Биосфера. Круговорот веществ. Основные биогеохимические циклы. Под биосферой принято понимать область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты

Под биосферой принято понимать область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты.

Впервые термин введен Ламарком и распространялся лишь на взаимодействие живых организмов между собой. Непосредственно термин биосфера был введен Зюссом в 19 веке. Вернадский разработал концепцию биосферы в 20 веке.

Структурно биосфера включает в себя:

– Аэробиосферу – нижнюю часть атмосферы;

– Гидробиосфера – всю гидросферу;

– Литобиосфера – верхние горизонты литосферы.

Условно можно считать границу аэробиосферы высоту 20 км, то есть нижнюю границу озонового слоя. В настоящее время считается, что гижробиосфера полностью заселена, распространяется на глубину до 1122 м. По некоторым данным жизнь в литобиосфере может существовать до 3-4 км, но наиболее заселена верхняя часть.

В настоящее время выделяют необиосферу, в которой происходит взаимодействие живых и неживых объектов в настоящее время.

Палеосфера – часть биосферы, жизнь на которой происходила ранее.

Каустобиолиты – полезные ископаемые, возникновение которых обусловлено жизнедеятельностью организмов.

При рассмотрении функции биосферы следует отметить, что любая из систем не может существовать без подхода и превращения энергии. В любой экосистеме существует поток энергии и круговорот веществ.

Солнечная энергия является энергетическим источником для всех живых организмов на планете Земля за небольшим исключением. На поверхность Земли ежеминутно поступает 1,35 кВт/м²∙мин при этом треть энергии рассеивается от атмосферы, а две третьих поступают на поверхность океана.

Альбедо – отражающая способность Земли. Каждый материал имеет свою отражающую способность.

Поступая на поверхность Земли часть энергии Солнца отражается, вторая составляющая превращается в инфракрасное излучение путем переотражения. Лишь небольшая часть энергии (40%) используется, при этом коэффициент полезного действия при фотосинтезе 1-3%, в редких случаях он достигает 15%.

Процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей называется фотосинтез. Но в экосистемах и биосфере выделяют следующие группы организмов по цепи питания:

– Продуценты – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии.

˗ автортрофные (хемотрофы и фототрофы 97-99%);

˗ гетеротрофные.

– Консументы – организмы, не способные строить свои организамы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище.

– Редуценты – организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации.

Трофический уровень – это совокупность организмов со сходным типом питания.

Основные биохимические циклы. Планета Земля является конечным физическим телом с определённым набором химических элементов. Если бы в природе отсутствовал круговорот веществ, то все элементы, находящиеся на Земле, были бы использованы за несколько тысячелетий. Это не происходит благодаря круговороту веществ.

Выделяют два типа круговорота:

1) Геологический круговорот – это такое цикличное движение элементов, действующими силами в котором являются геологические процессы эндогенного и экзогенного происхождения. Геологический круговорот включает в себя:

· образование осадочных пород;

· трансформация под действием гравитационных сил;

· подъем поверхности за счет эндогенных процессов в земле;

· разрушение горных пород

Геологический круговорот не включает в себя деятельность живых организмов

2) Биогеохимический круговорот – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В биогеохимическом круговороте веществ выделяют две части:

· резервный фонд – часть веществ, которая не связана с живыми организмами;

· обменный фонд – часть веществ, которая непосредственно участвует в круговороте и представлена в виде органических соединений.

Выделяют два типа биогеохимических круговоротов:

· круговорот газового типа – это такой вид круговорота, резервный фонд которого находится в газовом либо жидком агрегатном состоянии;

· круговорот осадочного типа – это такой вид круговорота, при котором резервный фонд находится в виде донных отложений.

Практически для всех элементов присутствующих в биосфере существует биогеохимический круговорот веществ:

1) Круговорот воды. Депонирующая среда – мировой океан. Из животных в круговороте участвует около 500 тысяч кубических километров воды.

2) Круговорот углерода. Депонирующая среда – атмосфера. Время круговорота ориентировочно составляет 300 лет.

3) Круговорот азота. Депонирующая среда – атмосфера. Круговорот составляет порядка 2-3 млн. лет.

4) Круговорот фосфора. Отличительной особенностью является то, что этот круговорот отнесен к круговороту осадочного типа. Время круговорота установить сложно, так как круговорот фосфора по длительности сопоставим с геологическим круговоротом.