Що таке біосфера? Її межі, структура та функції. Біосфера: межі біосфери. Склад та межі біосфери. Верхня межа біосфери
) і тверду ( літо-сфера) оболонки Землі (рис. 74).
Верхня межа
Верхня межа біосфери розташована на висоті 15-25 км над рівнем моря (і в різних регіонахЗемлі різна) у нижньому шарі атмосфери — тропосфері (рис. 75).
У цих межах біосфери під впливом енергії сонячних променів кис-лород перетворюється на озон і утворюється озоновий ек-ран. Він не пропускає основну частину космічних і ультрафіолетових променів, що надають шкідливий вплив на живі організми, тому вони не досягають земної поверхні.
У верхніх шарах біосфери зустрічаються суперечки дуже стійких до несприятливих умов бактерій, грибів, мохів і папоротей (їх називають аеропланктоном). Деякі птахи, метелики та павуки можуть підніматися на висоту 6-7 км.
Нижній кордон у гідросфері
Склад біосферирізноманітний і поділяється на чотири частини.
- Жива речовина.
- Біогенні речовини
- Тверді тіла.
- Речовини біогенного та абіогенного походження.
Жива речовина
Сукупність всіх живих організмів, що мешкають на нашій планеті, становить жива речовинабіосфери. Незважаючи на те, що жива речовина за своєю масою представляє вельми незначну частину біосфери, її діяльність протягом геологічних епох чинила величезний вплив на розвиток Землі.
За твердженням В. І. Вернадського, життя зародилося на Землі через деякий час після її появи і стала одним з основних факторів, що змінили вигляд нашої планети.
Біогенні речовини
Біогенні речовиниє результатом діяльності живих організмів. До них можна віднести нафту, кам'яне вугілля, вапняк та атмосферні гази.
Тверді тіла
Загальна маса живих організмів у біосфері називається біо-масою, 93% якої посідає суходіл, а 7% — на водне середовище. Живі організми своєю діяльністю дуже впливають на біосферні процеси і зумовлюють зміни біосфери.
Біосфера безперервно розвивається. Її розвиток зумовлюють такі чинники, як геологічні та кліматичні зміни на нашій планеті, вплив живих організмів та людська діяльність.
Перший етап еволюції біосфери називається біогенезом, а другий – ноогенезом. В даний час у зв'язку з тим, що основний вплив на біосферу має
За В. І. Вернадським біосфера, що охоплює всю земну кулю, небезмежна, її межі значною мірою зумовлені існуванням у ній живої речовини та визначають межі поширення життя по земній кулі, як по горизонталі, так і по вертикалі. Однак, оскільки Земля має форму геоїду, говорити про горизонтальні кордони слід з деякими припущеннями. Адже якщо в екваторіальних тропічних і помірних широтах життя поширене повсюдно, щодо циркумполярних областей, тобто. розташованих навколо Північного та Південного полюсів, слід зробити уточнення.
Води Північного Льодовитого океануз постійним льодовим покривом на більшій його частині в точку цілого рокудосить рясно заселені морськими тваринами. Низькі температури не є перешкодою для поширення живих організмів і над льодовим покривом. Навіть у Верхоянську, який донедавна вважався полюсом холоду і де абсолютний мінімум досяг -71 °С, зростають модринові північнотаежні ліси. Занесення суперечок мохів, грибів, лишайників і водоростей, які можуть витримати ще нижчі температури, цілком ймовірно аж до Північного полюса. Там, де є кам'янистий субстрат, наприклад, на північних узбережжях островів Північна Земляі Шпіцберген, поселяється, хоч і розріджено, мохово-лишайникова рослинність. В Антарктиді лишайники зустрічаються навіть за 360 км від Південного полюса на висоті 2000 м над рівнем моря. Тому можна стверджувати, що хоча концентрація та різноманітність живих організмів на різних по природним умовамтериторіях та акваторіях змінюються у досить значних межах, життя існує на всій земній кулі. Отже, горизонтальних кордонів у біосфери немає і мова слід вести тільки про її вертикальну розмірність, верхній, атмосферний, і нижній, літосферний, межах.
У фізичної географіївикористовується поняття, запропоноване А. А. Григор'євим в 1937 р. - географічна оболонка », яким позначається область взаємодії літо-, гідро-, біо- та атмосфери. Верхню межу оболонки зазвичай визначають трохи нижче за шар максимальної концентрації озону - у стратосфері на висоті 20-25 км. Іноді її вертикальне простягання звужують або розширюють до мезопаузи на висоті 70-80 км. Нижня межа географічної оболонки перебуває у підкоровому шарі трохи нижче «поверхні Мохоровича».
У географічні роботи, присвячених географічній оболонці, біосфера довго розглядалася як сукупність живих організмів чи органічної матерії. За такого підходу недостатньо повно враховувалися особливості біосфери як планетної освіти. У сучасному уявленні географів поняття «біосфера» відображає лише приватний, біоцентричний погляд на географічну оболонку, яка є єдиною Землі геосистему планетного рівня (Ісаченко, 1991).
Верхня межа поширення життя в атмосфері визначається, мабуть, не стільки низькими температурамискільки згубною дією радіації. Так, пилок квіткових та голонасінних рослин, суперечки грибів, мохів, папоротей та лишайників, бактерії та найпростіші тваринні організми постійно або з сезонною ритмікою присутні у повітрі. Над сушею та акваторією в дощі, снігу, хмарах та туманах крім пилку та суперечки виявлено мікроорганізми. Все повітряне середовище є суспензією життєздатних пилку, спор і мікроорганізмів, вміст яких зменшується з висотою. Інтенсивність радіації, що створюється космічними променями, на висоті 9 км у десятки разів більша, ніж на рівні моря, а на висотах 15-18 км зростає вже в сотні разів. Висотне поширення мікроорганізмів обмежується потоком жорсткої ультрафіолетової радіації Сонця, що вбиває все живе.
Головне значення у захисті життя Землі від радіації належить озону, переважна більшість якого у вигляді шару озоносфери висотою від 10 до 50 км із максимумом концентрації висоті 20-25 км (так званий озоновий екран). В озоносфері озон міститься в нікчемній кількості: товщина його шару при тиску 101,3 мПа та температурі 0 ° С у середньому для всієї Землі становить 2,5-3 мм, екваторіальних областей – близько 2, а високих широт – до 4 мм. Озон дуже інтенсивно поглинає радіацію на ділянці спектра із довжиною хвилі менше 290 нм. Тому найактивніша в біологічному відношенні частина сонячного випромінюванняне сягає земної поверхні.
В. І. Вернадський зазначав, що межі біосфери обумовлені насамперед полем існування життя, тобто полем, де можливе розмноження організмів. Можна стверджувати, що вся тропосфера, висота якої 8-10 км у полярних широтах і 16-18 км у екватора, більшою чи меншою мірою населена живими організмами, які знаходяться в ній або тимчасово або постійно. Вже в тропопаузі різко змінюються фізичні та температурні характеристики біосфери, зокрема, припиняється інтенсивне турбулентне перемішування повітряних мас. Стратосфера, що перебуває вище тропопаузи, навряд чи придатна існування мікроорганізмів. Верхня межа біосфери, чи поля існування життя, досить ясно проглядається у тропопаузі. Однак верхня межа занесення суперечок та мікроорганізмів, що визначає «поле стійкості життя» (живі організми існують, але не розмножуються), можлива до верхньої межі стратосфери.
Таким чином, сфера поширення живих організмів обмежена в основному тропосферою. Наприклад, верхня межа польоту орлів знаходиться на висоті 7 км; рослини в гірських системах та комахи у повітряному середовищі не поширені вище 6 км; верхня межа постійного проживання людини - 5, оброблюваних нею земель - 4,5 км, ліси в гірських системах тропіків не зростають вище 4 км.
Тропосфера - це повітряна середовище, у якій здійснюється лише пересування організмів, нерідко з допомогою своєрідно пристосованих при цьому органів. Справжнього аеропланктону, що постійно мешкає і розмножується в повітряному середовищі, мабуть, немає. Інакше тропосфера була б «кисіль», максимально насичений мікроорганізмами. Весь цикл свого розвитку, включаючи розмноження, організми здійснюють лише у літосфері та гідросфері, а також на кордоні повітряного середовищаіз цими оболонками.
Верхні шари атмосфери та стратосфери, в які можливе занесення мікроорганізмів, а також найбільш холодні та спекотні райони земної кулі, де організми можуть існувати лише в стані, що покоїться, називаються парабіосферою (за Дж. Хатчинсоном).
До складу біосфери повністю включається гідросфера - озера, річки, моря та океани. У морях і океанах найбільша концентрація життя приурочена до евфотичної зони, куди проникає сонячне світло. Зазвичай її глибина не перевищує 200 м у морях та континентальних прісноводних басейнах. Саме в цій зоні, де можливий фотосинтез, зосереджені всі фотосинтезуючі організми та продукується первинна біологічна продукція.
Дисфотична зона, що починається з глибини 200 м, характеризується повною темрявою та відсутністю фотосинтезуючих рослин. Вона являє собою водне середовище проживання тварин, що активно переміщаються. Водночас через неї безперервним потоком опускаються на дно морів та океанів відмерлі рослини, виділення та трупи тварин.
Про нижню, літосферну, межу біосфери ясного уявлення поки немає. Більшість робіт, присвячених біосфері, вказується, що нижня межа біосфери на континентах становить середньому 2-3 км. Тут в умовах низьких порівняно з глибшими шарами температури та тиску, але за участю живих організмів (мікроорганізмів) та води припиняється міграція хімічних елементів. Мікробіологічні дослідження свідчать, що мікроорганізми присутні також у пластових водах, що омивають нафту, хоча сама нафта стерильна. Під океанами літосферна межа біосфери поширюється на 0,5-1,0 км і, можливо, на 3,0 км нижче за їх дно! Більше глибокому проникненніжиття в літосферу, незважаючи на інтенсивні бурові роботи, достовірної інформації поки що немає.
У тропосфері та літосфері взаємодіють тверда, рідка та газова фази речовини, жива речовина безпосередньо впливає на всі природні процеси. Оболонка земної кулі на межі атмо-, гідро-, літосфери, на якій сконцентровано живу речовину планети, отримала назву біогеосфери (синоніми: «плівка життя» (В. І. Вернадський), «епігенема», «вітасфера» – сфера життя (А .І. Тюрюканов та В. Д. Александрова), «фотогеосфера» (Є. М. Лавренко), «фітосфера» (В. Б. Сочава)). Поняття «біогеосфера» за змістом близьке до поняття «ландшафтна оболонка» Ф. М. Милькова. Тільки біогеосфері можливі постійне перебування людини і всебічна його діяльність.
Населену живими організмами, які у процесі своєї життєдіяльності активно її перетворюють.
Історія вивчення
Поняття біосфери як галузі життя ввів у науку Жан Батист де Ламарк у першій половині ХІХ століття. Саме він найближче підійшов до її розуміння. Але сам термін було запропоновано австрійським ученим Едвардом Зюссом. Він працював у галузі геології та розумів під біосферою сукупність усіх організмів. Зараз такий зміст вкладається в термін «біота». Зюсс виклав свої гіпотези та результати досліджень у знаменитій науковій праці «Обличчя Землі», в якому описував геологію Альп.
Сучасне поняття біосфери сформулював російський вчений геохімік, який має енциклопедичні знання в багатьох галузях науки - Володимир Іванович Вернадський. Будучи професором мінералогії в Московському університеті, він став автором великої праці «Біосфера», виданої 1926 року. Саме у цій роботі він уперше дав розгорнуте визначення даному терміну.
В. М. Вернадський справедливо вважав, що біосфера – це велика концентрична область Землі, яка відіграє роль головної геохімічної сили. Таким чином, вона є простором, в якому життя існує на Наразіабо існувала будь-коли, тобто для біосфери характерна наявність живих організмів чи продуктів їхньої життєдіяльності.
Типи речовин у біосфері
В. І. Вернадський виділяв кілька типів речовин, що становлять основу біосфери.
- Власне жива речовина, утворена сукупністю організмів.
- Біогенна речовина, що утворюється в ході та залишається після життєдіяльності організмів. Йдеться про гази атмосфери, кам'яне вугілля, нафту тощо.
- що утворюється без втручання організмів.
- - це сполуки, що є результатом життєдіяльності організмів разом з абіогенними процесами.
Кордони біосфери визначаються відповідно до наявності сукупності перелічених вище речовин в оболонках Землі.
Жива речовина у біосфері
Очевидно, що основні геохімічні та енергетичні процеси протікають за обов'язкової участі В. І. Вернадський так сформулював поняття про нього. Жива речовина - всі існуючі на даний момент, що становлять єдину сукупність, яка виражається в елементарному хімічному складі, вазі, енергії.
Головною властивістю живої речовини є її активність, обумовлена зв'язком з довкіллямпостійним біогенним потоком. Потік формується при диханні, живленні, розмноженні. У цьому контексті можна розглядати життєдіяльність організмів як потужного геологічного процесупланетарний характер.
Постійні міграції хімічних елементів між організмом та навколишнім середовищем в обох напрямках відбуваються безперервно. Здійснення цього процесу можливе завдяки близькості елементарного хімічного складу організмів до хімічного складу земної кори.
Рослини, здійснюючи фотосинтез, створюють у біосфері складні органічні молекули, мають великий запас енергії. Таким чином, жива речовина акумулює та трансформує зв'язану променисту енергію Сонця. Переміщення енергії стає можливим внаслідок постійного зростання та розвитку організму. Швидкістю розмноження, як слушно вважав В. І. Вернадський, це швидкість, за якої в біосфері передається геохімічна енергія.
Межі
Частину біосфери, у якій нині є живі організми, прийнято називати необіосферою. Інакше висловлюючись, сучасною. А той простір, який був місцем проживання давніх організмів, це палеобіосфера.
Загальна маса геосфер планети дорівнює приблизно 2420 мільярдів тонн. Ця величина в 200 разів більша за масу атмосфери. Таким чином, можна зробити висновок, що шар живої речовини в загальній масігеосфер мізерно малий.
Діапазон потенційних можливостей та масштаб пристосовуваності організмів зумовлюють «повсюдність життя». Живі істоти поступово влаштувалися морях і океанах, потім освоїлися суші. На думку Вернадського, склад та межі біосфери змінюються і зараз.
Слід зазначити, що, на відміну інших земних оболонок, лише біосферу вважатимуться комплексної. Вона виконує і функцію «покрову» з живої сутності і є місцем існування безлічі організмів, до яких входить і людина.
Межі біосфери визначаються в такий спосіб. Вона включає нижню зону атмосфери, верхню зону літосфери і всю гідросферу. І висоти атмосфери, що характеризуються холодом, низьким тиском і глибини океану, тиск у яких може досягати 12 000 атмосфер, - все це біосфера. Межі біосфери настільки широкі через дуже широкі межі температурної толерантності організмів.
Слід зазначити, що є такі бактерії, які можуть існувати у вакуумі. Межі адаптації до хімічним умовамтакож дуже широкі. Реальним є існування організмів, наприклад, під постійним впливом іонізуючої радіації. Дослідження показують, що деякі живі істоти настільки витривалі, що за окремими критеріями їх можливості перебувають навіть поза біосфери.
Крім основних перелічених умов, життя організмів обумовлено сталістю біогенного струму атомів.
Верхня межа біосфери
У різних частинахпланети життя в атмосфері існує на різній висоті. У зонах Південного та Північного полюсівця величина становить 8-10 км, поблизу екватора - 17-18 км, над усіма іншими територіями - 20-25 км. Таким чином, життям наповнена лише тропосфера – нижня частина атмосфери
Фізична межа поширення життя в атмосфері знаходиться на нижньому кордоні
Гідросфера
Гідросфера утворена океанами, морями, озерами, річками та крижаними покривами. На всіх глибинах є життя. Переважна більшість живих організмів зайняли поверхневі шари та прибережжя. Але навіть на глибині 11 022 м, у найглибшій западині Світового океану (Маріїнської), є жителі. Необіосфера також включає донні відкладення, які колись були місцем проживання стародавніх істот.
Нижня межа біосфери
Якщо говорити про літосферу, то ґрунт, безумовно, є найгустонаселенішим її шаром, але існування життя помічено набагато глибше – приблизно 6-7 кілометрів під землею. Це стосується, перш за все, глибоких тріщин та печер.
Організми, що населяють біосферу
Живі організми поділяються на дві групи залежно від способу одержання енергії, необхідної для життєдіяльності: автотрофні та гетеротрофні. Місцем проживання представників обох груп є біосфера. Кордони біосфери визначаються їх поширенням.
Представники у своєму харчуванні не пов'язані з жодними іншими живими істотами. Їм для цього потрібне сонячне світло чи енергія хімічних зв'язківсполук неорганічного походження І те, й інше може використовуватися як джерело енергії, тоді як харчування вони отримують з мінеральних речовин.
Автотрофи поділяються на дві підгрупи. Це фототрофи (зелені) та хемотрофи (бактерії). Перші здатні існувати лише у сфері проникнення сонячних променів. А ось другі, за рахунок використання хімічних сполукОрганічна природа як джерело енергії, поширена набагато ширше.
Гетеротрофам, навпаки, як джерела енергії та харчування потрібні органічні речовини, вироблені іншими організмами. Тобто без попередньої роботи автотрофів їхнє існування було б неможливим. Тварини та людина, як мешканець біосфери, належать до гетеротрофних організмів.
«Плівки життя»
Нерівномірність розподілу життя - це з найважливіших ознак, яким характеризується біосфера. Межі біосфери мають найменшу густину життя. Найбільша ж спостерігається на стиках довкілля. А загалом розподіл життя у біосфері носить різко нерівномірний характер. В. І. Вернадський запровадив термін «Плівки життя», описуючи за його допомогою найбільш щільно населені області біосфери. Кордон контакту «ґрунт-повітря» - це перша з таких плівок, її товщина становить від 2 до 3 см. Друга представлена зоною контакту «повітря-ґрунт» - прибережна смуга та зона апвелінгу. Третя представлена еуфотичною зоною океану (до 200 м), тобто областю вільного проникнення сонячного променя.
Отже, життя, що перетворює «лик Землі», нерозривно пов'язані з поняттям «біосфера». Межі біосфери – це межі життя.
Просторово-функціональна організація - це механізм, який би «геологічну вічність всього живого». Людина як житель біосфери поряд з іншими гетеротрофними організмами є безпосереднім учасником енергетичного круговороту, що забезпечує життя на Землі.
Біосфера- це оболонка Землі, склад, структура та енергетика якої визначаються минулим і сучасною діяльністюживих організмів.
■ Термін «біосфера» запровадив Еге. Зюсс (Австрія, 1875 р.), вчення про біосферу було створено В.І. Вернадським (Росія, 1926 р.).
■ Біосфера - найбільша екосистема, що поєднує всі біогеоценози планети і здійснює глобальний кругообіг речовин.
Компоненти біосфери: жива речовина (див. Нижче), біогенна речовина, біокосна речовина, косна речовина, радіоактивна речовина, космогенна речовина.
Біогенна речовина— сполуки та корисні копалини, які створюються та переробляються живими організмами в процесі їх життєдіяльності (нафта, газ, вугілля, вапняк та ін.).
Біокосна речовина- Речовина, що утворюється в результаті спільної діяльності живих організмів і абіогенних процесів (грунт, грунт водойм).
Закосова речовина- З'єднання, що утворюються без участі живих організмів (гірські породи, мінерали та ін).
Радіоактивна речовина— радіоактивні руди та кінцеві продукти їхнього розпаду.
Космогенна речовина- Метеорити, космічний пил.
Область життявизначається наявністю умов, необхідні існування тих чи інших живих організмів.
Життя на Землі поширене у трьох геологічних оболонках. атмосфері, гідросфері та літосфері . Ці оболонки об'єднані в єдину цілісну систему за допомогою безперервного обміну один з одним речовиною та енергією, зумовленого не лише абіогенними процесами, а й діяльністю живих організмів.
Атмосфера- Повітряна оболонка Землі. Щільність повітря швидко зменшується з висотою: 75% маси атмосфери зосереджено у шарі нижче 10 км, 90% – нижче 15 км, 99% – нижче 30 км. Сухе повітря складається з азоту (78,08%), кисню (20,95%), аргону (0,93%), вуглекислого газу (0,03%) та домішок інших газів.
Тропосфера- нижній шар атмосфери висотою від 8-10 км у полярних широтах до 16-18 км в екваторіальній зоні. Вище за тропосферу розташована стратосфера.
Озоновий шар- область з підвищеним вмістом озону О3 - знаходиться в стратосфері на висотах 15-25 км. Він поглинає згубне для живих організмів короткохвильове ультрафіолетове випромінювання Сонця.
Водяна пара, присутній у атмосфері, бере участь у природному кругообігу води;
■ конденсуючись, він випадає як дощів, забезпечуючи вологий режим земних територій;
■ разом із СО 2 він робить головний внесок у парниковий ефект: утримує відбиті від поверхні планети довгохвильові теплові промені, завдяки чому нижні шари атмосфери виявляються теплими.
Гідросфера- це водна оболонкаЗемлі, утворена водами її океанів, морів, озер, річок, підземних та крижаних покривів.
■ Середня глибина Світового океану - 3,8 км, максимальна (Маріанська западина в Тихому океані) - 11,034 км. 97% маси гідросфери складають солоні океанічні води, 2,2% - води льодовиків, 0,8% - підземні, озерні та річкові прісні води.
Літосфера- Зовнішня тверда оболонка (кора) планети. Складається з трьох шарів: верхнього – шару осадових порід, середнього – гранітного та нижнього, найбільш щільного – базальтового.
Межі біосферипроходять там, де починають переважати природні фактори, які роблять існування живих організмів неможливим
Верхня межа біосферивизначається високою інтенсивністю ультрафіолетового сонячного випромінювання, низькою температурою середовища, дефіцитом кисню та води та проходить в атмосфері на висоті 25-27 км (біля нижньої межі озонового шару).
■ Окремі суперечки бактерій та грибів знайдені у тропосфері на висоті до 40 км.
Нижня межа біосфери у літосферідля більшості форм життя визначається високою щільністю, Міцністю і високою опірністю середовища, відсутністю світла, нестачею кисню і проходить на глибині декількох десятків метрів.
■ Неактивні форми життя (спори, цисти) та нафтобактерії зареєстровані на глибинах до 4 км. Ця межа, крім перерахованих вище факторів, визначається також високими тискомі температурою гірських порід та підземних вод(На глибині 3 км температура близько +100 ° С).
У гідросферіжиття простягається протягом усього глибину Світового океану. Тут обмежуючими чинниками є тиск товщі води та відсутність світла (температура води на дні океанічних западин – близько 0 ° С).
■ За В.І. Вернадському, нижня межа біосфери проходить на 1-2 км глибше дна Світового океану, в товщі осадових порід, що поступово накопичується в океані, походження яких пов'язане з діяльністю живих організмів.
Жива речовина
Жива речовина- Сукупність всіх існуючих в даний момент живих організмів планети, чисельно виражена в елементарному хімічному складі, масі або енергії.
■ Кількісні заходиживої речовини - біомаса та продукція.
Особливості живої речовини. Жива речовина:
■ є головним компонентом біосфери;
■ розподілено по Землі нерівномірно; його концентрація максимальна на межах розділу основних середовищ — у ґрунті, у поверхневих шарах океану, на дні водойм, у так званих «плівках життя»;
■ за своїм елементарним хімічним складом близько до складу земної кори;
■ є найбільш активним компонентом біосфери, що забезпечує глобальний кругообіг хімічних елементів;
■ є гігантським акумулятором та унікальним перетворювачем енергії Сонця, пов'язуючи її у хімічних зв'язках складних органічних молекул у процесі фотосинтезу.
Загальна кількість біомаси на Землі- 2423,2 млрд. т. Основна її частина зосереджена на континентах (понад 99,8%) у зелених рослинах суші (понад 99,2%). Організми, які не здатні до фотосинтезу, становлять 1%.
Розподіл біомаси по континентальній та океанічній частинах біосфери(Наведене до сухої органічної речовини) представлено в таблиці.
Розподіл по продукції та кількості утвореного кисню:близько половини продукції та обсягу кисню створюють рослини суші (головним чином вологі тропічні ліси), іншу половину - мікроскопічні водорості гідросфери - фітопланктон (при цьому біомаса фітопланктону приблизно в 10 000 разів менше біомаси рослин суші). Причина — значно більшої швидкостіутворення продукції фітопланктоном у порівнянні з рослинами суші
Біогеохімічний циклбільш-менш замкнутий шлях, яким здійснюється безперервна циркуляція хімічних елементів у біосфері.
Основні процеси кругообігу води, вуглецю та азоту наведені в таблиці; докладніше вони розглянуті нижче.
Цілісність біосфери:кожен її компонент, розвиваючись за своїми законами, існує не ізольовано, а постійно зазнає впливу інших і сам впливає на інші компоненти. Тому зміна будь-якого компонента біослер викликає зміни інших.
Ряд компонентів біосфери, розташованих у порядку зменшення швидкості зміни: тваринний світ→ рослинність → ґрунт → вода → клімат → рельєф → літосфера.
Кругообіг води та кисню
Кругообіг води
Вода випаровується з поверхні водойм (океанів, морів і т.д.) і суші та повітряними течіями переноситься на різні відстані. Велика частина води, що випарувалася, випадає у вигляді опадів в океан, менша — на сушу. Вода, що випала на поверхню суші, сприяє руйнуванню гірських порід, розмиває верхній шаргрунту і повертається разом із розчиненими та зваженими у ньому речовинами у річки, моря та океани.
Рослини витягають воду з ґрунту та випаровують її в атмосферу. Маса води, що випаровується при цьому, може бути дуже значна (гектар лісу випаровує 20-50 т води на добу), і у великих лісових зонах основна кількість опадів утворюється з водяної пари, що надходить в атмосферу завдяки сумарному випаровуванню з цих же зон.
Рослинний покрив також утримує воду шляхом уповільнення її стоку, підтримує постійний рівень. ґрунтових водта ін.
Частина води у процесі фотосинтезу розщеплюється на водень та кисень. Водень використовується для синтезу органічних сполук, А кисень виділяється в атмосферу.
Тварини споживають воду підтримки осмотичного тиску і виділяють її з продуктами дисиміляції.
Вода повністю розкладається та відновлюється у біотичному кругообігу приблизно за 2 млн. років.
Кругообіг кисню
Майже весь атмосферний кисень має біогенне походження. Вільний кисень використовується аеробними організмами при диханні для окислення органічних сполук. Один із кінцевих продуктів окислення - діоксид вуглецю, що надходить в атмосферу. Поповнення кисню в атмосфері відбувається при розкладанні води в процесі фотосинтезу. Весь кисень атмосфери проходить через організми за 2000 років.
Кругообіг вуглецю та азоту
Кругообіг вуглецюу біосфері (див. рис. 5.3) зумовлюють в основному процеси фотосинтезу та дихання. Вуглець в атмосфері міститься в основному у складі діоксиду вуглецю 2 . Первинне джерело СО2 - вулканічна діяльність.
Біосферний цикл вуглецю починається з асиміляції атмосферного діоксиду вуглецю наземними та водними рослинами та ціанобактеріями у процесі фотосинтезу. При цьому утворюються вуглеводи, частина яких використовується самими рослинами для отримання енергії, частина споживається тваринами. Крім того, сполуки вуглецю використовуються морськими організмами для побудови раковин та скелетних утворень.
Вуглець повертається у середу у вигляді діоксиду, що виділяється у процесі дихання тварин та рослин. Другий шлях повернення -розкладання мертвих рослин і тварин, при якому вуглець їх тканин окислюється і у вигляді 2 надходить в атмосферу.
Цикл кругообігу вуглецю замкнутий не повністю. Частина вуглецю на тривалий часвиводиться з кругообігу, концентруючись у покладах торфу, кам'яного вугілля, нафти та горючих сланців, що утворюються при розкладанні мертвих організмів без доступу кисню, а також у потужних відкладеннях вапняків на дні морів та океанів, утворених із залишків раковин та скелетів відмерлих морських організмів.
Однак при спалюванні викопного палива, що використовується людиною для отримання енергії, утворюється діоксид вуглецю, який повертається в атмосферу. За рахунок цього за останні сто років вміст СО 2 в атмосфері зріс на 25%, що порушує відрегульований кругообіг вуглецю і може призвести до посилення парникового ефекту. Один цикл кругообігу діоксид вуглецю проходить за 300 років. 
Кругообіг азоту
Азот- один з найважливіших компонентів білків, нуклеїнових кислот, АТФ та інших органічних речовин. Його основні запаси містяться у атмосфері у вигляді недоступного рослин молекулярного азоту N2. У невеликих кількостях атмосферний азот зв'язується з киснем у процесі грозових розрядів у атмосфері, та був з дощами надходить поверхню Землі.
Зв'язування атмосферного азоту здійснюється ціанобактеріями, а також бульбочковими азотфіксуючими бактеріями, що поселяються в клітинах коріння бобових рослин. Вони синтезують нітрити та нітрати, що засвоюються рослинами. У рослинах азот використовується для побудови нуклеїнових кислот та білків, які потім вживаються в їжу тваринами та людиною.
У процесі життєдіяльності білкові молекули розщеплюються до кінцевих продуктів - води, діоксиду вуглецю, аміаку, сечовини та сечової кислоти, що виділяються в зовнішнє середовище. При гниття загиблих тварин та рослин також утворюється аміак.
Більшість аміаку, що утворюється, перетворюється нітрифікуючими бактеріями у нітрити та нітрати, що засвоюються рослинами. Невелика частина аміаку йде в атмосферу і разом із СО 2 водяною парою та іншими газоподібними речовинами виконує функцію утримання тепла планети.
Деякі види бактерій шляхом денітрифікації можуть відновлювати нітрити та нітрати до газоподібного азоту, що надходить в атмосферу. В результаті відбувається збіднення ґрунту та води сполуками азоту та насичення атмосфери молекулярним азотом.
Інтенсивне використання людиною азотних мінеральних добривз метою отримання великих урожаїв сільськогосподарських рослин призводить до розбалансування процесів нітрифікації та денітрифікації. 
Перетворення енергії
Біологічний кругообіг речовин можливий тільки при постійному припливі та перетворенні сонячної енергії оскільки отримана від Сонця енергія зв'язується в органічних речовинах і при русі по сходах харчового ланцюгазменшується (велика її частина витрачається на здійснення процесів життєдіяльності організмів та розсіюється у вигляді тепла).
Біосфера відкрита система, що постійно отримує сонячну енергію. У процесі фотосинтезу ця енергія перетворюється на енергію хімічних зв'язків органічних речовин. Живою речовиною Землі щорічно створюється 4,2*10 17 Дж енергії.
Накопичена енергія частково витрачається рослинами у процесах життєдіяльності, а частково переходить до рослиноїдних організмів. Ці організми також використовують частину енергії в процесах життєдіяльності, а частина, що залишилася, надходить до м'ясоїдних тварин і т.д. Таким чином, енергія запасається в тканинах рослин та тварин у вигляді органічних сполук. Запас енергії в біосфері Землі оцінюється в 4,2*10 18 Дж. Частина енергії законсервована у нафті, вугіллі, сланцях, торфі.
Виділення енергії відбувається при руйнуванні органічних речовин у процесах дихання, бродіння та гниття. Нині живою речовиною Землі щорічно виділяється 4,2 10 17 Дж енергії - стільки ж, скільки створюється, тобто. у біосфері підтримується баланс енергії.
Еволюція біосфери
Біосфера— складна, відносно стабільна, але не застигла, а екологічна система, що розвивається, еволюціонує.
Доказом та джерелом знань про розвиток біосферислужать викопні залишки давніх організмів.
■ Вважають, що протягом існування біосфери її населяли близько 500 млн. видів організмів.
♦ Причини відносної стабільності біосфери:
■ безперервне надходження сонячної енергії, що використовується фототрофними організмами;
■ різноманітність живих організмів;
■ адаптація організмів до життя у різноманітних умовах чотирьох середовищ;
■ підтримання безперервного біогенного круговороту речовин;
■ поступово сформований протягом сотень мільйонів ліг баланс життєдіяльності всього різноманіття організмів-продуцентів, консументів і редуцентів.
❖ Основна причина еволюції біосфери- первинна хімічна еволюція (що призвела до появи органічних макромолекул і перших живих організмів - прокаріотів) і геологічні та кліматичні процеси, що змінювали умови життя на Землі (що призвели до зміни вмісту кисню в атмосфері, формуванню озонового шару, зміні вмісту води на планеті т.д.).
❖ Два основні історичних етапуеволюції біосфери:
■ біогенез;
■ ноогенез.
Біогенез- Перший і найтриваліший етап еволюції біосфери від появи прокаріотів до формування людського суспільства.
Ноогенез- другий етап розвитку біосфери, що почався з моменту становлення людського суспільства і триває в даний час; характеризується значним і дедалі зростаючим впливом діяльності людства на біосферу.
Ноосфера- «Оболонка розуму, сфера розумного життя» (В.І. Вернадський), сфера, охоплена взаємодією людського суспільства та природи.
Ноосфера - це новий стан біосфери, при якому розумна діяльність людини стає головним, визначальним фактором її розвитку
Межі біосфери – це межі життя. Верхня межа проходить на висоті близько 20 км. Вона обумовлена насамперед існуванням озонового шару, який поглинає згубне для життя ультрафіолетове випромінювання Сонця. Нижня межа в літосфері визначається проникненням вологи і сягає 3 км (у нафтових родовищах було знайдено бактерії на глибині до 3 км).
У гідросфері життя існує всіх глибинах Світового океану, і тому простягається до 10 – 11 км. Таким чином, біосфера Землі включає гідросферу, нижню частину атмосфери і верхні шари літосфери.
В даний час наша планета розглядається як єдина система, що самоорганізується, що складається з внутрішніх і зовнішніх сфер: ядра, мантії, земної кори, гідросфери, атмосфери, біосфери.
Життя поширене по земній поверхні вкрай нерівномірно і в різних природних умовах набуває вигляду щодо незалежних комплексів – біогеоценозів, або екосистем. Жива частина біогеоценозу зветься біоценозу. Різноманітні процеси та явища, що протікають у біосфері, є об'єктом досліджень різних наук. Особливе місце у своїй відводиться екології (грец. ойкос- Дім, житло, логос- Наука). Вперше цей термін застосував Ернст Геккель. Екологія – наука, що вивчає складні взаємини у природі. Людське суспільство з його виробництвом та створеним ним штучним середовищем – техносферою – також є частиною біосфери.
Компоненти біосфери
У біосфері можна назвати кілька складових компонент.
1. Жива речовина, під якою Вернадський мав на увазі всю сукупність організмів планети (рослини, тварини, мікроорганізми). За деякими оцінками, загальна біомаса живих організмів у біосфері становить близько 2,2 · 1012 т.
2. Біогенна речовина, що є не самими організмами, а продуктами їх життєдіяльності, зокрема, нафтою, вапняками тощо.
3. Доскона речовина, утворення якої не пов'язане з життєдіяльністю організмів (результат процесів, що проходять у надрах планети, метеорити). Доскона речовина в біосфері в десять тисяч разів перевищує за обсягом живу речовину.
4. Біокосна речовина, яка є спільним результатом процесів у живій неживій природі (ґрунтах).
Згідно з вченням Вернадського, жива речовина є найважливішою складовою біосфери, оскільки в результаті своєї життєдіяльності живі організми активно перетворюють довкілля.
Ієрархія живої матерії
Ієрархія живої матерії включає кілька рівнів організації.
1. Молекулярний рівень. Він представлений біологічними молекулами, найважливішими з яких є білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди та вуглеводи. На цьому рівні реалізуються спадковість та мінливість організмів, обмін речовинами та енергією та інші найважливіші властивості живих організмів.
2. Клітинний рівень. Разом з тим окремо взяті органічні молекули ще не є живими. Життя починається з наступного рівня – клітинного. Клітина є структурною та функціональною одиницею живих організмів, оскільки вона здатна до зростання та розмноження. Вона може входити до складу живого багатоклітинного організму або самостійним одноклітинним організмом.
3. Тканинний рівень. У тканину поєднуються подібні за будовою клітини, що виконують одну функцію. Наприклад, нервова тканина утворена нервовими клітинами– нейронами.
4. Óрганний рівень. У свою чергу функціональне поєднання кількох типів тканин формує органи, і відповідний рівень називається органним. Він уражає тварин організмів. Зокрема, органами тварин є шкіра, серце, легені тощо. Органи можуть об'єднуватись у системи органів, наприклад, система органів кровообігу.
5. Організмовий рівень. Він включає цілісні організми, як одноклітинні, так і багатоклітинні.
6. Популяційно-видовий рівень. Організми одного виду, що належать до одного ареалу проживання, об'єднуються у популяції. Починаючи з цього рівня, можуть протікати елементарні еволюційні процеси.
7. Біогеоценотичний рівень. Він включає організми різних видів разом із середовищем їх проживання.
8. Біосферний рівень. Він представлений всією біосферою загалом.
