168678 (625169), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Морські організми активно концентрують розсіяні мінерали для побудови своїх кістяків або покривів. Існують, наприклад, кальцієві організми (вапняні водорості, молюски, корали, моховатки, голкошкірі, і т. д.) і кремнієві (діатомові водорості, кремнієві губки, радіолярії). Особливу увагу варто звернути на здатність морських організмів накопичувати мікроелементи, важкі метали, у тому числі отруйні (ртуть, свинець, миш'як), радіоактивні елементи. Їхня концентрація в тілі безхребетних і риб може в сотні тисяч разів перевершувати зміст у морській воді.

Внаслідок цього морські організми корисні як джерело мікроелементів, але разом з тим уживання їх у їжу може загрожувати отруєнням важкими металами або бути небезпечним у зв'язку з підвищеною радіоактивністю.

Середовищеутворююча функція полягає в трансформації фізико-хімічних умов середовища (літосфери, гідросфери, атмосфери) в умови, сприятливі для існування організмів.

Можна сказати, що середовищеутворююча функція є спільний результат всіх розглянутих вище функцій живої речовини: енергетична функція забезпечує енергією всі ланки біотичного кругообігу (у ході фотосинтезу рослини виконують газову функцію: поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень); деструктивна і концентраційна сприяють витягу із природного середовища й нагромадженню розсіяних, але життєво важливих для організмів елементів.

Середовищеутворюючі функції живої речовини створили й підтримують баланс речовини й енергії в біосфері, забезпечуючи стабільність умов існування організмів, у тому числі людини. Разом з тим жива речовина здатна відновлювати умови перебування, порушені в результаті природних катастроф або антропогенного впливу.

Цю здатність живої речовини до відновлення сприятливих умов існування виражає принцип Лє Шательє, запозичений з області термодинамічної рівноваги. Він полягає в тому, що перебудова будь-яких змінних у системі у відповідь на зовнішні впливи відбувається в напрямку компенсації вироблених впливів. У теорії керування аналогічне явище зветься негативні зворотні зв'язки. Завдяки цим зв'язкам система повертається в первісний стан, якщо вироблені впливи не перевищують граничних значень. Наприклад, на підвищення змісту вуглекислого газу в атмосфері біосфера відповідає посиленням фотосинтезу, що знижує концентрацію СО . Таким чином, стійкість біосфери виявляється явищем не статичним, а динамічним.

У результаті середовищеутворюючої функції в географічній оболонці відбулися наступні найважливіші події: був перетворений газовий склад первинної атмосфери; змінився хімічний склад вод первинного океану; утворилася товща осадових порід у літосфері; на поверхні суші виник родючий ґрунтовий покрив (також родючі води океану, рік й озер).

Чистота морських вод - результат фільтрації, здійснюваної різноманітними організмами, але особливо зоопланктоном. Більшість із цих організмів добуває їжу, відціджуючи з води дрібні частки. Робота їх настільки інтенсивна, що весь океан очищається від суспензії за 4 роки. Озеро Байкал винятковою чистотою своїх вод багато в чому зобов'язано веслоногому рачкові епішурі, що за рік тричі проціджує його воду.

Вернадський пояснює парадокс: чому, незважаючи на те, що загальна маса живої речовини - плівка життя, що покриває Землю, мізерно мале, результати життєдіяльності організмів позначаються на складі й літосфери, і гідросфери, і атмосфери? Якщо жива речовина розподілити на поверхні Землі рівним шаром, її товщина складе всього 2 см. При такій незначній масі організми здійснюють свою планетарну роль завдяки досить швидкому розмноженню, тобто досить енергійному круговороту речовин, пов'язаному із цим розмноженням.

Маса живої речовини, що відповідає даному моменту часу, із труднощами зіставляється з грандіозною її кількістю, що робила свою роботу протягом сотень мільйонів років існування організмів. Якщо розрахувати всю масу живої речовини, відтвореного за цей час біосферою, вона виявиться рівної 2,4 ∙ 10²⁰т. Це в 12 разів перевищує масу земної кори.

На земної поверхні немає хімічної сили, що більш постійно діє, а тому й більше могутньої по своїх кінцевих наслідках, чим живі організми, узяті в цілому. Глини, вапняки, доломіти, бурі залізняки, боксити - це все породи органогенного походження. Нарешті, властивості природних вод, солоність Світового океану й газовий склад атмосфери визначаються життєдіяльністю істот, що населяють планету.

Розглянемо вплив середовищеутворюючої функції організмів на вміст кисню й вуглекислого газу в атмосфері. Нагадаємо, що підвищення концентрації СО₂ в атмосфері викликає "парниковий ефект" і сприяє потеплінню клімату. Вільний кисень виділяється при фотосинтезі. Уперше на Землі масовий розвиток фотосинтезуючих організмів – синьо-зелених водоростей - мало місце 2,5 млрд років тому. Завдяки цьому в атмосфері з'явився кисень, що дало імпульс швидкому розвитку тварин. Однак інтенсивний фотосинтез супроводжувався посиленим споживанням СО₂ і зменшенням його змісту в атмосфері. Це привело до ослаблення "парникового ефекту", різкому похолоданню й першому в історії планети (гуронському) заледенінню. У наші дні нагромадження в атмосфері вуглекислого газу від спалювання палива розглядається як тривожна тенденція, що веде до потепління клімату, таненню льодовиків і загрожую чого підвищенням рівня Світового океану більш ніж на 100 м. У зв'язку із цим слід зазначити функцію захоплення й поховання надлишкової вуглекислоти морськими організмами шляхом переводу її в з'єднання вуглекислого кальцію, а також шляхом утворення біомаси живої речовини.[9]

Існує й інший підхід до виділення функцій живої речовини. У 1928-1930 рр. В. І. Вернадський дав уявлення про 5 основних біогеохімічних функцій біосфери.

Перша – газова. Більшість газів верхніх шарів планети породжені життям. Підземні горючі гази – продукти розпаду органічних речовин рослинного походження, раніше похованих в осадових товщах.

Друга – концентраційна.

Третя – окиснювально-відновна. Вона грає важливу роль в історії багатьох хімічних елементів з перемінною валентністю. В процесі життєдіяльності і після смерті організми, що живуть у водоймах, регулюють кисневий режим і цим самим створюють умови, сприятливі для розчинення і осідання ряду хімічних елементів з перемінною валентністю (V, Mn, Fe).

Четверта – біохімічна. Ця функція пов’язана із ростом, розмноженням и переміщенням живих організмів у просторі. Розмноження призводить до швидкого поширення живих організмів, "розповзанню" їх в різні географічні області.

П’ята – біогеохімічна діяльність людини. Вона охоплює все більшу кількість речовини земної кулі для потреб промисловості, транспорту, сільського господарства. Ця функція посідає особливе місце в історії планети і потребує окремого вивчення. [3]

Отже можна відмітити, що багато функцій за Вернадським співпадають з функціями, виділеними Лапо.

Крім зазначених, до функцій живої речовини в біосфері варто віднести також водну, котра пов'язана з біогенним круговоротом води, що має важливе значення в круговороті води на планеті.

Виконуючи перераховані функції, жива речовина адаптується до навколишнього середовища й пристосовує її до своїх біологічних потреб. При цьому жива речовина й середовище її перебування розвиваються як єдине ціле, однак контроль над станом середовища здійснюють живі організми. [8]

2.3 Біологічний кругообіг речовин

З життєдіяльністю живої речовини тісно пов’язаний біологічний кругообіг.

Вивчення екосистем полягає, перш за все у дослідженні великих біогеохімічних циклів (кругообігів). Мова йде про циркуляцію хімічних елементів абіотичного походження, які потрапляють із навколишнього середовища в живі організми і з організмів у навколишнє середовище. Неорганічні елементи вносяться в тканини рослин і тварин у процесі їх росту і розвитку і там входять до складу органічних речовин. Після смерті організму ці елементи зазнають складних перетворень, після чого потрапляють у нові організми. В. І. Вернадський зазначав, що біогенна міграція атомів зумовлюється трьома різними процесами життя:

1) метаболізмом живого організму - його диханням, живленням, різними відходами;

2) ростом організмів;

3) розмноженням, збільшенням кількості організмів. Усі три процеси взаємопов'язані, проте кожен із них вносить у біосферу різний для кожного виду організмів запас геохімічної енергії.

Розрізняють біогенні міграції атомів: 1-го роду - для мікроорганізмів і 2-го роду - для багатоклітинних організмів. Біогенна міграція одноклітинних незрівнянно більша за міграцію атомів багатоклітинних організмів. Із появою людини на Землі виникла міграція атомів 3-го роду, яка відбувається внаслідок її діяльності.

До головних циклів, що мають місце в біогеоценозах (екосистемах), відносять біогеохімічні цикли кисню, вуглецю, води, азоту, фосфору, сірки, біогенних катіонів. Розглянемо детальніше ці цикли.

Генезис і кругообіг кисню. Приблизно четверта частина атомів усієї живої матерії припадає на частку кисню. Він не завжди входив до складу живої атмосфери. Кисень з'явився одночасно з першими хлорофіловими організмами. По мірі утворення під дією ультрафіолетової радіації кисень трансформувався в озон. Шар озону швидко став достатнім, щоб хлорофілові організми (головним чином, фітопланктон) могли рости і вивільнювати кисень.

На наявність кисню на земній поверхні вже приблизно два мільярди років тому вказує присутність залізистих окислів у відповідних геологічних відкладеннях. Але лише в останні двадцять мільйонів років вміст його в атмосфері Землі досяг приблизно 20%.

Вільний кисень у великих кількостях поглинається при диханні, використовується для підтримання горіння та застосовується в різних технологічних процесах. Вільний кисень регенерується в процесі фотосинтезу зелених рослин. Джерелом кисню є вода і вуглекислий газ, його утворення відбувається за допомогою сонячної енергії.

Існує відносна рівновага між киснем, що утворюється, і киснем, який витрачається для забезпечення життєдіяльності і виробництва.

Кругообіг вуглецю. Джерела вуглецю в природі численні й різноманітні. Між тим, тільки вуглекислота, яка знаходиться в газоподібному стані та у воді, є тим джерелом, яке служить основою для переробки вуглецю в органічну речовину живих істот. Захоплена рослинами вуглекислота в процесі фотосинтезу перетворюється на вуглеводи. Під час інших процесів біосинтезу вона перетворюється на протеїни, ліпіди і т.д.

З іншого боку, всі організми дихають і виділяють в атмосферу вуглець у формі вуглекислоти. Коли ж настає смерть, то сапрофаги і редуценти розкладають і мінералізують трупи, утворюючи ланцюги живлення, у кінці яких вуглець знову надходить у кругообіг у формі вуглекислоти. Мертві рослинні і тваринні залишки, що накопичуються, сповільнюють кругообіг вуглецю. Тварини-сапрофаги і мікроорганізми, які живуть у ґрунті, перетворюють накопичені на його поверхні залишки в нове утворення органічної матерії - гумус. Швидкість впливу організмів на гумус зовсім не однакова. Іноді ланцюг буває коротким і неповним: ланцюг сапрофагів позбавляється можливості функціонувати через нестачу кисню або внаслідок дуже високої кислотності; органічні залишки накопичуються у формі торфу і утворюють торф'яні болота. Тут призупиняється кругообіг вуглецю. Скупчення викопних органічних сполук у вигляді кам'яного вугілля і нафти свідчить про те саме, оскільки вуглекислота накопичується у вигляді карбонату кальцію (крейда, вапняки) хімічного чи біогенного походження. Часто ці маси вуглецю залишалися поза кругообігом упродовж цілих геологічних періодів, поки карбонат кальцію у вигляді гірських хребтів не піднімався над поверхнею моря. З цього моменту починалося надходження вуглецю і кальцію в кругообіг. Воно здійснювалося внаслідок вилуговування вапняку атмосферними опадами чи під впливом лишайників, а також коренів квіткових рослин. Вуглець, який накопичився в ґрунті чи гірських породах, може бути звільнений і в процесі горіння, викликаного людською діяльністю - опалення, промисловість та ін.

Кругообіг азоту. Повітря містить більше 80% азоту, воно безперервно і в різних формах забезпечує його кругообіг. Електричні розряди, які супроводжують грози, синтезують (з атмосферного азоту і кисню) оксиди азоту; ці оксиди потрапляють у ґрунт разом з дощовою водою. Таким шляхом в екосистемі у формі селітри чи азотної кислоти накопичується від 4 до 10 кг азоту на 1 га за рік. Відбувається і фотохімічна фіксація азоту. Але найбільша кількість цього елементу надходить в екосистему в результаті діяльності мікроорганізмів - азотфіксаторів, які здатні використовувати енергію свого дихання для прямого засвоєння атмосферного азоту і синтезування протеїдів. Таким чином у ґрунт вноситься ще близько 25 кг азоту на 1 га. Найбільш ефективними в цьому відношенні є азотфіксуючі бактерії, які живуть у симбіозі з бобовими рослинами в бульбочках на коренях цих рослин.

Азот із різноманітних джерел надходить до коренів у формі нітратів, які абсорбуються і транспортуються в листя, де використовуються для синтезування протеїнів. Ці протеїни є основою азотного живлення тварин. Протеїни рослинного і тваринного походження також є продуктом харчування й різних мікроорганізмів. Трупи організмів розкладаються редуцентами. Кожна група редуцентів спеціалізується на якійсь одній ланці цього процесу. Ланцюг закінчується діяльністю амоніфікуючих організмів, що утворюють аміак, який далі може ввійти в цикл нітрифікації - одні бактерії його окислюють у нітрити, а інші - нітрити в нітрати,

З іншого боку, бактерії-денітрифікатори постійно віддають азот в атмосферу: вони розкладають нітрати до азоту. Але вони активні лише в ґрунтах, які багаті азотом і вуглецем, і розкладають щонайбільше 20% загального азоту (щорічно в атмосферу його надходить до 50-60 кг з 1 га).

Азот може вийти з кругообігу, якщо досягне океану, де він акумулюється в глибоководних відкладеннях. Перш ніж азот потрапляє в абісальні відкладення, частина його захоплюється організмами морського фітопланктону, після чого він, як і фосфор, входить у цикл живлення м'ясоїдних, який закінчується рибами, що є кормом для птахів і ссавців. Ця частина азоту потрапляє з їхніми екскрементами на поверхню материка.

Характеристики

Список файлов курсовой работы