Všechny živé bytosti planety Země se dostávají do těsného kontaktu mezi sebou as prostředím, čímž vytvářejí ekosystémy. Tato společenstva interagujících organismů nejsou navzájem izolována. Propojují je různé vztahy, především jídlo. Všechny ekosystémy tvoří jediný planetární ekosystém, který se nazývá biosféra. Tento článek se bude zabývat strukturou biosféry, jejím složením a hlavními funkcemi.
Věda
Tento koncept byl poprvé zaveden do vědy J. B. Lamarckem již v roce 1803 a znamenal souhrn všech živých organismů na planetě Zemi. Na konci devatenáctého století použil termín „biosféra“J. Zuse, který do struktury biosféry zahrnul neživou hmotu sedimentárních hornin. Doktrína biosféry se objevila v roce 1926, kdy V. I. Vernadskij shrnul obrovské množství vědeckých informací, tak či onakilustrující vztah mezi živou a neživou hmotou. Vědci se podařilo ukázat, že naši planetu živé organismy nejen obývají, ale je jimi také aktivně přetvářena. Podle Vernadského je navíc zásah člověka do přírodních procesů tak významný, že lze hovořit o noosféře – nové fázi vývoje biosféry. Dnes věda o biosféře kombinuje data z různých oblastí vědění. Mezi ně patří biologie, chemie, geologie, klimatologie, oceánologie, pedologie a další.
Struktura biosféry je taková, že živé organismy si mohou nezávisle udržovat potřebné složení půdy, atmosféry a hydrosféry. Hrají klíčovou environmentální roli. Na základě toho vědci předpokládali, že půdu a vzduch vytvořily samy živé organismy během stovek milionů let evoluce. Po studiu podobností ve struktuře geologických hornin, které leží hlouběji než kambrium, s pozdějšími horninami, Vernadsky navrhl, že život na planetě existoval ve formě nejjednodušších organismů téměř od počátku. Později geologové dokázali mylnost této hypotézy.
Vzhledem k tomu, že slunce je energetickým základem pro existenci veškerého života na Zemi, lze biosféru považovat za skořápku, jejíž struktura a složení jsou tvořeny společnou činností živých organismů a jsou určeny příliv sluneční energie. Nyní se pojďme seznámit se strukturou biosféry Země.
Živé a neživé
Především s ohledem na složení a strukturu biosférystojí za zmínku, že se skládá z živé a neživé hmoty (inertní hmoty). Převážná část živých organismů je soustředěna ve třech geologických obalech Země: v atmosféře (vzdušná vrstva), hydrosféře (oceány, moře atd.) a litosféře (svrchní vrstva horniny). Tyto schránky jsou však v největším ekosystému rozmístěny nerovnoměrně. Hydrosféra je tedy plně zastoupena ve struktuře biosféry, zatímco litosféra a atmosféra jsou zastoupeny částečně (horní a spodní vrstvy).
Neživou složku biosféry tvoří:
- Biogenní látka, která je produktem životně důležité činnosti živých organismů. Zahrnuje: uhlí, ropu, rašelinu, přírodní vápenec, plyn atd.
- Bioinertní látka, která je společným výsledkem vitální činnosti organismů a nebiologických procesů. To zahrnuje: půdu, bahno, vodní nádrže a tak dále.
- Inertní látka, která je součástí biologického cyklu, ale není produktem životně důležité činnosti živých organismů. Tato skupina zahrnuje: vodu, kovové soli, atmosférický dusík atd.
Hranice biosféry
Pojmy jako složení, struktura a hranice biosféry spolu úzce souvisejí. Navzdory skutečnosti, že bakterie a spory byly nalezeny ve výškách až 85 kilometrů, má se za to, že horní hranice biosféry je 20-25 km. Ve vysokých nadmořských výškách je koncentrace živé hmoty zanedbatelná kvůli silnému vlivu slunečního záření.
V hydrosféře je život přítomen všude. A dokonce i v příkopu Mariana, jehož hloubka je 11 km, vědecz Francie pozoroval J. Picard nejen bezobratlé, ale i ryby. Bakterie, řasy, foraminifery a korýši žijí pod více než 400 metry antarktického ledu. Bakterie se nacházejí pod kilometrovou vrstvou bahna a v podzemních vodách. Přesto je největší koncentrace živých bytostí pozorována v hloubce až 3 km. Hranice a struktura biosféry v různých částech planety se tedy mohou lišit.
Atmosféra, litosféra a hydrosféra
Atmosféra se skládá hlavně z kyslíku a dusíku. Obsahuje malé množství argonu, oxidu uhličitého a ozónu. Život suchozemských i vodních tvorů závisí na stavu atmosféry. Kyslík je nezbytný pro dýchání živých organismů a mineralizaci odumírajících organických látek. Oxid uhličitý využívají rostliny k fotosyntéze.
Litosféra má mocnost 50 až 200 km, ale hlavní počet druhů živých organismů je soustředěn v její horní vrstvě o tloušťce několika desítek centimetrů. Šíření života hluboko do litosféry je omezeno řadou faktorů, z nichž hlavní jsou: nedostatek světla, vysoká hustota média a vysoká teplota. Spodní hranicí distribuce života v litosféře je tedy hloubka 3 km, ve které byly nalezeny některé druhy bakterií. Pro spravedlnost je třeba poznamenat, že nežili v zemi, ale v podzemních vodách a ropných horizontech. Hodnota litosféry spočívá v tom, že dává život rostlinám a vyživuje je všemi potřebnými látkami.
Hydrosféraje základní složkou biosféry. Asi 90 % zásob vody připadá na Světový oceán, který zabírá 70 % povrchu planety. Obsahuje 1,3 miliardy km3 a řeky a jezera obsahují 0,2 milionu km3 vody. Nejdůležitějším faktorem vitální činnosti organismu je obsah kyslíku a oxidu uhličitého ve vodě.
Fascinující čísla
Složení, struktura a funkce biosféry překvapují svým rozsahem. Nyní se seznámíme se zajímavými fakty. Voda obsahuje 660krát více oxidu uhličitého než vzduch. Na souši převládá rozmanitost světa rostlin a v moři - světa zvířat. 92 procent veškeré biomasy na zemi jsou zelené rostliny. V oceánu tvoří 94 % mikroorganismy a zvířata.
V průměru jednou za osm let se biomasa Země obnoví. Suchozemské rostliny na to potřebují 14 let, mořské rostliny - 33 dní. Bude trvat 3000 let, než veškerá voda na zeměkouli projde živými organismy, kyslíkem – až 5000 let a oxidem uhličitým – 6 let. U dusíku, uhlíku a fosforu jsou tyto cykly ještě delší. Biologický cyklus není uzavřený - asi 10 % živé hmoty přechází do sedimentárních usazenin a pohřbů.
Biosféra představuje pouze 0,05 % hmotnosti naší planety. Zabírá asi 0,4 % objemu Země. Hmotnost živých bytostí je pouze 0,01-0,02 % hmotnosti inertní hmoty, nicméně hrají velmi významnou roli v geochemických procesech.
Ročně se vyprodukuje 200 miliard tun organické sušinyFotosyntéza absorbuje 170 miliard tun oxidu uhličitého. V procesu životně důležité činnosti mikroorganismů se do biogenního cyklu ročně zapojí 6 miliard tun dusíku a 2 miliardy tun fosforu a také obrovské množství železa, hořčíku, síry, vápníku a dalších prvků. Během této doby lidstvo vyprodukuje asi 100 miliard tun nerostů.
Organizmy v průběhu svého života významně přispívají k oběhu látek, stabilizují a přetvářejí biosféru, jejíž vlastnosti a struktura nutí přemýšlet o přítomnosti vyšších sil.
Energetická funkce
Po seznámení se strukturou a složením biosféry přejděme k jejím funkcím. Začněme energií. Jak víte, rostliny absorbují sluneční záření a nasycují biosféru životně důležitou energií. Přibližně 10 % zachyceného světla výrobci využívají pro své potřeby (především pro buněčné dýchání). Vše ostatní je distribuováno prostřednictvím potravních řetězců do všech ekosystémů biosféry. Část energie se uchovává v útrobách Země a nasycuje je svou silou (uhlí, ropa atd.).
I když krátce vezmeme v úvahu funkce a strukturu biosféry, vždy vyčleňují redoxní funkci jako poddruh energie. Jako producenti mohou chemosyntetické bakterie získávat energii z reakcí oxidace a redukce anorganických sloučenin. V procesu oxidace sirovodíku se sirné bakterie živí energií a železo (od 2-valentního do 3-valentního) - železité bakterie. Nitrifikační také nesedí bezzáležitosti. Oxidují amonné sloučeniny na dusičnany a dusitany. Farmáři proto svá pole hnojí amonnými sloučeninami, které rostliny samy o sobě nevstřebávají. Při přímém hnojení půdy dusičnany dochází k přesycení zásobních pletiv rostlin vodou, což vede ke zhoršení jejich chuti a zvýšení rizika zažívacích chorob u konzumentů.
Funkce tvořící životní prostředí
Živé organismy tvoří půdu a také regulují složení vzdušných a vodních schránek Země. Pokud by na planetě neexistovala fotosyntéza, zásoby vzdušného kyslíku by se spotřebovaly za 2000 let. Navíc doslova za jedno století by kvůli zvýšení koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu začaly umírat organismy. Za jeden den dokáže les absorbovat až 25 % oxidu uhličitého z 50metrové vrstvy vzduchu. Středně velký strom může poskytnout kyslík čtyřem lidem. Jeden hektar listnatého lesa, který se nachází nedaleko města, ročně zadrží asi 100 tun prachu. Jezero Bajkal, které je proslulé svou křišťálovou čistotou, je díky malým korýšům „filtrováno“třikrát ročně. A to je jen několik příkladů toho, jak živé organismy regulují složení látek v biosféře.
Funkce koncentrace
Živé bytosti a zejména mikroorganismy jsou schopny koncentrovat mnoho chemických prvků nacházejících se v biosféře. Téměř 90 % půdního dusíkujsou výsledkem činnosti modrozelených řas. Bakterie mohou koncentrovat železo (například oxidací ve vodě rozpustného hydrogenuhličitanu na hydroxid usazený v jejich prostředí), mangan a dokonce i stříbro. Tato úžasná vlastnost umožnila vědcům uvěřit, že právě díky mikroorganismům je na Zemi tolik ložisek kovů.
V některých zemích se prvky jako germanium a selen extrahují z rostlin. Řasa Fucus dokáže akumulovat 10 000krát více titanu, než je obsaženo v okolní mořské vodě. Každá tuna hnědých řas obsahuje několik kilogramů jódu. Australský dub akumuluje hliník, borovice - beryllium, bříza - baryum a stroncium, modřín - niob a mangan a thorium je koncentrováno v osice, třešni a jedle. Některé rostliny navíc drahé kovy dokonce „sbírají“. Takže v 1 tuně pelyňkového popela může být až 85 gramů zlata!
Destrukční funkce
Chemická struktura biosféry Země a jejího prostředí zahrnuje nejen tvůrčí, ale i destruktivní procesy. Velkou roli však hrají i při regulaci látek na planetě. S aktivním životem živých organismů dochází k mineralizaci organických zbytků a zvětrávání hornin. Bakterie, houby, modrozelené řasy a lišejníky mohou rozkládat tvrdé horniny uvolňováním kyseliny uhličité, dusité a sírové. Korozivní sloučeniny také uvolňují kořeny stromů. Existují bakterie, které mohou dokonce zničit sklo a zlato.
Přepravní funkce
S ohledem na strukturu afunkce biosféry, nelze ztratit ze zřetele přenos hmoty hmoty. Strom zvedá vodu ze země do atmosféry, krtek vyhazuje zemi, ryba plave proti proudu, migruje hejno sarančat - to vše je projevem transportní funkce biosféry.
Živá hmota dokáže vykonat ohromnou geologickou práci, vytvářet nový obraz biosféry a aktivně se podílet na všech jejích procesech.
Samostatně stojí za zmínku proces tvorby sedimentárních hornin. První fází tohoto procesu je zvětrávání – destrukce horních vrstev litosféry působením vzduchu, slunce, vody a mikroorganismů. Kořeny rostlin, které proniknou do skály, ji mohou zničit. Voda, která prosakuje do prasklin vytvořených kořeny, se rozpustí a látku odnese. To je způsobeno korozivními složkami rostliny. Lišejníky jsou zvláště bohaté na organické kyseliny. Fyzikální zvětrávání tedy nastává spolu s chemickým zvětráváním.
V důsledku úhynu organismů planktonu se na dně světových oceánů ročně ukládá až 100 milionů tun vápence. Mnohé z nich jsou chemického původu, jsou například v oblasti styku kyselých a alkalických podzemních vod. Se smrtí jednobuněčných řas a radiolariů se tvoří bahno obsahující křemík, které pokrývá stovky tisíc km2 mořského dna.
Funkce formování půdy
Vlastnosti a struktura biosféry jsou tak komplexní, že všechny její funkce spolu úzce souvisí. Tvorba půdy je tedy jednou z větví hromadné výměnya formování životního prostředí, ale vzhledem k jeho důležitosti je posuzován samostatně. Při ničení a dalším zpracování hornin mikroorganismy se vytváří volná, plodná skořápka země, nazývaná půda. Kořeny velkých rostlin získávají minerální prvky z hlubokých horizontů, obohacují jimi horní vrstvy půdy a zvyšují jejich úrodnost. Půda přijímá organické sloučeniny z odumřelých kořenů a stonků rostlin, stejně jako z exkrementů a mrtvých těl zvířat. Tyto sloučeniny jsou potravou pro půdní organismy, které mineralizují organickou hmotu, produkují oxid uhličitý, organické kyseliny a amoniak.
Bezobratlí, hmyz a také jejich larvy hrají nejdůležitější strukturotvornou roli. Dělají půdu uvolněnou a vhodnou pro život rostlin. Obratlovci (krtci, rejsci a další) uvolňují zemi a přispívají k úspěšnému růstu keřů v ní. V noci proniká do země chlazený stlačený vzduch, který je nezbytný pro dýchání kořenů a mikroorganismů.
Taková úžasná struktura biosféry.
