Лекція 3

План:

1. Біосфера та її роль на Землі

2. Поняття про ноосферу.

3. Біогенні елементи та їх кругообіг.

4. Природні ресурси та ресурсний цикл.

1. Біосфера та її роль на Землі

Область існування живих організмів на Землі називається біосферою. Біосфера є глобальна екологічна система.

Вперше цей термін вжив австрійський геолог Е.Зюсс в 1875 році в роботі “Походження Альп”. Спочатку це поняття означало тонку оболонку Землі, населену живими організмами.

Сучасне вчення про біосферу створив і розвинув наш співвітчизник вчений-геохімік академік В.И. Вернадський (1863 ­­­– 1945) в своїй праці “Біосфера” (1926). Подальший розвиток наука одержала в працях С.И. Вавілова, А.П. Виноградова, Є.М. Павловського.

Суттєвою відміною сучасного поняття “біосфери” від первинного є:

по-перше, Вернадський відніс до біосфери більш широкі шари оболонок Землі, в яких не тільки існують живі організми, але і розташовані речовини, утворені живою матерією в минулих життях (торф, вугілля, осадкові породи, граніти, вапняки та ін.). Таким чином, межі біосфери простягаються в висоту до 18–20 км, хоча спори мікроорганізмів в латентному стані виявлено в пробах повітря, взятих на висоті 85 км.

Нижня межа біосфери сягає 7–8 км в твердих земних породах (літосфері) і до 12 км в океані.

По-друге, Вернадський розглядає біосферу не тільки як просторову категорію, а як єдину складну систему – оболонку, в якій живі організми знаходяться в складній взаємодії як з неживою природою (водою, повітрям, ґрунтом, сонячною енергією), так і між собою (рослина-тварина; жертва-хижак) і тим самим визначають “хімічний стан” зовнішньої оболонки планети.

Т. ч. живі організми існують на поверхні Землі, в її атмосфері, гідросфері і літосфері і складають шар життя на Землі.

Вважається, що біосфера на Землі виникла 3,5 – 4,5 млрд. років тому назад.

Вернадський вважав, що численні найпростіші живі організми з’явились на Землі одночасно і вони не тільки існували і розмножувались в навколишньому середовищі, але і активно впливали на нього, змінюючи його хімічний склад.

Очевидно, що істинне життя на планеті починається з появою клітини. Перші клітини на Землі були примітивні, вони не мали ядра (прокаріоти). Це бактерії. Вважається, що вони з’явились на Землі ~3,2 - 3,5 млрд. років назад в безкисневій атмосфері, яка формувалась здебільшого газовими викидами вулканів. Перші живі клітини накопичували енергію для свого росту і розмноження шляхом ферментації, а в процесі життєдіяльності виділяли в атмосферу газоподібний кисень. І коли вміст його в атмосфері досяг 0,2% здійснився перехід від ферментації до дихання. Цей момент вважається революційним в еволюції біосфери.

Це явище вперше обґрунтував французький біолог Л. Пастер і воно називається “Ефектом Пастера”.

Завдяки появі вільного газоподібного кисню в біосфері її еволюція пішла високими темпами. З’явились клітини з ядром (еукаріоти). В їх ядрі уже містились хромосоми, які з допомогою ДНК зберігали і передавали спадкові риси клітин. Ці клітини є праобраз всіх живих організмів, що зараз існують на Землі.

Пізніше, в процесі еволюційного розвитку, з’явились вищі багатоклітинні живі організми – метафіти і метазоа (~ 1 млрд. років).

Доведено, що межами існування живих організмів на Землі можна вважати:

• температурний діапазон від –250^оС до +160^оС;

• межі тиску від 0,001 до 3000 атм (0,01 – 300 МПа).

Підраховано, що:

- загальна маса живої речовини на Землі становить 2,4^.10¹² т (по сухій речовині);

- маса атмосфери ≈ 5,15^.10¹⁵ т;

- маса гідросфери ≈ 1,5^.10¹⁸ т;

- маса земної кори ≈ 2,8^.10¹⁹ т.

Щорічна продуктивність живої речовини у вигляді органічної маси становить 170 млрд.т.

В основі існування живих організмів лежить споживання енергії ззовні.

Рослини використовують сонячну енергію, тварини – хімічну енергію, яка накопичена в харчових речовинах.

Основна особливість живих організмів в тому, що вони здатні поглинати зовнішню енергію, утримувати (акумулювати) її у вигляді складних органічних речовин (біомаси), передавати її один одному і трансформувати в інші види (механічну, теплову, електричну, світлову). Ці особливості живих організмів зумовлені тим, що вони складаються з білків, аміно- і нуклеінових кислот, які містять С, Н, N, S, P.

В живих організмах міститься до 70% кисню, 18% - вуглецю, 10% - азоту, до 2% Σ S, P, Ca, Fe, Na, Cl, а також до 0,01% Mn, Zn, Co, Cu.

Неживі компоненти середовища не здатні до перетворень енергії. Вони лиш частково акумулюють її і розсіюють в навколишньому просторі (камінь нагрівається на сонці і випромінює тепло при охолодженні, і ще може розсіювати, відбивати світлові промені).

Очевидно, що для існування життя необхідне зовнішнє джерело енергії (Сонце).

Із сказаного випливає, що біосфера є складною фізико-хімічною, біологічною системою, яка одержує енергію ззовні, частину її засвоює, а іншу частку розсіює в навколишній простір у вигляді тепла і відбитого світла. Її розвиток обумовлений космічною інформацією.

Остання теза доведена ІІ Законом термодинаміки і законом Ешбі (“Керована система не може бути складною, ніж керуюча”).

Отже, роль біосфери для життя на Землі полягає в тому, що вона є джерелом усіх засобів існування живих організмів на планеті:

• є в наявності і в достатній кількості хімічні елементи, харчування, вода, повітря і сировина для одержання речей, речей, речовин, частини енергії і інформації, необхідних для підтримання життя.