic, după adâncime și habitate ale speciilor), cât și distribuția acesteia între diferitele specii de organisme vii pot servi ca un indicator important în evaluarea căilor de transport ale carbonului și a altor elemente, precum și interacțiunile ecologice sau lanțurile trofice. Cu toate acestea, până în prezent, s-au făcut estimări cantitative ale distribuției biomasei fie pentru taxoni individuali, fie în cadrul unor ecosisteme, iar estimări fiabile ale întregii biosfere nu au fost încă făcute.

Pentru a obține astfel de date, un grup de oameni de știință din Israel și Statele Unite, condus de Ron Milo de la Institutul Weizmann, a efectuat un fel de recensământ al tuturor speciilor de animale, evaluând biomasa și distribuția geografică a acestora. Oamenii de știință au colectat toate datele din câteva sute de articole științifice actuale și apoi au procesat aceste informații folosind o schemă de integrare dezvoltată, ținând cont de distribuția geografică a speciilor. Ca indicator cantitativ al biomasei atribuibile diferitelor specii, oamenii de știință au folosit informații despre masa de carbon care cade pe diverși taxoni (adică masa de apă, de exemplu, nu a fost luată în considerare). Acum toate rezultatele obținute, precum și programele folosite pentru analiză, sunt disponibile public și pot fi găsite pe github.

Diagrama schematică pentru obținerea datelor privind distribuția globală a biomasei pe baza datelor incomplete disponibile, ținând cont de distribuția geografică a parametrilor de mediu

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

Analiza datelor obținute a arătat că biomasa totală a tuturor organismelor vii de pe Pământ este de aproximativ 550 de miliarde de tone de carbon. În același timp, marea majoritate este conținută de reprezentanți ai regnului vegetal: 450 de gigatone de carbon reprezintă mai mult de 80 la sută din total. Pe locul al doilea ocupă bacteriile: aproximativ 70 de miliarde de tone de carbon, în timp ce animalele (2 miliarde de tone) sunt, de asemenea, pe locul doi după ciuperci (12 miliarde de tone), arhee (7 miliarde de tone) și protozoare (4 miliarde de tone). Dintre animale, artropodele au cea mai mare biomasă (1 miliard de tone) și, de exemplu, biomasa totală a speciei Homo sapiens este de 0,06 miliarde de tone de carbon - adică aproximativ 0,01% din toată biomasa de pe Pământ.

Distribuția biomasei între reprezentanții diferitelor regate (stânga) și în cadrul regnului animal (dreapta)

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

Distribuția biomasei între diferite habitate: total pentru toate organismele vii (stânga) și separat pentru reprezentanții diferitelor regate (dreapta)

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

Interesant este că proporția maximă de reprezentanți ai principalelor regate în ceea ce privește biomasa trăiește în diferite habitate. Astfel, majoritatea plantelor sunt specii terestre. Biomasa maximă a animalelor trăiește în mări și oceane și, de exemplu, majoritatea bacteriilor și arheilor se găsesc adânc în subteran. Mai mult, biomasa totală a organismelor terestre este cu aproximativ două ordine de mărime mai mare decât cea a organismelor marine, care, potrivit autorilor studiului, reprezintă doar 6 miliarde de tone de carbon.

Oamenii de știință notează că, din cauza lipsei de informații exacte, datele obținute sunt calculate cu incertitudini foarte mari. Astfel, putem estima cu încredere doar biomasa plantelor de pe Pământ, dar pentru bacterii și arhei datele obținute pot diferi de cele reale cu un factor de 10. Cu toate acestea, incertitudinea datelor privind biomasa totală a tuturor organismelor vii de pe Pământ nu depășește 70 la sută.

Potrivit autorilor lucrării, rezultatele lor se bazează pe date din cercetările științifice actuale și, prin urmare, pot fi utilizate pentru evaluări moderne de mediu și biologice, chiar și în ciuda erorii destul de mari. Oamenii de știință observă, de asemenea, că atunci când au analizat datele, au reușit să identifice acele zone geografice pentru care în prezent există foarte puține date și este nevoie de cercetări suplimentare. Cercetătorii speră că, în viitor, datele rafinate vor face posibilă nu numai efectuarea de analize similare cu o rezoluție geografică suficientă, ci și monitorizarea dinamicii modificărilor acestor distribuții în timp.

Mai recent, oamenii de știință au distribuit biomasa în sisteme mai mici, uitându-se la pădurile mari de pe Pământ. S-a dovedit că mai mult de jumătate din biomasa totală a pădurilor provine de la doar un procent din cei mai mari copaci, dintre care majoritatea depășesc 60 de centimetri în diametru. În același timp, pentru unele specii de animale din anumite zone geografice este deja posibilă efectuarea unei analize dinamice. De exemplu, anul trecut, ecologistii europeni au studiat biomasa insectelor zburătoare din parcurile naționale germane și au descoperit că în 27 de ani aceasta a scăzut cu 76 la sută.

Alexandru Dubov