პლანეტა დედამიწის ყველა ცოცხალი არსება მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან და გარემოსთან, რითაც ქმნის ეკოსისტემებს. ურთიერთქმედება ორგანიზმების ეს თემები არ არის იზოლირებული ერთმანეთისგან. მათ ერთმანეთთან აკავშირებს სხვადასხვა ურთიერთობები, პირველ რიგში საკვები. ეკოსისტემების მთლიანობა ქმნის ერთ პლანეტურ ეკოსისტემას, რომელსაც ბიოსფერო ეწოდება. ეს სტატია განიხილავს ბიოსფეროს სტრუქტურას, მის შემადგენლობას და ძირითად ფუნქციებს.
მეცნიერება
ეს კონცეფცია პირველად შემოიტანა მეცნიერებაში J. B. Lamarck-მა ჯერ კიდევ 1803 წელს და გულისხმობდა დედამიწის პლანეტაზე არსებული ყველა ცოცხალი ორგანიზმის მთლიანობას. მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს ტერმინი „ბიოსფერო“გამოიყენა ჟ. ბიოსფეროს დოქტრინა გამოჩნდა 1926 წელს, როდესაც V. I. ვერნადსკიმ შეაჯამა უზარმაზარი სამეცნიერო ინფორმაცია, ასე თუ ისე.ცოცხალ და არაცოცხალ მატერიას შორის ურთიერთობის ილუსტრირება. მეცნიერმა შეძლო ეჩვენებინა, რომ ჩვენი პლანეტა არა მხოლოდ ცოცხალი ორგანიზმებით არის დასახლებული, არამედ მათ მიერ აქტიურად გარდაიქმნება. გარდა ამისა, ვერნადსკის თქმით, ადამიანის ჩარევა ბუნებრივ პროცესებში იმდენად მნიშვნელოვანია, რომ შესაძლებელია საუბარი ნოოსფეროზე - ბიოსფეროს განვითარების ახალ ფაზაზე. დღეს ბიოსფეროს მეცნიერება აერთიანებს ცოდნის სხვადასხვა სფეროს მონაცემებს. მათ შორისაა ბიოლოგია, ქიმია, გეოლოგია, კლიმატოლოგია, ოკეანოლოგია, ნიადაგმცოდნეობა და სხვა.
ბიოსფეროს აგებულება ისეთია, რომ ცოცხალ ორგანიზმებს შეუძლიათ დამოუკიდებლად შეინარჩუნონ ნიადაგის, ატმოსფეროსა და ჰიდროსფეროს აუცილებელი შემადგენლობა. ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ გარემოსდაცვითი თვალსაზრისით. ამის საფუძველზე მეცნიერებმა წამოაყენეს ჰიპოთეზა, რომ ნიადაგი და ჰაერი თავად ცოცხალი ორგანიზმების მიერ იყო შექმნილი ევოლუციის ასობით მილიონი წლის განმავლობაში. შეისწავლა მსგავსება გეოლოგიური ქანების სტრუქტურაში, რომლებიც უფრო ღრმაა, ვიდრე კამბრიული, მოგვიანებით კლდეებთან, ვერნადსკიმ ვარაუდობს, რომ სიცოცხლე პლანეტაზე უმარტივესი ორგანიზმების სახით თითქმის თავიდანვე არსებობდა. მოგვიანებით, გეოლოგებმა დაამტკიცეს ამ ჰიპოთეზის მცდარი.
ვინაიდან მზე არის ენერგეტიკული საფუძველი დედამიწაზე მთელი სიცოცხლის არსებობისთვის, ბიოსფერო შეიძლება ჩაითვალოს გარსად, რომლის აგებულება და შემადგენლობა იქმნება ცოცხალი ორგანიზმების ერთობლივი აქტივობის გამო და განისაზღვრება მზის ენერგიის შემოდინება. ახლა გავეცნოთ დედამიწის ბიოსფეროს აგებულებას.
ცოცხალი და არაცოცხალი
ბიოსფეროს შემადგენლობისა და სტრუქტურის გათვალისწინებით, პირველ რიგშიაღსანიშნავია, რომ იგი შედგება ცოცხალი და არაცოცხალი მატერიისაგან (ინერტული მატერია). ცოცხალი ორგანიზმების დიდი ნაწილი კონცენტრირებულია დედამიწის სამ გეოლოგიურ გარსში: ატმოსფერო (ჰაერის ფენა), ჰიდროსფერო (ოკეანეები, ზღვები და ა.შ.) და ლითოსფერო (ქანების ზედა ფენა). თუმცა, ეს ჭურვები არათანაბრად არის განაწილებული უდიდეს ეკოსისტემაში. ამრიგად, ჰიდროსფერო სრულად არის წარმოდგენილი ბიოსფეროს სტრუქტურაში, ხოლო ლითოსფერო და ატმოსფერო ნაწილობრივ წარმოდგენილია (ზედა და ქვედა შრეები, შესაბამისად).
ბიოსფეროს არაცოცხალი კომპონენტი შედგება:
- ბიოგენური ნივთიერება, რომელიც ცოცხალი ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობის პროდუქტია. მასში შედის: ქვანახშირი, ზეთი, ტორფი, ბუნებრივი კირქვა, გაზი და სხვ.
- ბიოინერტული ნივთიერება, რომელიც წარმოადგენს ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობისა და არაბიოლოგიური პროცესების ერთობლივ შედეგს. ეს მოიცავს: ნიადაგს, სილას, წყლის რეზერვუარებს და ასე შემდეგ.
- ინერტული ნივთიერება, რომელიც შედის ბიოლოგიურ ციკლში, მაგრამ არ არის ცოცხალი ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობის პროდუქტი. ამ ჯგუფში შედის: წყალი, ლითონის მარილები, ატმოსფერული აზოტი და ა.შ.
ბიოსფეროს საზღვრები
ისეთი ცნებები, როგორიცაა ბიოსფეროს შემადგენლობა, სტრუქტურა და საზღვრები, მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან. მიუხედავად იმისა, რომ ბაქტერიები და სპორები აღმოჩენილია 85 კილომეტრამდე სიმაღლეზე, ითვლება, რომ ბიოსფეროს ზედა ზღვარი 20-25 კმ-ია. მაღალ სიმაღლეებზე ცოცხალი ნივთიერების კონცენტრაცია უმნიშვნელოა მზის რადიაციის ძლიერი გავლენის გამო.
ჰიდროსფეროში სიცოცხლე ყველგან არის. და კიდევ მარიანას თხრილში, რომლის სიღრმე 11 კმ-ია, მეცნიერისაფრანგეთიდან ჯ.პიკარი აკვირდებოდა არა მარტო უხერხემლოებს, არამედ თევზებსაც. 400 მეტრზე მეტი ანტარქტიდის ყინულის ქვეშ ცხოვრობენ ბაქტერიები, წყალმცენარეები, ფორამინიფერები და კიბოსნაირები. ბაქტერიები გვხვდება კილომეტრიანი სილის ქვეშ და მიწისქვეშა წყლებში. მიუხედავად ამისა, ცოცხალი არსებების უდიდესი კონცენტრაცია შეინიშნება 3 კმ-მდე სიღრმეზე. ამრიგად, პლანეტის სხვადასხვა ნაწილში ბიოსფეროს საზღვრები და სტრუქტურა შეიძლება განსხვავებული იყოს.
ატმოსფერო, ლითოსფერო და ჰიდროსფერო
ატმოსფერო ძირითადად შედგება ჟანგბადისა და აზოტისგან. იგი შეიცავს მცირე რაოდენობით არგონს, ნახშირორჟანგს და ოზონს. როგორც ხმელეთის, ისე წყლის არსებების სიცოცხლე დამოკიდებულია ატმოსფეროს მდგომარეობაზე. ჟანგბადი აუცილებელია ცოცხალი ორგანიზმების სუნთქვისა და მომაკვდავი ორგანული ნივთიერებების მინერალიზაციისთვის. ნახშირორჟანგს მცენარეები ფოტოსინთეზისთვის იყენებენ.
ლითოსფეროს აქვს სისქე 50-დან 200 კმ-მდე, თუმცა ცოცხალი ორგანიზმების სახეობების ძირითადი რაოდენობა კონცენტრირებულია მის ზედა ფენაში რამდენიმე ათეული სანტიმეტრის სისქეში. სიცოცხლის გავრცელება ლითოსფეროს სიღრმეში შეზღუდულია მთელი რიგი ფაქტორების გამო, რომელთაგან მთავარია: სინათლის ნაკლებობა, საშუალო და მაღალი ტემპერატურის მაღალი სიმკვრივე. ამრიგად, ლითოსფეროში სიცოცხლის გავრცელების ქვედა საზღვარი არის 3 კმ სიღრმე, რომელზეც აღმოაჩინეს ზოგიერთი ტიპის ბაქტერია. სამართლიანობისთვის უნდა აღინიშნოს, რომ ისინი მიწაში კი არ ცხოვრობდნენ, არამედ მიწისქვეშა წყლებში და ნავთობის ჰორიზონტებში. ლითოსფეროს ღირებულება მდგომარეობს იმაში, რომ ის სიცოცხლეს აძლევს მცენარეებს, კვებავს მათ ყველა საჭირო ნივთიერებით.
ჰიდროსფერობიოსფეროს აუცილებელი კომპონენტია. წყლის მარაგის დაახლოებით 90% მოდის მსოფლიო ოკეანეში, რომელიც პლანეტის ზედაპირის 70%-ს იკავებს. შეიცავს 1,3 მილიარდ კმ3, ხოლო მდინარეები და ტბები შეიცავს 0,2 მილიონ კმ3 წყალს. ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობის უმნიშვნელოვანესი ფაქტორია წყალში ჟანგბადის და ნახშირორჟანგის შემცველობა.
მომხიბლავი რიცხვები
ბიოსფეროს შემადგენლობა, სტრუქტურა და ფუნქციები გაოცებულია მათი მასშტაბებით. ახლა ჩვენ გავეცნობით რამდენიმე საინტერესო ფაქტს. წყალი შეიცავს 660-ჯერ მეტ ნახშირორჟანგს, ვიდრე ჰაერი. ხმელეთზე ჭარბობს მცენარეთა სამყაროს მრავალფეროვნება, ზღვაში კი - ცხოველთა სამყარო. ხმელეთზე არსებული ბიომასის 92 პროცენტი მწვანე მცენარეებია. ოკეანეში 94% არის მიკროორგანიზმები და ცხოველები.
საშუალოდ, ყოველ რვა წელიწადში ერთხელ, დედამიწის ბიომასის განახლება ხდება. მიწის მცენარეებს ამისთვის 14 წელი სჭირდებათ, ოკეანის მცენარეებს - 33 დღე. ცოცხალ ორგანიზმებში დედამიწის მთელ წყალს 3000 წელი დასჭირდება, ჟანგბადს – 5000 წლამდე, ნახშირორჟანგს – 6 წლამდე. აზოტის, ნახშირბადისა და ფოსფორისთვის ეს ციკლები კიდევ უფრო გრძელია. ბიოლოგიური ციკლი არ არის დახურული - ცოცხალი ნივთიერების დაახლოებით 10% გადადის დანალექ საბადოებში და სამარხებში.
ბიოსფერო ჩვენი პლანეტის მასის მხოლოდ 0,05%-ს შეადგენს. ის დედამიწის მოცულობის დაახლოებით 0,4%-ს იკავებს. ცოცხალი არსებების მასა ინერტული ნივთიერების მასის მხოლოდ 0,01-0,02%-ია, თუმცა ისინი ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ გეოქიმიურ პროცესებში.
200 მილიარდი ტონა ორგანული მშრალი მასა ყოველწლიურად იწარმოება და ქფოტოსინთეზი შთანთქავს 170 მილიარდ ტონა ნახშირორჟანგს. მიკროორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობის პროცესში ბიოგენურ ციკლში ყოველწლიურად ჩართულია 6 მილიარდი ტონა აზოტი და 2 მილიარდი ტონა ფოსფორი, ასევე დიდი რაოდენობით რკინა, მაგნიუმი, გოგირდი, კალციუმი და სხვა ელემენტები. ამ დროის განმავლობაში კაცობრიობა აწარმოებს დაახლოებით 100 მილიარდ ტონა მინერალს.
სიცოცხლის მანძილზე ორგანიზმებს მნიშვნელოვანი წვლილი შეაქვს ნივთიერებების მიმოქცევაში, ბიოსფეროს სტაბილიზაციასა და ტრანსფორმაციაში, რომლის თვისებები და სტრუქტურა აიძულებს ადამიანს დაფიქრდეს უმაღლესი ძალების არსებობაზე.
ენერგეტიკული ფუნქცია
ბიოსფეროს აგებულებისა და შემადგენლობის გაცნობის შემდეგ გადავიდეთ მის ფუნქციებზე. დავიწყოთ ენერგიით. მოგეხსენებათ, მცენარეები შთანთქავენ მზის რადიაციას და აჯერებენ ბიოსფეროს სასიცოცხლო ენერგიით. დაჭერილი სინათლის დაახლოებით 10% გამოიყენება მწარმოებლების მიერ მათი საჭიროებისთვის (ძირითადად ფიჭური სუნთქვისთვის). ყველაფერი დანარჩენი ნაწილდება კვებითი ჯაჭვების მეშვეობით ბიოსფეროს ყველა ეკოსისტემაში. ენერგიის ნაწილი ინახება დედამიწის ნაწლავებში, აჯერებს მათ თავისი ძალით (ქვანახშირი, ზეთი და ა.შ.).
ბიოსფეროს ფუნქციებისა და სტრუქტურის მოკლედ გათვალისწინებითაც კი, ისინი ყოველთვის გამოყოფენ რედოქს ფუნქციას, როგორც ენერგიის ქვესახეობას. როგორც მწარმოებლები, ქიმიოსინთეზურ ბაქტერიებს შეუძლიათ ენერგიის მოპოვება არაორგანული ნაერთების დაჟანგვისა და შემცირების რეაქციებიდან. გოგირდწყალბადის დაჟანგვის პროცესში ენერგიით იკვებებიან გოგირდის ბაქტერიები, ხოლო რკინა (2-ვალენტიანიდან 3-ვალენტიანამდე) - რკინის ბაქტერია. Nitrifying ასევე არ იჯდეს გარეშესაქმეები. ისინი აჟანგებენ ამონიუმის ნაერთებს ნიტრატებად და ნიტრიტებად. სწორედ ამიტომ ფერმერები ანაყოფიერებენ მინდვრებს ამონიუმის ნაერთებით, რომლებსაც მცენარეები დამოუკიდებლად არ ითვისებენ. ნიადაგის უშუალოდ ნიტრატებით განაყოფიერებისას მცენარეების შესანახი ქსოვილები ზედმეტად გაჯერებულია წყლით, რაც იწვევს მათი გემოს გაუარესებას და საჭმლის მომნელებელი დაავადებების რისკს, ვინც მათ მიირთმევს.
გარემოს ფორმირების ფუნქცია
ცოცხალი ორგანიზმები ქმნიან ნიადაგს, ასევე არეგულირებენ დედამიწის ჰაერისა და წყლის გარსების შემადგენლობას. პლანეტაზე ფოტოსინთეზი რომ არ არსებობდეს, ატმოსფერული ჟანგბადის მარაგი 2000 წელიწადში ამოიწურება. გარდა ამისა, ფაქტიურად ერთ საუკუნეში, ჰაერში ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის გაზრდის გამო, ორგანიზმები იწყებდნენ სიკვდილს. ერთ დღეში ტყეს შეუძლია ჰაერის 50 მეტრიანი ფენიდან ნახშირორჟანგის 25%-მდე შთანთქმა. საშუალო ზომის ხეს შეუძლია უზრუნველყოს ჟანგბადი ოთხი ადამიანისთვის. ქალაქთან ახლოს მდებარე ერთი ჰექტარი ფოთლოვანი ტყე ყოველწლიურად დაახლოებით 100 ტონა მტვერს ინარჩუნებს. ბაიკალის ტბა, რომელიც ცნობილია თავისი კრისტალური სიწმინდით, იმდენად მცირე კიბოსნაირთა დამსახურებაა, რომ მას წელიწადში სამჯერ „ფილტრავენ“. და ეს მხოლოდ რამდენიმე მაგალითია იმისა, თუ როგორ არეგულირებენ ცოცხალი ორგანიზმები ნივთიერებების შემადგენლობას ბიოსფეროში.
კონცენტრაციის ფუნქცია
ცოცხალ არსებებს და განსაკუთრებით მიკროორგანიზმებს შეუძლიათ ბიოსფეროში ნაპოვნი მრავალი ქიმიური ელემენტის კონცენტრირება. ნიადაგის თითქმის 90% აზოტიმოლურჯო-მწვანე წყალმცენარეების აქტივობის შედეგია. ბაქტერიებს შეუძლიათ რკინის კონცენტრირება (მაგალითად, წყალში ხსნადი ბიკარბონატის დაჟანგვით მათ გარემოში დეპონირებულ ჰიდროქსიდად), მანგანუმი და ვერცხლიც კი. ამ გასაოცარმა თვისებამ მეცნიერებს საშუალება მისცა დაეჯერებინათ, რომ დედამიწაზე ამდენი ლითონის საბადო არის მიკროორგანიზმების წყალობით.
ზოგიერთ ქვეყანაში ისეთი ელემენტები, როგორიცაა გერმანიუმი და სელენი მოიპოვება მცენარეებიდან. ფუკუს წყალმცენარეებს შეუძლიათ 10000-ჯერ მეტი ტიტანის დაგროვება, ვიდრე ზღვის წყალშია. ყავისფერი წყალმცენარეების თითოეული ტონა შეიცავს რამდენიმე კილოგრამს იოდს. ავსტრალიურ მუხაში გროვდება ალუმინი, ფიჭვი - ბერილიუმი, არყი - ბარიუმი და სტრონციუმი, ლარში - ნიობიუმი და მანგანუმი, ხოლო თორიუმი კონცენტრირებულია ასპენში, ჩიტის ალუბალში და ნაძვნარში. გარდა ამისა, ზოგიერთი მცენარე ძვირფას ლითონებსაც კი „აგროვებს“. ასე რომ, 1 ტონა ჭიის ნაცარში შეიძლება იყოს 85 გრამამდე ოქრო!
დესტრუქციული ფუნქცია
დედამიწის ბიოსფეროს და მისი გარემოს ქიმიური სტრუქტურა მოიცავს არა მხოლოდ შემოქმედებით, არამედ დესტრუქციულ პროცესებსაც. თუმცა, ისინი ასევე დიდ როლს ასრულებენ პლანეტაზე ნივთიერებების რეგულირებაში. ცოცხალი ორგანიზმების აქტიური ცხოვრებით, ხდება ორგანული ნარჩენების მინერალიზაცია და ქანების გამოფიტვა. ბაქტერიებს, სოკოებს, ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეებს და ლიქენებს შეუძლიათ მძიმე ქანების დაშლა ნახშირბადის, აზოტისა და გოგირდის მჟავების გამოთავისუფლებით. კოროზიული ნაერთები ასევე ათავისუფლებს ხის ფესვებს. არსებობს ბაქტერიები, რომლებსაც შეუძლიათ შუშის და ოქროს განადგურებაც კი.
სატრანსპორტო ფუნქცია
სტრუქტურის გათვალისწინებით დაბიოსფეროს ფუნქციებით, არ შეიძლება მატერიის მასობრივი გადაცემის დაკარგვა. ხე დედამიწიდან წყალს ატმოსფეროში ამოჰყავს, ხალი მიწას მაღლა აგდებს, თევზი დინების საწინააღმდეგოდ ცურავს, კალიების ხროვა მიგრირებს - ეს ყველაფერი ბიოსფეროს სატრანსპორტო ფუნქციის გამოვლინებაა.
ცოცხალმა მატერიამ შეიძლება შეასრულოს უზარმაზარი გეოლოგიური სამუშაო, შექმნას ბიოსფეროს ახალი სურათი და აქტიური მონაწილეობა მიიღოს მის ყველა პროცესში.
ცალკე აღსანიშნავია დანალექი ქანების წარმოქმნის პროცესი. ამ პროცესის პირველი ეტაპი არის ამინდი - ლითოსფეროს ზედა ფენების განადგურება ჰაერის, მზის, წყლისა და მიკროორგანიზმების მოქმედებით. კლდეში შეჭრისას მცენარის ფესვებს შეუძლიათ მისი განადგურება. წყალი, რომელიც ჩაედინება ფესვების მიერ წარმოქმნილ ნაპრალებში, იხსნება და ატარებს ნივთიერებას. ეს გამოწვეულია მცენარის კოროზიული კომპონენტებით. ლიქენები განსაკუთრებით უხვადაა ორგანულ მჟავებში. ამრიგად, ფიზიკური ამინდობა ხდება ქიმიურ ამინდთან ერთად.
პლანქტონის ორგანიზმების სიკვდილის გამო, ყოველწლიურად 100 მილიონ ტონამდე კირქვა დეპონირდება მსოფლიო ოკეანის ფსკერზე. ბევრი მათგანი ქიმიური წარმოშობისაა, მაგალითად, მჟავე და ტუტე მიწისქვეშა წყლების კონტაქტის ზონაში. ერთუჯრედიანი წყალმცენარეების და რადიოლარიების გარდაცვალებასთან ერთად წარმოიქმნება სილიკონის შემცველი შლამები, რომლებიც ფარავს ზღვის ფსკერის ასობით ათასი კმ2.
ნიადაგის ფორმირების ფუნქცია
ბიოსფეროს თვისებები და სტრუქტურა იმდენად ყოვლისმომცველია, რომ მისი ყველა ფუნქცია მჭიდრო კავშირშია. ამრიგად, ნიადაგის ფორმირება არის მასის გაცვლის ერთ-ერთი ფილიალიდა გარემოს ფორმირება, მაგრამ განიხილება ცალკე მისი მნიშვნელობიდან გამომდინარე. მიკროორგანიზმების მიერ ქანების განადგურებისა და შემდგომი დამუშავების დროს წარმოიქმნება დედამიწის ფხვიერი, ნაყოფიერი გარსი, რომელსაც ეწოდება ნიადაგი. მსხვილი მცენარეების ფესვები ღრმა ჰორიზონტებიდან ამოიღებს მინერალურ ელემენტებს, ამდიდრებს მათ ნიადაგის ზედა ფენებს და ზრდის მათ ნაყოფიერებას. ნიადაგი ორგანულ ნაერთებს იღებს მცენარეების მკვდარი ფესვებიდან და ღეროებიდან, აგრეთვე ცხოველების ექსკრემენტებიდან და ცხედრებიდან. ეს ნაერთები არის საკვები ნიადაგის ორგანიზმებისთვის, რომლებიც მინერალიზებენ ორგანულ ნივთიერებებს, წარმოქმნიან ნახშირორჟანგს, ორგანულ მჟავებს და ამიაკას.
უხერხემლოები, მწერები, ისევე როგორც მათი ლარვები, ასრულებენ სტრუქტურის ფორმირების უმნიშვნელოვანეს როლს. ისინი ნიადაგს ფხვიერს და მცენარისთვის შესაფერის ხდიან. ხერხემლიანი ცხოველები (ხალები, შროტები და სხვები) ასუფთავებენ დედამიწას, რაც ხელს უწყობს მასში ბუჩქების წარმატებულ ზრდას. ღამით მიწაში გაცივებული შეკუმშული ჰაერი აღწევს, რაც აუცილებელია ფესვებისა და მიკროორგანიზმების სუნთქვისთვის.
ბიოსფეროს ასეთი საოცარი სტრუქტურა.
