загрузка...
-->
Поняття про біосферу PDF Печать E-mail


У будові земної кулі виділяють зовнішні оболонки — атмосферу й гідросферу, та внутрішні — літосферу (земну кору), мантію та ядро. Земля має геосфери, тобто концентричні обо-лонки, з яких вона складається. Геосфери мають свої структу-ри, фізичні та хімічні властивості. Крім того, виділяють ще географічну оболонку Землі (епігеосферу) — комплексну обо-лонку землі, яка існує в шарі взаємодії атмосфери, гідросфери, літосфери й біосфери.
Біосфера (грец. bios — життя, spharia — куля, сфера) — обо-лонка нашої планети, в якій розвивається життя різноманітних організмів, що населяють воду, повітря, сушу, ґрунт. Вона охоп-лює нижню частину атмосфери (аеробіосферу) до висоти 25—
30 км (до озонового шару), усю гідросферу (гідробіосферу), тоб-то річки, моря, океани тощо, верхню частину земної кори (терра-біосферу) до глибини 3—5 км і верхні шари літосфери (літобіос-феру). Згідно з останніми даними, товщина біосфери становить 40—50 км. Біосфера — активна оболонка Землі, у якій сукупна діяльність живих організмів виявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу, що є основою середовищеутворювання. Під терміном і поняттям «біосфера» розуміють як живі організми («живу речовину»), так і середовище їх існування.
За своєю структурою біосфера є результатом взаємодії живої й неживої матерії. Найважливішими компонентами біосфери є:
-   жива речовина (рослини, тварини й мікроорганізми);
-    біогенна (нежива) речовина (органічні та органікомінераль-ні продукти, створені живими організмами впродовж геологічної історії — кам’яне вугілля, нафта, торф тощо);
-    косна речовина (гірські породи неорганічного походження й вода);
-    біокосна речовина (продукти синтезу живого й неживого, тобто опадові породи, ґрунт, мул).
Жива речовина має специфічний хімічний склад. У ній пере-важають водень (10 %), вуглець, кальцій, азот (1—10 %), кисень (65—70 %), сірка, калій, хлор (0,1—1 %). Загальну масу живої речовини оцінюють у (2,4—3,6)?1012 тонн. Усі компоненти біо-сфери тісно взаємозв’язані.
Особливістю біосфери є її цілісність та наявність життя. Жива речовина Землі — це найпотужніша сила в біосфері, яка матеріа-льно та енергетично визначає її функції. У результаті безперерв-ної взаємодії (обміну) між компонентами біосфери під впливом живої речовини змінюються як організми, що її населяють, так і середовище, в якому вони живуть. Завдяки живій речовині під-тримується взаємозв’язок і взаємозумовленість усіх компонентів біосфери.
Живі організми в біосфері та середовище їх життєдіяльності органічно зв’язані й постійно взаємодіють, утворюючи цілісну динамічну систему, що існує завдяки кругообігу речовин.
Цей багатосторонній і різноманітний зв’язок визначає біосфе-ру як гігантську екологічну систему, в якій людина є, з одного боку, біологічною частиною всієї системи, а з іншого — актив-ним її перетворювачем. Біосфера скінченна, вона має певні ви-значені геометричні розміри й біологічні можливості. Тому не можна взяти від природи більше, ніж вона може дати.
Наростаюча технічна та енергетична озброєність людства не-гативно впливає на збалансованість процесів, що проходять у біосфері. Тому сьогодні глобальним завданням є визначення та здійснення допустимих меж впливу на біосферу з метою уник-нення екологічної катастрофи. Непродумана виробнича діяль-ність не тільки підриває основу стійкості та організованості біо-сфери, а й може призвести до тяжких наслідків.
Кінцева мета людини стосовно біосфери — управління всіма найважливішими процесами, що відбуваються в екологічних сис-темах, тобто перетворення біосфери в ноосферу — сферу розуму.
Ноосфера — вища стадія розвитку біосфери, що характеризу-ється збереженням усіх природних закономірностей, притаман-них біосфері, більш високому рівню розвитку господарських сил, наукової організації впливу суспільства на природу, з максима-льними можливостями суспільства задовольнити матеріальні та культурні потреби людства.
У науці про ноосферу В. І. Вернадський виокремив думку про те, що геохімічні функції людства характеризуються не його ма-сою, а його виробничою діяльністю. Темп, напрям, характер ви-користання людством біогеохімічної енергії мають визначатися не потребами, а розумом людини. Він, зокрема, писав: «Людство загалом стає потужною геологічною силою. І перед ним, перед його думкою й працею постає питання про перебудову біосфери. Цей новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємось, і є ноосферою».
Ноосфера — не суспільство, що існує в певному середовищі, це не просто природне середовище, що зазнає сильного впливу людства, а єдине ціле, у якому поєднується суспільство, що роз-вивається, й перетворене природне середовище. Виникає цілком новий об’єкт, в якому переплітаються закони неживої й живої природи, суспільства й мислення. Ноосфера — новий стан біо-сфери, що ґрунтується на універсальному зв’язку природи й сус-пільства, за якого подальшу еволюцію планети Земля спрямовує Розум.
Перехід біосфери в ноосферу розпочався з появою суспільст-ва, розвитку науки й техніки. Нині ноосфера перебуває на етапі становлення.
Завершуючи визначення поняття «біосфера», необхідно сказа-ти, що вона може існувати без людини, водночас життя людини поза біосферою неможливе. Загалом біосфера є глобальною еко-логічною системою («екосистемою»), а її складові частини — ло-кальними екосистеми.
Наявність атмосфери є необхідною умовою життя на Землі. Кисень в атмосферному повітрі потрібний живим організмам для дихання, а вуглекислий газ — рослинам для розвитку. Озон поглинає в стратосфері ультрафіолетові промені, які у разі проник-нення на земну поверхню в значних кількостях негативно впли-вали б на живі організми.
Особливо важливою є участь атмосфери в кругообігу води на Землі, перенесенні водяної пари повітряними масами та її послі-довна конденсація й випадання у вигляді опадів.
Атмосфера є непоганим передавачем звуку. Крім того, розсіюючи світло, вона освітлює ділянки земної кулі, куди не потрап-ляють прямі сонячні промені. Невичерпна енергія вітру відкриває можливість для розвитку вітроенергетики. Людина користується атмосферою для повітряних сполучень, адже швидкість літака значно більша, ніж потягу або пароплава. Нарешті, верхні шари атмосфери — іоносфера, дає людству можливість користуватися далеким радіозв’язком на коротких хвилях.
Атмосфера (грец. аtmos — повітря, spharia — куля, сфера) — природна зовнішня газова (повітряна) оболонка Землі. Вона сягає від поверхні Землі на висоту 1500—2000 км. Різкої верхньої межі атмосфера не має й на значних висотах (майже 20 000 км) пере-ходить у міжпланетне середовище. Її вертикальна протяжність становить близько трьох земних радіусів (середній радіус Землі — 6371 км), а загальна маса атмосфери 5,27?1015 тонн при масі Землі близько 6•1021 тонн, тобто менше однієї мільйонної частки маси Землі. Майже 99 % маси атмосфери зосереджено в шарі, розта-шованому від земної поверхні на висоті 30—35 км. Вона забезпе-чує фізіологічні процеси дихання, регулює інтенсивність соняч-ної радіації, захищає живі організми від шкідливої дії космічного випромінювання, утворює клімат планети, підтримує середню температуру поверхні Землі близько +14 ?С, є джерелом атмосферної вологи, а також середовищем, куди видаляються залиш-кові газоподібні продукти життєдіяльності людей та інших живих істот — вуглекислий газ тощо. Нижня її частина — тропосфера (до 8—15 км від поверхні Землі) є місцем існування аеробіонтів і формування аеробіосфери. Атмосферне повітря в товщі літосфе-ри називають підземною тропосферою.
Через атмосферу проходить фотосинтез та обмін енергії в біо-сфері. Склад, температура, рух повітряних мас в атмосфері — необхідні умови існування всіх живих організмів на Землі.
Для атмосфери характерна стійка саморегуляція якісного ста-ну. Якість атмосфери, як і інших компонентів біосфери, — уза-гальнений показник, який свідчить про такий її стан, за якого за-безпечується постійний обмін речовини та енергії між живими й неживими компонентами природи, що й зумовлює постійне й безперервне відтворення життя на Землі.
Атмосфера складається із суміші різних газів, яку називають повітрям. Основними компонентами цієї суміші є азот (78 %) і кисень (21 %). У невеликій кількості до складу атмосферного по-вітря входять аргон, неон, гелій, криптон, водень, озон, ксенон (табл. 1.1).
У складі повітря є гази, такі як водяна пара, вуглекислий газ, метан, окисли азоту та сірки. Крім того, в ньому постійно знахо-диться велика кількість дуже маленьких рідких і твердих части-нок пилу, диму, сажі, кіптяви, солей, води. У 1 см3 повітря міс-тяться десятки, а в промислових центрах сотні тисяч пилинок.
Атмосферний пил має різне походження. Найбільша його кількість піднімається вітром з поверхні землі. Багато пилу надхо-дить в атмосферу під час вулканічних вивержень, а також руйну-вання метеоритів.
Завислі в повітрі тверді та рідкі домішки мають велике зна-чення для перебігу різноманітних явищ і процесів, які протікають в атмосфері. Особливо важливу роль відіграють частинки гігро-скопічних речовин (наприклад, частинки солі), які служать ядра-ми конденсації. Завдяки ним водяна пара стає густішою й утво-рюються краплі води.
Гази й частинки можна розглядати як газові домішки атмосферного повітря. Їхня кількість змінюється залежно від місцево-сті, пори року, погоди, висоти та інших чинників.
Найважливішою змінною складовою частиною атмосфери є водяна пара, кількість якої на поверхні Землі коливається в знач-них межах: від 0,2—0,3 % за низьких температур над сушею
(у полярних районах), до 3—4 % за високих температур над еква-тором (тропіками). Водяна пара потрапляє в атмосферу в резуль-таті випаровування води з поверхні водойм і ґрунту. Основну її масу зосереджено в тропосфері.
Однією з важливих змінних складових частин атмосфери є ву-глекислий газ, кількість якого за останні 100 років зросла приблизно на 10 %. Він поглинає теплове випромінювання Землі, створюючи так званий «парниковий ефект».
З віддаленням від поверхні землі атмосфера стає все більш роз-рядженою й поступово переходить у міжпланетний простір, тому яскраво вираженого зовнішнього кордону атмосфера не має. Рані-ше умовним кордоном атмосфери вважали ту найбільшу її висоту, на якій спостерігалися будь-які відомі метеорологічні явища.
Залежно від характеру й причин фізичних процесів, що про-ходять в атмосфері, вона може бути поділена на кілька горизон-тальних шарів. В основу такого поділу покладено відмінності у складі повітря, характер взаємодії атмосфери із земною поверх-нею й розподіл температури повітря з висотою.
За складом повітря атмосфера поділяється на гомосферу («го-мо» — людський) і гетеросферу («гетеро» — різний). У гомосфе-рі (шар від земної поверхні до висоти приблизно 90—100 км) у зв’язку з турбулентним переміщуванням склад сухого повітря, його молекулярна маса з висотою майже не змінюється. У гете-росфері (шар атмосфери вище 90—100 км), що складається з мо-лекул азоту N2 і кисню О2, а також атомів О, Не, Н, під дією ди-фузного розподілу газів і процесу дисоціації молекул склад повітря змінюється: поступово збільшується вміст кисню та зменшується молекулярна маса. Під час дисоціації гази переходять в атомарний стан. Частина молекул і газів при цьому отримують електричний заряд.
За цим самим принципом в атмосфері виділяють озоносферу (шар щонайбільшої концентрації озону на висоті 20—25 км) та іоносферу. Остання складається з кількох шарів (D — на висоті близько 60 км, Е — на висоті 90—120 км, F — на висоті майже 180 км) з підвищеною концентрацією іонів.
Таблиця 1.1
ПРИБЛИЗНИЙ СКЛАД АТМОСФЕРИ
Елементи    Вміст у нижніх шарах атмосфери, %
за обсягом    за масою
Азот    78,084    75,5
Кисень    20,946    23,14
Аргон    0,934    1,28
Неон    0,0018    0,0012
Гелій    0,000524    0,00007
Криптон    0,000114    0,0003
Водень    0,00005    0,000005
Вуглекислий газ    0,034    0,0466
Водяна пара:       
у полярних широтах    0,2    —
біля екватора    2,6    —
Озон:       
у тропосфері    0,000001    —
у стратосфері    0,001—0,0001    —
Ксенон    0,0000087    —
Метан    0,00016    0,00009
Окcид азоту    0,000001    0,0000003
Окcид вуглецю    0,000008    0,0000078
За видом взаємодії із земною поверхнею атмосферу поділяють на граничний шар (шар тертя) й вільну атмосферу. У граничному шарі, товщина якого становить 1000—1500 м, спостерігається вплив поверхні Землі на добові зміни метеорологічних елементів. У віль-ній атмосфері тертя немає й вплив земної поверхні майже відсутній.
За характером розподілу температури повітря за вертикаллю атмосфера поділяється на такі основні й перехідні шари (табл. 1.2).
Залежно від географічної широти, пори року й синоптичних процесів межі цих шарів можуть мати значні відхилення від на-ведених середніх їх значень.
Тропосфера, нижній, найщільніший шар атмосфери, безпосе-редньо прилягає до земної поверхні. Товщина його в полярних районах 7—10 км, у помірних широтах 10—12 км і в тропіках 16—18 км. Фізичні якості цього шару значною мірою залежать від властивостей підстилаючої поверхні. У тропосфері зосереджено 90 % усієї кількості водяної пари, що є в атмосфері.
Таблиця 1.2
РОЗПОДІЛ АТМОСФЕРИ НА ШАРИ
Основні шари    Середня висота, км    Перехідні шари
Тропосфера    0—11   
Тропопауза
Стратосфера    11—50   
Стратопауза
Мезосфера    50—80   
Мезопауза
Термосфера    80—800   
Термопауза
Екзосфера    Вище 800   
Температура в цьому шарі атмосфери зі зростанням висоти знижується в середньому на 0,65 ?С через кожні 100 м. У тропос-фері відбуваються найбільші зміни метеорологічних елементів як за горизонталлю, так і за вертикаллю.
Тропосферу умовно можна поділити на три шари. Нижня тро-посфера (шар тертя) досягає висоти 1,5—2 км. Тут найбільш різ-ко відчувається тепловий і механічний вплив підстилаючої поверхні Землі. У ньому добре виражений добовий рух усіх метеорологічних елементів. У нижній тропосфері створюються тумани та хмари нижнього ярусу. Вітер у шарі тертя збільшуєть-ся з висотою пропорційно натуральному логарифму висоти й по-вертається праворуч.
Середня тропосфера розташована на висотах 2—6 км.
Верхня тропосфера у помірних широтах простягається в шарі 6—10 км.
Перехідний, вище тропосфери, шар називається тропопаузою. Він є потужним шаром, що затримує процеси, які протікають у тропосфері. Товщина тропопаузи 0,5—2 км. Його природу вивчено недостатньо. Тут уповільнюється зниження температури. Тропопауза захисною плівкою огортає земну кулю й відіграє по-зитивну роль у розвитку життя на Землі.
Стратосфера знаходиться на висотах 11—50 км над поверх-нею Землі. У ній міститься основна маса озону, який затримує ультрафіолетове випромінювання Сонця, що згубно впливає на Землю. Знищення озонового шару призвело б до підвищення температури на Землі на десятки градусів, загибелі більшості живих організмів і рослин. Запуск космічних апаратів і господарська ді-яльність людини зумовлюють зміни в озоновому шарі, й ця про-блема вимагає якнайшвидшого вирішення, адже озоновий шар (озоносфера) значно впливає на тепловий режим планети (шар між 20 і 45 км).
У стратосфері температура на висоті 11—30 км майже не змі-нюється й близька до температури тропопаузи (–50 — –60 ?С).
У подальшому вона підвищується до 0 ?С. В стратосфері швид-кість вітру досягає 6—10 м/с. і навіть більше, він переважно за-хідного напрямку. Однак влітку на висоті понад 25 км відбува-ється поворот вітру із західного на східний. Тиск у стратосфері знижується від 170 до 1—2 мм рт. ст. У зв’язку з розрідженням повітря з висотою зменшується можливість застосування авіації.
Мезосфера характеризується тим, що на висотах 50—90 км спостерігається спад температури до –70 — –80 ?С. Вітровий ре-жим дуже складний і недостатньо вивчений. Тиск у мезосфері незначний і становить соті частки міліметра ртутного стовпчика, разом з тим політ штучних супутників неможливий. Відсотковий вміст сухого повітря залишається незмінним.
Термосфера — потужний за товщиною шар, який досягає 90—800 км. Для нього характерне підвищення температури з висотою, яка доходить на верхній межі до 10 000?С. Тиск надзвичайно низь-кий. Тут бувають полярні сяйва. У цьому шарі найбільша кількість космічних апаратів, запущених людиною. Склад повітря зміню-ється. На висотах близько 200 км переважає молекулярний азот, а вище 200 км — кисень, який під дією короткохвильового випромі-нювання розпадається на атоми та іони. У шарі вище 600 км осно-вним компонентом атмосфери є гелій. Тому термосферу ще нази-вають іоносферою. Термосфера є фізичною межею атмосфери.
Екзосфера —верхній шар атмосфери завтовшки 800—20 000 км, де, згідно з розрахунковими даними, температура повітря колива-ється в межах від 750 до 2000—5000 ?С. В екзосфері переважає ато-марний водень, тиск майже відсутній.
Деякі вчені, які вивчають склад атмосфери, поділяють її на два шари: гемосферу й гетеросферу. У гемосфері, завтовшки бли-зько 50 км, молекулярна маса та відносний склад постійних ком-понентів повітря з висотою не змінюються. У гетеросфері присутні, поряд з молекулами, атоми та іони, а відсотковий склад повітря та його молекулярна маса з висотою змінюються.
Якщо поділити атмосферу за характером дії на неї земної по-верхні, то слід виділити граничний шар, висота якого становить 1—2 км, й вільну атмосферу.
У граничному шарі добре виражені добові зміни основних ме-теорологічних елементів. На характер руху повітря тут значний вплив має тертя на земній поверхні. Швидкість вітру зазвичай зростає з висотою, а вектор вітру спрямовується праворуч. У гра-ничному шарі виділяють, приземний шар повітря заввишки в кі-лька десятків метрів. У цьому шарі з висотою відбуваються най-більш різкі зміни температури й вологи повітря, швидкості вітру тощо.
Нерівномірність нагріву Сонцем земної поверхні та інші фак-тори визначають загальну циркуляцію атмосфери — системи по-вітряних течій зручного планетарного масштабу, завдяки яким відбувається міжширотний обмін повітряних мас (пасати, мусо-ни, циклони, антициклони).
Одним з найважливіших процесів взаємодії між поверхнею Землі й атмосферою є кругообіг води, де водяна пара конденсується й випадає у вигляді опадів (дощ, сніг, град, роса, туман та тощо).
У метеорології найчастіше усього доводиться зустрічатися з процесами, що проходять у приземному шарі атмосфери, радше, у нижній його частині, бо саме тут реалізуються бойові властиво-сті зброї масового ураження, наслідки руйнувань радіаційно й хімічно небезпечних об’єктів, а також знаходиться значна кіль-кість цілей ураження цією зброєю. У приземній частині атмосфе-ри діють люди, застосовується техніка — усе це викликає загрозу для людей і вимагає захисту.
Гідросфера — це водна оболонка Землі, яка складається з оке-анів, морів, річок, озер, боліт, льодовиків і снігового покриву ма-териків і підземних вод.
Гідросфера покриває 71 % поверхні земної кулі. Загальний об’єм води становить 1465 млн км3. При цьому на морські води припадає 94 %, води ґрунтові — 4 %, льодовики — 2 %, озера й водоймища — 0,4 %.
У складі гідросфери особливе значення має Світовий океан. Його частка становить 70 % усієї поверхні Землі, у його водах мі-ститься 96,3 % усіх вод гідросфери. Океан виконує надзвичайно важливу роль у підтриманні життя на Землі, зокрема й життя лю-дини, а також у розвитку погодних процесів. Фітопланктон океа-ну засвоює енергію сонячного випромінювання і створює білки та жири й насичує атмосферу киснем. Величезні запаси води Сві-тового океану, сонячна енергія, що поглинається, розчинені речо-вини й гази роблять його головним регулятором обміну речовин і динамічної рівноваги в природі. Роль гідросфери пояснюється ще й тим, що жодне біологічне життя неможливе без води. Вода — необхідний компонент усіх біологічних процесів, місце існування багатьох необхідних для людини біологічних організмів.
Гідросфера постійно взаємодіє з атмосферою, літосферою й біосферою. Вважають, що в гідросфері зародилося життя на Землі.
Літосфера — це верхня тверда оболонка Землі, що поступово переходить у сфери з меншою твердістю речовини. До неї вхо-дить кора й верхня мантія Землі. Та її частина, що знаходиться над поверхнею Світового океану, називається землею. Із землею пов’язане поняття «ґрунт», який дає життя рослинам.
Протяжність літосфери становить 50—200 км, зокрема тов-щина земної кори на континентах досягає 50—75 км, а на дні океану — 5—10 км. Верхня частина літосфери (у межах поши-рення живої матерії) входить до складу біосфери. Літосфера має шарову структуру.
Учені зазначають, що ґрунт — це складна комбінація мінера-льних та органічних речовин, наскрізь просякнута життям і жи-вими організмами, яка сама дає життя, і в якій стан спокою й не-рухомості є станом смерті.
Головну роль у створенні та функціонуванні ґрунту як компо-ненту біосфери відіграють мікроорганізми. Ґрунтовий покрив Землі не тільки годує рослини, а й виконує функції, пов’язані з природним біогеохімічним кругообігом речовин. До них нале-жать: мінералізація решток органічних речовин; акумуляція й розподіл енергії, який проходить через фотосинтез рослин; фор-мування стоку річкової води й хімічного складу суші.
Природне значення ґрунту полягає в тому, що він здійснює зв’язок живої та неживої природи, атмосферного повітря, води й надр. Щодо народногосподарського значення, то ґрунт є основ-ним засобом виробництва у сільському й лісовому господарстві.
У процесі господарської діяльності людини ґрунт забруднюється атмосферними опадами, стічними водами та твердими відходами.

 

Яндекс.Метрика >