A A V a ja som o b o l o h Komu A h e m l A

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

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

Takže v1 gram V priemere lesná pôda obsahuje:

baktérie - 400 000 000,

huby - 2 000 000,

riasy - 100 000,

prvoky - 10 000.

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

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

Celý súbor organizmov, ktorý je pravidelne rozmiestnený na Zemi, tvorí živú schránku našej planéty – biosféru. Zásluhu na rozvoji pojmu „biosféra“ a objasnení jej planetárnej úlohy patrí ruskému akademikovi V.I. Vernadskému, hoci samotný termín sa používal na konci minulého storočia. Čo je biosféra a prečo sa jej pripisuje taký veľký význam?

Povrchové časti Zeme sa skladajú z troch minerálnych, anorganických obalov: litosféra - obal z tvrdej horniny Zeme; hydrosféra - tekutý, nesúvislý obal, vrátane všetkých morí, oceánov a vnútorných vôd - Svetový oceán; atmosféra je plynný obal.

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

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

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

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

To sa však nestane, pretože každý prvok, z ktorého je telo organizmu postavené, je prevzatý z prostredia a potom sa cez množstvo iných organizmov opäť vracia do okolitého, anorganického prostredia, z ktorého opäť vstupuje do zloženia živá hmota, biomasa. V dôsledku toho je každý prvok, ktorý tvorí živú hmotu, mnohokrát použitý.

Netreba to však chápať v absolútnom zmysle. Na jednej strane niektoré prvky opúšťajú kolobeh látok, keďže na Zemi dochádza k hromadeniu organických zlúčenín vo forme ložísk uhlia, ropy, rašeliny, ropných bridlíc a pod.. Na druhej strane človek , môže svojou činnosťou zabezpečiť intenzívnejší proces akumulácie biomasy, čo sa prejavuje neustálym zvyšovaním úrod plodín a úžitkovosti domácich zvierat.

To všetko však vôbec neodmieta všeobecné pravidlo. Biomasa na Zemi sa stále výrazne neakumuluje, ale neustále sa udržiava na určitej určitej úrovni, hoci táto úroveň nie je absolútna a konštantná. Deje sa tak preto, že biomasa sa neustále ničí a znovu vytvára z rovnakého stavebného materiálu, v jej hraniciach prebieha nepretržitá cirkulácia látok. V.I. Vernadsky píše: „Život zachytáva významnú časť atómov, ktoré tvoria hmotu zemského povrchu. Pod jeho vplyvom sú tieto atómy v nepretržitom intenzívnom pohybe. Z nich sa neustále vytvárajú milióny rôznych zlúčenín. A tento proces trvá bez prerušenia desiatky miliónov rokov, od najstarších archeozoických období až po našu dobu. Na zemskom povrchu nie je žiadna chemická sila, ktorá by bola neustále aktívnejšia, a teda silnejšia vo svojich konečných účinkoch, ako živé organizmy ako celok.

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

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

Každý hektár Zeme obsahuje až 2,5 tony oxidu uhličitého (CO2). Ako ukázali výpočty, plodiny napríklad cukrovej trstiny absorbujú až 8 ton uhlíka na hektár, ktorý sa používa na stavbu tela týchto rastlín. V dôsledku toho sa zelené rastliny používali asi niekoľko stoviek rokov

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

V moderných podmienkach uhlík v procese biologického cyklu látok prechádza nasledujúcimi fázami: 1) zelené rastliny, tvorcovia organickej hmoty, absorbujú uhlík z atmosféry a zavádzajú ho do zloženia svojich tiel; 2) zvieratá alebo konzumenti, ktorí jedia rastliny, vytvárajú zlúčeniny uhlíka svojho tela zo svojich zlúčenín uhlíka; 3) baktérie, ako aj niektoré iné organizmy alebo rozkladače, ničia organickú hmotu mŕtvych rastlín a živočíchov a uvoľňujú uhlík, ktorý sa opäť dostáva do atmosféry ako oxid uhličitý.

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

Podobný kolobeh vykonáva voda, fosfor a mnohé ďalšie látky, ktoré sú súčasťou živej hmoty a minerálnych obalov biosféry. Výsledkom je, že všetky prvky, až na vzácne výnimky, sú vtiahnuté do najveľkolepejších vodný kameň nepretržite sa pohybujúci tok - biologický cyklus látok. „Zastavenie života by nevyhnutne súviselo so zastavením chemických zmien, ak nie celej zemskej kôry, tak aspoň jej povrchu – povrchu Zeme, biosféry,“ píše akademik V. I. Vernadsky.

Táto myšlienka Vernadského je obzvlášť jasne potvrdená úlohou, ktorú kyslík, produkt fotosyntézy rastlín, zohráva v procese svojho cyklu. Takmer všetok kyslík v zemskej atmosfére vznikol a na určitej úrovni sa udržiava činnosťou zelených rastlín. Organizmy ho vo veľkom spotrebúvajú pri dýchaní. Navyše, kyslík má obrovskú chemickú aktivitu a neustále sa spája s takmer všetkými ostatnými prvkami.

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

Odhaduje sa, že v modernej dobe všetok kyslík v atmosfére prejde cez organizmy (viazaný dýchaním a uvoľňuje sa fotosyntézou) každých 2 000 rokov, že všetok oxid uhličitý v atmosfére koluje v opačnom smere každých 300 rokov a všetka voda na Zemi sa rozkladá a znovu vytvára fotosyntézou a dýchaním počas 2 000 000 rokov.

Doktrína biosféry je založená na geochemickom výskume, predovšetkým na cykloch kyslíka a uhlíka, ktoré študoval V.I. Vernadsky. Ako prvý naznačil, že kyslík obsiahnutý v modernej atmosfére vzniká ako výsledok fotosyntetickej aktivity rastlín.

Vynikajúci prírodovedec V.I.Vernadskij mal úžasnú schopnosť pokryť takmer všetky oblasti modernej prírodnej vedy svojimi ostrými a brilantnými myšlienkami. Vo svojich myšlienkach a koncepciách bol ďaleko pred svojou dobovou úrovňou poznania a ich vývoj predvídal desaťročia dopredu. Vernadsky už v roku 1922 písal o bezprostrednom zvládnutí obrovských zásob jadrovej energie človekom a na konci 30. rokov predpovedal prichádzajúcu éru vstupu človeka do vesmíru. Stál pri zrode mnohých vied o Zemi – genetickej mineralógie, geochémie, biogeochémie, rádiogeológie a vytvoril náuku o biosfére Zeme, ktorá sa stala vrcholom jeho tvorivosti.

Vedecký výskum V.I.Vernadského bol neustále spojený s obrovskou organizačnou prácou. Bol iniciátorom vytvorenia Komisie pre štúdium prírodných výrobných síl Ruska, jedným z organizátorov Ukrajinskej akadémie vied a jej prvým prezidentom. Z iniciatívy Vernadského, Geografický ústav, Ústav mineralógie a geochémie pomenovaný po M. V. Lomonosovovi, Rádiový, Keramický a Optický inštitút, Biogeochemické laboratórium, ktoré sa teraz stalo Ústavom geochémie a analytickej chémie pomenovaným po V.I. Vernadskom, a Študijná komisia boli vytvorené v systéme Akadémie vied ZSSR permafrost, neskôr transformovaný na Ústav vedy o permafroste V. A. Obručeva, Komisia pre dejiny poznania, teraz Ústav dejín prírodných vied a techniky, Výbor pre meteority, Komisia pre izotopy, urán a mnoho ďalších. Nakoniec prišiel s myšlienkou vytvorenia Medzinárodnej komisie na určenie geologického veku Zeme

TOK ENERGIE V BIOSFÉRE

Cykly všetkých látok sú uzavreté, opakovane sa v nich používajú rovnaké atómy. Preto nie je potrebná žiadna nová látka na uskutočnenie cyklu. Je tu evidentný zákon zachovania hmoty, podľa ktorého hmota nikdy nevzniká ani nezaniká. Ale transformácia látok v rámci biogénneho cyklu vyžaduje energiu. Aký druh energie sa používa na uskutočnenie tohto grandiózneho procesu?


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

Zelené rastliny akumulujú energiu slnečných lúčov a ukladajú ju vo svojom tele. Zvieratá, ktoré jedia rastliny, existujú vďaka energii, ktorá vstúpila do ich tela spolu s jedlom, s konzumovanými rastlinami. Predátori v konečnom dôsledku existujú aj vďaka energii akumulovanej zelenými rastlinami, pretože sa živia bylinožravcami.

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

V konečnom dôsledku sa energia prijatá zo Slnka zelenou rastlinou prenáša z jedného organizmu do druhého. Pri každom takomto prechode sa energia transformuje z jednej formy (životná energia rastliny) do inej (životná energia zvieraťa, mikroorganizmu atď.). Pri každej takejto premene klesá množstvo užitočnej energie. V dôsledku toho, na rozdiel od obehu látok, ktorý prúdi v uzavretom kruhu, sa energia pohybuje od organizmu k organizmu určitým smerom. Existuje jednosmerný tok energie, nie cyklus.

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

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

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

Vzhľad človeka a takej vysoko organizovanej hmoty, akou je jeho mozog, mal a má mimoriadny význam pre evolúciu živých matiek a celej biosféry. Od svojho vzniku je ľudstvo ako súčasť biomasy po významný čas úplne závislé od životného prostredia. No ako sa mozog a myslenie vyvíja, človek si prírodu stále viac podmaňuje, povyšuje sa nad ňu, podriaďuje ju svojim záujmom. V roku 1929 A.P. Pavlov, zdôrazňujúc neustále rastúcu úlohu človeka vo vývoji organického sveta na Zemi, navrhol nazvať kvartérne obdobie „antropocénom“ a potom V.I. Vernadsky, veriac, že ​​ľudstvo vytvára nový, inteligentný obal Zem, čiže sférická myseľ, navrhla názov „noosféra“.

Ľudská činnosť výrazne mení kolobeh látok v biosfére. Vyťažilo a spálilo sa asi 50 miliárd ton uhlia; Ťažia sa miliardy ton železa a iných kovov, ropy a rašeliny. Človek si osvojil rôzne formy energie, vrátane atómovej energie. V dôsledku toho sa na Zemi objavili úplne nové chemické prvky a naskytla sa príležitosť premeniť niektoré prvky na iné a do biosféry sa dostalo veľké množstvo rádioaktívneho žiarenia. Človek sa stal veľkosťou kozmického poriadku a silou svojej mysle bude v blízkej budúcnosti schopný zvládnuť také formy energie, ktoré si teraz ani neuvedomujeme.

Vo veku vedeckého a technologického pokroku získavajú poznatky o životných procesoch vo všeobecnosti, vyskytujúcich sa na celej planéte, osobitný význam. Prieskum vesmíru umožnil vidieť Zem zvonku a študovať sféry, ktoré ju obklopujú. Nárast populácie na Zemi si vyžaduje objavenie nových potravinových zdrojov. Škodlivý odpad z priemyslu a dopravy nastoľuje problém ochrany nielen živých organizmov, ale aj čistoty vody a ovzdušia.

Stiahnuť ▼:

Náhľad:

Biosféra a vlastnosti biomasy planéty Zem

Vo veku vedeckého a technologického pokroku získavajú poznatky o životných procesoch vo všeobecnosti, vyskytujúcich sa na celej planéte, osobitný význam. Prieskum vesmíru umožnil vidieť Zem zvonku a študovať sféry, ktoré ju obklopujú. Nárast populácie na Zemi si vyžaduje objavenie nových potravinových zdrojov. Škodlivý odpad z priemyslu a dopravy nastoľuje problém ochrany nielen živých organizmov, ale aj čistoty vody a ovzdušia. V tomto smere je potrebné pochopiť úlohu živej prírody v kolobehu látok na Zemi. Hlavnou vecou je určiť význam živej prírody ako nosiča a transformátora energie. Je potrebné poznať štruktúru života na celej planéte a základ pre jeho udržateľnosť. Pri štúdiu rastlín, živočíchov, človeka a všeobecnej biológie na predchádzajúcich hodinách ste sa zoznámili so živou prírodou na všetkých úrovniach jej organizácie: molekulárnej, bunkovej, organizačnej, populačno-druhovej a biogeocenotickej. Pri štúdiu tejto témy sa zoznámite s najvyššou úrovňou organizácie života na našej planéte – biosférou.

Biosféra a jej hranice.Štúdium rozmanitosti foriem organického sveta a zákonitostí jeho vývoja sa nezaobíde bez pochopenia miesta a úlohy živých organizmov vo všeobecnosti na celej planéte Zem.Súhrn všetkých živých organizmov tvorí živú hmotu alebo biomasu planéty.

Životná činnosť organizmov sa menila a mení zemskú kôru a atmosféru. Rastlinná časť biomasy v priebehu miliárd rokov vyčistila atmosféru od oxidu uhličitého, obohatila ju kyslíkom a viedla k ukladaniu uhlíka do vápenca, uhlia a ropy. V procese evolúcie sa na Zemi vytvorila špeciálna škrupina alebo guľa, ktorú obývajú živé organizmy. Táto pozemská škrupina alebo oblasť života sa nazýva biosféra (grécky „bios“ - život, „guľa“ - lopta). Toto meno prvýkrát dal J.B. Lamarck. Doktrínu biosféry vytvoril akademik V.I. Vernadsky (1863 - 1945), zakladateľ novej vedy - biogeochémie, ktorá spája chémiu Zeme s chémiou života a stanovila úlohu živej hmoty pri premene zemského povrchu.

Na planéte Zem je niekoľko geosfér.

Ryža. 42. Litosféra (grécky „lithos“ - kameň) - vonkajšia tvrdá škrupina zemegule. Skladá sa z dvoch vrstiev: vrchná - sedimentárne horniny so žulou a spodná - čadič. Vrstvy sú rozmiestnené nerovnomerne. Miestami vystupuje na povrch žula.

Tvoria sa všetky oceány, moria (ich celok sa nazýva Svetový oceán), ktoré tvoria 70,8 % zemského povrchu, ako aj jazerá a rieky. hydrosféra . Hĺbka oceánu je v priemere 3,8 km, v niektorých depresiách až 11 034 km.

Rozprestiera sa až 100 km nad povrchom litosféry a hydrosféry atmosféru . Spodná vrstva atmosféry s priemernou výškou 15 km je tzv troposféra (grécky „trop“ - zmena). Troposféra zahŕňa vodnú paru suspendovanú vo vzduchu, ktorá sa pohybuje, keď sa povrch Zeme nerovnomerne zahrieva. Nad troposférou sú stratosféra (lat. „vrstva“ - vrstva) do výšky 100 km. Na jeho hranici sa objavujú polárne svetlá. V stratosfére vo výške 15–35 km sa voľný kyslík vplyvom slnečného žiarenia premieňa na ozón (O 2 → O 3 ), ktorý tvorí clonu a odráža kozmické žiarenie škodlivé pre živé organizmy a čiastočne aj ultrafialové lúče Slnka.

Medzi všetkými sférami Zeme zaujíma osobitné miestobiosféra - geologický obal obývaný živými organizmami. Pokrýva zemský povrch, hornú časť litosféry, celú hydrosféru a spodnú časť atmosféry, troposféru. Biosféra prejavuje činnosť živej hmoty: rastlín, zvierat, mikroorganizmov a ľudstva. Hranice biosféry sú určené prítomnosťou podmienok nevyhnutných pre život rôznych organizmov. Horná hranica života v biosfére je obmedzená intenzívnou koncentráciou ultrafialových lúčov; nižšia vysoká teplota zemského vnútra (nad 100 °C). Iba nižšie organizmy — baktérie — dosahujú svoje extrémne hranice. Spóry baktérií a húb lietajú do výšky 20 km a anaeróbne baktérie sa nachádzajú v zemskej kôre v hĺbke cez 3 km, vo vodách ropných polí.

Ryža. 43.
Najvyššia koncentrácia živej hmoty v biosfére sa pozoruje na povrchu pevniny a oceánu, na hraniciach kontaktu medzi litosférou a atmosférou, hydrosférou a atmosférou, hydrosférou a litosférou. Na týchto miestach sú najpriaznivejšie životné podmienky – teplota, vlhkosť, obsah kyslíka a chemických prvkov dôležitých pre výživu organizmov. Smerom k horným vrstvám atmosféry, hlboko do oceánu a do hlbín litosféry, koncentrácia života klesá. Akumulácia biomasy je určená životne dôležitou aktivitou zelených rastlín.

Hmotnosť živej hmoty je v porovnaní s hmotnosťou zemskej kôry zanedbateľná. Napriek tomu sú mnohé zmeny v zemskej kôre spôsobené životne dôležitou aktivitou biomasy.

Vlastnosti živej hmoty.Organizmy, ktoré tvoria biomasu, majú obrovskú schopnosť rozmnožovať sa – množiť sa a šíriť po celej planéte.

Energia biomasy sa prejavuje najmä pri rozmnožovaní. „Živá hmota – súbor organizmov – ako masa plynu, sa šíri po zemskom povrchu a vyvíja určitý tlak v prostredí, obchádza prekážky, ktoré bránia jej pokroku, alebo sa ich zmocňuje a pokrýva ich. Tento pohyb sa dosahuje pomocourozmnožovanie organizmov... Už K. Linné jasne videl, že túto vlastnosť treba považovať za základ pre živé veci, tú nepriechodnú hranicu, ktorá ho oddeľuje od mŕtvej, inertnej hmoty“ (Vernadskij).

V niektorých rokoch sa rozmnožovanie jednotlivých druhov rozhoria s takou silou, že to vedie k invázii obrovských más hmyzu (kobyliek), hlodavcov a iných živočíchov. Obsadenie priestoru rôznymi organizmami je určené intenzitou ich rozmnožovania.

Malé organizmy, najmä vo vodnom prostredí, sa veľmi rýchlo rozmnožujú a šíria. Počet niektorých baktérií sa zdvojnásobí každých 22 minút. Článkonožce, ktoré tvoria väčšinu suchozemských živočíchov, sa rýchlo množia.

Reprodukcia a rýchle šírenie organizmov, najmä jednobunkových, určili „všade“ (Vernadsky) života - až po extrémne hranice biosféry.

Hustota života závisí od veľkosti organizmov a plochy potrebnej pre ich život. Pre žaburinu a riasu chlorellu je určená plochou rovnajúcou sa ich veľkosti. Slon potrebuje plochu 30 km 2 , včela na zber medu – 200 m 2 , bylinné rastliny - v priemere 30 cm 2 . Tlak života vyvoláva boj medzi organizmami o priestor, potravu, vzduch a vodu.

Zvláštnosťou každého živého organizmu a celej biomasy je neustála výmena látok s okolím.

Rôzne prvky vstupujú do živého organizmu, hromadia sa v ňom a opúšťajú ho čiastočne počas života a čiastočne po smrti. Ide najmä o kyslík, vodík, uhlík, sodík, vápnik, fosfor, draslík, kremík a iné – viac ako 20 prvkov. Počas procesu výživy sa energia hromadí a prenáša do iných organizmov pozdĺž potravinového reťazca a prostredníctvom reprodukcie. Osobitný význam v biosfére má uvoľňovanie kyslíka a absorpcia oxidu uhličitého počas fotosyntézy zelených rastlín.

V biosfére je hmota rastlín mnohonásobne väčšia ako hmota zvierat. Vo všeobecnosti biomasa tvorí len asi 0,01 % hmoty celej biosféry, no jej úloha na planéte je obrovská.

V priemere je biomasa na Zemi podľa moderných údajov približne 2,423 × 1012 ton, pričom hmotnosť zelených rastlín je 97 %, živočíchov a mikroorganizmov 3 %.

Biomasa je termín používaný na charakterizáciu akejkoľvek organickej hmoty vytvorenej fotosyntézou. Táto definícia zahŕňa suchozemskú a vodnú vegetáciu a kríky, ako aj vodné rastliny a mikroorganizmy.

Zvláštnosti

Biomasa je pozostatok živočíšnej činnosti (hnoj), priemyselný a poľnohospodársky odpad. Tento produkt má priemyselný význam a je žiadaný v energetickom sektore. Biomasa je prírodný produkt, ktorého obsah uhlíka je taký vysoký, že sa dá použiť ako alternatívne palivo.

Zlúčenina

Biomasa je zmes zelených rastlín, mikroorganizmov a živočíchov. Na jeho obnovenie je potrebný krátky čas. Biomasa živých organizmov je jediným zdrojom energie, ktorý môže pri spracovaní uvoľňovať oxid uhličitý. Jeho hlavná časť je sústredená v lesoch. Na súši zahŕňa zelené kríky a stromy a ich objem sa odhaduje na približne 2 400 miliárd ton. V oceánoch sa biomasa organizmov tvorí oveľa rýchlejšie, tu ju zastupujú mikroorganizmy a živočíchy.

V súčasnosti sa uvažuje o takom koncepte, akým je zvýšenie počtu zelených rastlín. Drevinová vegetácia predstavuje približne dve percentá. Väčšinu (asi sedemdesiat percent) z celkového zloženia tvorí orná pôda, zelené lúky a drobná vegetácia.

Asi pätnásť percent celkovej biomasy pochádza z morského fytoplanktónu. Vzhľadom na to, že proces jeho delenia prebieha v krátkom časovom období, môžeme hovoriť o výraznom obrate vegetácie vo svetových oceánoch. Vedci uvádzajú zaujímavé fakty, podľa ktorých tri dni stačia na úplné obnovenie zelenej časti oceánu.

Na súši tento proces trvá asi päťdesiat rokov. Každý rok prebieha proces fotosyntézy, vďaka ktorému sa získa asi 150 miliárd ton suchého organického produktu. Celková biomasa vytvorená vo svetových oceánoch je napriek jej nevýznamným ukazovateľom porovnateľná s produkciou na pevnine.

Nevýznamnosť hmotnosti rastlín vo svetových oceánoch možno vysvetliť tým, že ich zvieratá a mikroorganizmy v krátkom čase požierajú, ale vegetácia sa tu celkom rýchlo obnoví.

Subtropické a tropické lesy sa považujú za najproduktívnejšie v kontinentálnej časti zemskej biosféry. Oceánsku biomasu predstavujú najmä útesy a ústia riek.

Z bioenergetických technológií používaných v súčasnosti vyzdvihujeme: pyrolýzu, splyňovanie, fermentáciu, anaeróbnu fermentáciu, rôzne druhy spaľovania palív.

Obnova biomasy

V poslednom období sa v mnohých európskych krajinách uskutočňujú rôzne experimenty súvisiace s pestovaním energetických lesov, z ktorých sa získava biomasa. Význam tohto slova je obzvlášť aktuálny v dnešnej dobe, keď sa problematike životného prostredia venuje veľká pozornosť. Proces získavania biomasy, ako aj priemyselné spracovanie pevného odpadu z domácností, drevnej hmoty a poľnohospodárskych kotlov je sprevádzané uvoľňovaním pary, ktorá poháňa turbínu. Z environmentálneho hľadiska je absolútne bezpečný pre životné prostredie.

Vďaka tomu sa pozoruje rotácia rotora generátora, ktorý je schopný generovať elektrickú energiu. Postupne sa hromadí popol, čím sa znižuje účinnosť výroby energie, takže sa periodicky odstraňuje z reakčnej zmesi.

Na obrovských pokusných plantážach sa pestujú rýchlorastúce stromy: akácie, topole, eukalypty. Testovaných bolo asi dvadsať druhov rastlín.

Za zaujímavú možnosť sa považovali kombinované plantáže, v ktorých sa okrem stromov pestujú aj iné plodiny. Napríklad jačmeň sa vysádza medzi radmi topoľov. Trvanie rotácie vytvoreného energetického lesa je šesť až sedem rokov.

Spracovanie biomasy

Pokračujme v rozhovore o tom, čo je biomasa. Definíciu tohto pojmu poskytli rôzni vedci, ale všetci sú presvedčení, že zelené rastliny sú sľubnou možnosťou na získanie alternatívneho paliva.

V prvom rade si treba uvedomiť, že hlavným produktom splyňovania je uhľovodík – metán. Môže byť použitý ako surovina v chemickom priemysle a tiež ako efektívne palivo.

Pyrolýza

Rýchlou pyrolýzou (tepelným rozkladom látok) vzniká bioolej, ktorý je horľavým palivom. Uvoľnená tepelná energia sa v tomto prípade využíva na chemickú premenu zelenej biomasy na syntetický olej. Je oveľa jednoduchšie prepravovať a skladovať ako pevné materiály. Ďalej sa bioolej spaľuje na výrobu elektrickej energie. Pyrolýzou je možné premeniť biomasu na fenolový olej, ktorý sa používa na výrobu lepidla na drevo, izolačnej peny a plastov na vstrekovanie.

Anaeróbna fermentácia

Tento proces sa uskutočňuje vďaka anaeróbnym baktériám. Mikroorganizmy žijú na miestach, kde nie je prístup kyslíka. Spotrebúvajú organickú hmotu, pričom počas reakcie produkujú vodík a metán. Privádzaním hnoja a odpadových vôd do špeciálnych digestorov, zavádzaním anaeróbnych mikroorganizmov do nich sa výsledný plyn môže použiť ako zdroj paliva.

Baktérie sú schopné rozkladať organické látky obsiahnuté na skládkach a v potravinovom odpade a produkujú metán. Na extrakciu plynu a jeho použitie ako paliva je možné použiť špeciálne zariadenia.

Záver

Biopalivá sú nielen výborným zdrojom energie, ale aj spôsobom, ako extrahovať cenné chemikálie. Počas chemického spracovania metánu sa teda môžu získať rôzne organické zlúčeniny: metanol, etanol, acetaldehyd, kyselina octová a polymérne materiály. Napríklad etanol je cenná látka používaná v rôznych priemyselných odvetviach.

Biológovia vykonali kvantitatívnu analýzu globálnej distribúcie biomasy na Zemi, ktorá predstavovala 550 miliárd ton uhlíka. Ukázalo sa, že viac ako 80 percent z tohto počtu pochádza z rastlín, celková biomasa suchozemských organizmov je asi o dva rády väčšia ako morských organizmov a podiel ľudí je asi 0,01 percenta, píšu vedci v r. Zborník Národnej akadémie vied.

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

Na získanie takýchto údajov skupina vedcov z Izraela a Spojených štátov pod vedením Rona Mila z Weizmannovho inštitútu vykonala akési sčítanie všetkých živočíšnych druhov, pričom zhodnotila ich biomasu a geografické rozloženie. Vedci zozbierali všetky údaje z niekoľkých stoviek aktuálnych vedeckých článkov a tieto informácie následne spracovali pomocou vyvinutej integračnej schémy zohľadňujúcej geografické rozloženie druhov. Ako kvantitatívny ukazovateľ biomasy, ktorú možno pripísať rôznym druhom, vedci použili informácie o hmotnosti uhlíka, ktorý pripadá na rôzne taxóny (to znamená, že sa nebrala do úvahy napríklad hmotnosť vody). Teraz sú všetky získané výsledky, ako aj programy použité na analýzu verejne dostupné a možno ich nájsť na githube.

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

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

Analýza získaných údajov ukázala, že celková biomasa všetkých živých organizmov na Zemi je približne 550 miliárd ton uhlíka. Veľkú väčšinu z neho zároveň obsahujú zástupcovia rastlinnej ríše: 450 gigaton uhlíka je viac ako 80 percent z celkového počtu. Na druhom mieste sú baktérie: približne 70 miliárd ton uhlíka, zatiaľ čo zvieratá (2 miliardy ton) sú na druhom mieste po hubách (12 miliárd ton), archeách (7 miliárd ton) a prvokoch (4 miliardy ton). Spomedzi zvierat majú najväčšiu biomasu článkonožce (1 miliarda ton) a napríklad celkovú biomasu druhu Homo sapiens je 0,06 miliardy ton uhlíka – to je asi 0,01 percenta všetkej biomasy na Zemi.

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

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

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

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

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

Vedci poznamenávajú, že kvôli nedostatku presných informácií sa získané údaje počítajú s veľmi veľkými neistotami. Môžeme teda s istotou odhadnúť iba biomasu rastlín na Zemi, ale pre baktérie a archaea sa získané údaje môžu líšiť od skutočných o faktor 10. Neistota v údajoch o celkovej biomase všetkých živých organizmov na Zemi však nepresahuje 70 percent.

Ich výsledky sú podľa autorov práce založené na údajoch zo súčasného vedeckého výskumu, a preto sa dajú aj napriek pomerne veľkej chybovosti použiť na moderné environmentálne a biologické hodnotenia. Vedci tiež poznamenávajú, že pri analýze údajov boli schopní identifikovať tie geografické oblasti, pre ktoré je v súčasnosti k dispozícii veľmi málo údajov a je potrebný ďalší výskum. Vedci dúfajú, že spresnené údaje v budúcnosti umožnia nielen vykonávať podobné analýzy s dostatočným geografickým rozlíšením, ale aj sledovať dynamiku zmien v takýchto distribúciách v čase.

Nedávno vedci rozdelili biomasu do menších systémov pri pohľade na veľké lesy po celej Zemi. Ukázalo sa, že viac ako polovica celkovej lesnej biomasy pochádza len z jedného percenta najväčších stromov, z ktorých väčšina presahuje priemer 60 centimetrov. V prípade niektorých živočíšnych druhov v určitých zemepisných oblastiach je zároveň možné vykonávať dynamickú analýzu. Napríklad minulý rok európski ekológovia skúmali biomasu lietajúceho hmyzu v nemeckých národných parkoch a zistili, že za 27 rokov sa znížila o 76 percent.

Alexander Dubov