Структура та складові біосфери. Біогеохімічні цикли.

Параграфи 92-93 Структура та складові біосфери. Біогеохімічні цикли.

Біосфера – це оболонка Землі, що містить у собі всі живі організми планети й усі зони їх існування.

Термін “біосфера” в перше ввів геолог Е. Зюсс в 1875р.“Простір на поверхні Землі, де існує життя”

На початку ХХ ст. український науковець В.І. Вернадський - створив вчення про біосферу. Розділив умовно навколишнє середовище на: природне – біосфера, та штучно створене людиною – ноосфера (сфера розуму)

У верхніх шарах ультрафіолетове випромінювання не дає розвиватися живим організмам — це верхня межа біосфери. Вона розміщується на висоті приблизно 20-25 км від поверхні Землі й обмежена озоновим шаром, за межами якого живі організми не можуть існувати. Озоновий шар захищає біосферу від згубного космічного випромінювання, що не дає розвиватися живим організмам. Нижня межа біосфери визначається високими температурами в земних надрах. У ґрунті живі організми можна зустріти на глибині 4-7 км. Межа життя на дні океанічних западин простягається вглиб до 11 км.

Компоненти біосфери (7 типів речовини):1. жива – сукупність всіх живих організмів на Землі;2. біогенна – речовина, що утворена й перероблювана організмами(нафта, кисень);3. косна – абіотична речовина, утворена неживою природою (лава, попіл)4. біокосна – біогенно-абіотична речовина, продукти розкладу та переробки косної речовини організмами (грунт);5. радіоактивна6. космічна7. розсіяні атоми

Залежно від середовища існування живих організмів виділяють:• аеробіосферу (організми перебувають у просторі від верхівок дерев до стратосфери);• геобіосферу (організми населяють ґрунт, печери, поверхню суші, дерева);• гідробіосферу (організми населяють усі водні структури).

Для біосфери характерні всі властивості екосистем. • Біосфера містить у собі живі організми, які населяють Землю, а також середовище їх існування: океани, сушу, атмосферу.• У ній є всі компоненти трофічних ланцюгів: продуценти (автотрофи), консументи й редуценти (гетеротрофи).• У ній існують відносно замкнені потоки речовини й енергії між біотичною й абіотичною частинами (колообіги речовин і енергії).• Біосфера як екосистема має стабільність.

Жива речовина (біота) – уся сукупність живих організмів на Землі. «Можна без перебільшення стверджувати, що стан планети, біосфери цілком перебуває під впливом життя і визначається живими організмами», – писав В. І. Вернадський. Якими ж є найзагальніші функції живої речовини в біосфері?

Функції живої речовини: Газова – вплив живих організмів на газовий склад атмосфери (наприклад, утворення кисню під час фотосинтезу, виділення вуглекислого газу під час дихання, зв’язування Нітрогену завдяки азотофіксації тощо). Концентраційна – поглинання живими організмами певних хімічних елементів і їх накопичення (наприклад, накопичення водоростями, молюсками Кальцію, діатомовими водоростями, хвощами, злаками – Силіцію, морськи-ми водоростями – Йоду). Окисно­відновна – живі організми окиснюють та відновлюють певні сполуки (наприклад, залізо-, сіркобактерії перетворюють сполуки Феруму та Сульфуру); Біохімічна – синтез і розщеплення органічних сполук (білків, ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот), яких у природі до появи живого не існувало. Деструкційна – розклад редуцентами органічних решток і косної речовини, руйнування гірських порід унаслідок життєдіяльності організмів (наприклад, біологічне вивітрювання за участі лишайників). Середовище-утворювальна – зміна умов існування організмів завдяки діяльності живого (наприклад, ґрунтоутворення, самоочищення водойм)

БІОГЕОХІМІЧНИЙ ЦИКЛ (біогеоцикли) – це перетворення і переміщення хімічного елемента, що відбуваються за сумісної дії біотичних та абіотичних компонентів біосфери.

У біогеоциклах розрізняють дві частини: 1) резервний фонд – з більшою кількістю й масою речовини або елемента та повільнішим обміном; 2) обмінний фонд – з меншою часткою елемента (речовини), що швидко переміщуються по етапах циклу. Виокремлюють два основні типи біогеоциклів: 1) цикли елементів з резервним фондом в атмосфері або гідросфері(цикли Карбону, Нітро-гену, Оксигену); 2) цикли елементів з резервним фондом у літосфері(осадові цикли Фосфору, Сульфуру, Кальцію, Калію, Феруму)

Біогеохімічний цикл Карбону. Карбон – це основа органічних речовин усіх живих організмів. Особливостями циклу Карбону є: 1) основне депо – газуватий СО2, а основна доступна форма для організмів – органічні речовини й карбонати; 2) наявність резервного фонду у вигляді СО2, СН4, СО в атмосфері та осадових (вапняки, крейда) і горючих (торф, вугілля, нафта) корисних копалин у літосфері; 3) основні біотичні перетворення пов’язані з фотосинтезом, диханням, біоакумуляцією та мінералізацією; 4) абіотичні перетворення відбуваються завдяки процесам розчинення, окиснення, горіння .

Біогеохімічний цикл Нітрогену. Нітроген – елемент, що входить до складу важливих нітрогеновмісних органічних речовин (амінокислот, білків, нуклеїнових кислот). Основне депо й резервний фонд Нітрогену – це атмосферний азот, а основна доступна форма – нітрати. Біотичні перетворення здійснюються переважно мікроорганізмами в ґрунті. Нітроген стає доступним для живого в результаті азотофіксації, що здійснюють мутуалістичні бульбочкові бактерії й актиноміцети, вільноживучі азотофіксуючі бактерії, пурпурні сіркобактерії й ціанобактерії. Розклад органічних сполук з утворенням амоніаку здійснюється амоніфікувальними бактеріями. Виділений внаслідок амоніфікації амоніак розчиняється у ґрунтових водах і перетворюється на амоній NH+4. Амоніак і сполуки амоніаку здатні до біокаталітичного окиснення з утворенням нітратної і нітритної кислот, що їх використовують нітрифікувальні бактерії в процесі нітрифікації. Завдяки їхній діяльності в ґрунті утворюються нітрити і нітрати. Замикають цикл Нітрогену мікробіологічні процеси денітрифікації, які перетворюють нітрити й нітрати на молекулярний азот, що надходить в атмосферу. Абіотичні перетворення (абіотична фіксація за участі грозових розрядів, утворення й розчинення покладів селітри, окиснення) відбуваються в повітрі та ґрунті.

Біогеохімічний цикл Фосфору. Фосфор належить до макроелементів, що входять до складу нуклеїнових кислот, АТФ, багатьох білків, ліпідів. Основним депо Фосфору є гірські породи і мінерали, а доступною формою – фосфати. Після вивітрюваннягірських порід Фосфор у доступній формі надходить до рослин внаслідок мінерального живленняй використовується для асиміляції органічних речовин, що передаються ланцюгами живлення. Після відмирання організмів редуценти здійснюють мінералізацію й перетворюють Фосфор залишків на фосфати, що знову використовуються рослинами. Втрати Фосфору в циклі пов’язані з його винесенням в моря та океани й формуванням порід.

Біогеохімічний цикл Сульфуру. Сульфур є необхідним для синтезу сульфуровмісних амінокислот (метіоніну і цистеїну), вітаміну В1й деяких ферментів. У живленні рослин посідає третє місце після Нітрогену й Фосфору. Цей цикл включає перетворення, що відбуваються в усіх трьох оболонках –гідро-, літо- й атмосфері. Резервний фонд утворений Сульфуром осадових порід, мінералів, горючих копалин. Основною доступною формою для перетворень є сульфати й Н2 S. У вигляді сульфат-іонів Сульфур поглинають рослини й фіксують його у складі органічних речовин. Через рослинну їжу Сульфур потрапляє до тварин. Основні біотичні перетворення здійснюються бактеріями: хемосинтезуючі аеробні сіркобактерії і фотосинтезуючі анаеробні пурпурні сіркобактерії використовують сірководень як джерело Гідрогену, сульфатовідновлювальні бактерії перетворюють сполуки Сульфуру на сульфати (знову використовуються рослинами) або Н2 S(надходить в атмосферу). Сірководень й газуваті оксиди Сульфуру в атмосфері зазнають абіотичних перетворень з утворенням сульфатів, які з опадами потрапляють у ґрунт і Океан.