Ресурси біосфери

Становлення біосфери почалося з моменту появи життя на Землі. 

Близько 5 мільярдів років тому поверхня нашої планети складалася з нагромадження скель, лавових потоків і атмосфери, яка містила пари води, метан, аміак і водень. Сонячна енергія проникала на Землю в набагато більшій кількості, ніж тепер, оскільки в ті часи був відсутній озоновий екран, що затримує велику кількість короткохвильових ультрафіолетових променів. Посилена вулканічна діяльність і грозові розряди, великі водні поверхні сприяли утворенню нових сполук. Виникали молекули Сахаров, амінокислот та інших найпростіших углеродсодержащих молекул, ч з яких побудовані білки, нуклеїнові кислоти, жири і речовини – переносники енергії – такі, наприклад, як аденозинтрифосфат (АТФ).

Наш знаменитий співвітчизник, професор Казанського університету А. М. Бутлеров ще в 1861 році показав, що в розчині формаліну і вапнякової води утворюється цукрове речовина. Вченими доведено також, що при проходженні іскри через суміш метану, аміаку, водню і води виникають амінокислоти – гліцин, аланін, саркозин та ін, а також органічні кислоти – мурашина, оцтова, молочна, тобто утворюються передумови для виникнення найпростіших організмів. А далі все здійснювалося, як пише академік О. І. Опарін, шляхом тривалої еволюції. Органічні речовини накопичувалися в воді, концентрувалися в нерівностях дна, утворювали «молекулярні рої». Поряд з цим тут мали виникати комплекси колоїдних часток – коацервати. Серед коацерватних крапель йшов відбір найбільш стійких, найбільш пристосованих до умов середовища. Непристосовані розпадалися, пристосовані ділилися й удосконалювалися. Природно, що зберігатися могли лише ті краплі, які входили хоча б у найелементарніші форми обміну з середовищем. Здатність до виборчої адсорбції (поглинання) у коацерватних крапель поступово, під дією еволюційного процесу перетворювалася в обмін речовин. Наступним етапом була здатність до самовідтворення.
З виникненням самовідтворення закінчилася передісторія розвитку життя. Коацерватная крапля перетворилася в найпростіший живий організм.

Вік Землі в даний час визначається в 5,0-5,5 мільярда років. Перші сліди життя на нашій планеті виявлені в шарах, вік яких близький до 4 мільярдам років. У цей бескислородний період життя промені сонця, що створили «будівельний матеріал» для молекул життя, були смертельно небезпечні для самого життя. Тому на зорі свого розвитку життя могла зберегтися лише під захистом товстого шару води.
Тільки з накопиченням в атмосфері Землі кисню і утворенням озонного екрана життя розгорнула свої потенційні можливості, вийшла з водного середовища і захопила практично всю нашу планету.
З появою на нашій планеті живої речовини і його подальшою еволюцією почався розвиток і формування сучасного живого покриву, де зосереджена життя, – біосфера Землі. В. І. Вернадський (читайте статтю «Вчення В. І. Вернадського про біосферу») в останні роки свого життя дав узагальнене і дещо спрощене визначення біосфери: «Це середу нашого життя, це та»природа», яка нас оточує…»Будемо вважати ці поняття тотожними.

Незважаючи на те, що суша займає всього 29,2% поверхні нашої планети, на ній зосереджено 99,9% біомаси, причому на частку тварин і мікроорганізмів припадає менше одного відсотка, а 99% біомаси становить рослинність.

Біомаса рослинності на Землі перевищує біомасу тварин, але за різноманітністю видів флора поступається фауні рази в три.

Довгий час нижчим спільнотою в природі вважався біоценоз. Термін був запропонований німецьким гідробіологом К. А. Мебиусом в 1877 р., в даний час він прийнятий у всьому світі для позначення сукупності рослин, тварин і мікроорганізмів, що населяють ділянку суші або водоймища і знаходяться в певних відносинах як між собою, так і навколишнім середовищем.
У 1940 р. наш чудовий вчений, академік В. Н. Сукачов розширив поняття біоценозу і запропонував термін біогеоценоз, під яким розумів однотипне рослинне співтовариство разом з населяють його тваринним світом, мікроорганізмами, з відповідною ділянкою земної поверхні. Біогеоценози є нижчою одиницею біосфери, і зараз цей термін починає завойовувати «права громадянства» в багатьох країнах світу. Біогеоценоз – поняття абсолютно конкретне. Наприклад, коли ми говоримо про біогеоценозі піщаних тамаріскових пустель, то його межі проходять там, де закінчується тамариск і пісок.

Біогеоценози об’єднуються в ландшафти – ділянки суші, що характеризують досить великі площі, що мають загальні риси будови, особливості клімату, рельєфу, грунту, рослинності і тваринного світу. Наприклад, ми можемо говорити про польове, лісовому або заплавній ландшафтах.
Ландшафти об’єднуються в зони, яких у нашій країні шість – арктична, зона тундри, ліси, степів, пустель і гір. В даний час прийнято виділяти перехідні підзони – лісотундри, лісостепу, Лісопіль, напівпустель, передгір’їв і т. д. Таким чином, в площинний проекції біосфера підрозділяється на зони, підзони, ландшафти і біогеоценози.

Всі компоненти біогеоценозів знаходяться у взаємному зв’язку і взаємної обумовленості. Ф. Енгельс в «Діалектика природи» писав, що в природі ніщо не відбувається відокремлено. Кожне явище впливає на інше і назад, і в забутті факту цього всебічного руху і взаємодії і криється в більшості випадків те, що заважає нашим натуралістам бачити ясно найпростіші речі. Численні дослідження біогеоценозів суші показують, що їх існування в основному залежить від двох факторів – збереження, оптимальної структури біомаси та нормального біологічного кругообігу речовин. Наприклад, різке збільшення чисельності лосів в соснових молодняках призводить до втрати значної кількості дерев, до розладу насаджень і навіть їх загибелі. Відомо, якщо ми штучно зменшуємо чисельність і видовий склад тварин того чи іншого біогеоценозу, це призводить до збіднення видового складу рослин, оскільки вони не знаходять свого споживача. Збіднені біогеоценози втрачають свою опірність до несприятливих умов, середовища, знижують свою продуктивність.

У кругообігу речовин в біогеоценозах провідне місце, безсумнівно, належить фотосинтезу. Відомо, що в процесі фотосинтезу зелені рослини щорічно засвоюють з атмосфери близько 170 млрд. тонн вуглекислого газу, фотохімічно розкладають близько 130 млрд. тонн води і виділяють з неї у вигляді вільного газу 115 млрд. тонн кисню. Крім цього вони щорічно втягують у процес первинного синтезу органічних речовин близько 2 млрд. тонн азоту, близько 6 млрд. тонн фосфору та інших елементів мінерального живлення (К, Са, Mg, S, Fе, Сі, Мо та ін.)

Поглинаючи багато сонячної енергії, наземні зелені рослини випаровують близько 16 * 1012 тонн води в рік. Для збереження відносної стабільності біологічного кругообігу якась частина органічних речовин повинна споживатися тваринами і мікроорганізмами. Велетенська армія комах-гризунів і копитних поїдає зелену рослинну масу; частина її опадає у вигляді листя, хвої, відмерлих трав, насіння і споживається тваринами, що мешкають у верхніх шарах грунту, бактеріями і грибами, накопичується у вигляді гумусного шару. Досить сказати, що липа за 80 років життя у вигляді листя, насіння і дрібних сучків, так званого лісового опаду, вносить в грунт значно більше поживних речовин, ніж взяла їх на формування деревини.

У водних біогеоценозах біомаса становить менше 1% всієї біомаси, що є на суші. Однак можливості використання її для їжі людині набагато більше. Справа в тому, що темпи зростання водних рослин непорівнянні з темпами зростання наземних. Встановлено, що одноклітинні морські водорості при оптимальних умовах здатні за день збільшувати свою біомасу в 366 разів. Отже, навіть якщо морські тварини за ніч з’їдають половину всього фітопланктону, то в денні години за рахунок розмноження біомаса фітопланктону відновлюється. Підраховано, що з одного га, зайнятого морськими водоростями, можна отримати стільки білка, скільки дає 25 га пшеничного або 10 га картопляного поля, адже з одиниці «морського поля» можна збирати 10-15 врожаїв водоростей на рік.
Перспективи збільшення білкової продукції океану величезні, і наша країна в цьому відношенні має великі можливості. Протяжність морського узбережжя Росії близько 60 000 км, а разом з узбережжями численних островів – близько 180 000 км. Більше двох третин наших кордонів – морські. Прибережні ділянки моря, або, як їх називають, шельфи (підводні продовження материка з глибинами зазвичай менше 200 м), як правило, найбільш продуктивні. Прав академік Л. А. Зенкевич, який говорив, що скоро заявить про своє народження нова наука – підводний агрономія. Вона повинна буде вивчити закони, що керують життям водних біогеоценозів; всі деталі кругообігу речовин у водному середовищі, постійне збагачення донних відкладень за рахунок відмирання водних рослин і можливості розселення тварин організмів із зони виростання водоростей в інші ділянки океану. Підраховано, що в одному кубометрі води в зоні мілководь, зайнятих заростями водної рослинності, знаходиться більше 4 мільйонів дрібних живих істот. При використанні водної рослинності треба пам’ятати, що порушення цього ценоза виявиться не тільки на даній ділянці, а й далеко за його межами.

До теперішнього часу проведені дослідження з виявлення потенційної продуктивності Світового океану. Зараз у середньому улов риби у Світовому океані становить близько 70 мільйонів тонн на рік. На першому місці стоїть Перу, далі Японія і Росія. В океані, що займає, як відомо, 361 млн. км2, виявлені своєрідні пустелі. Найбільш рибопродуктивності акваторіями є мілководдя, прибережні шельфові зони, що займають близько 9% світового океану, де заготовляється більше 85% загального улову риб, і на 1 км2 рибопродуктивність досягає 3000 кг, тоді як в глибинній частині океану вона зазвичай менше 10 кг. На першому місці стоять риби, що харчуються зоопланктоном, їх близько 66% (оселедця, сардини і т. д.); на другому місці хижі риби, їх близько 21%; на третьому місці риби, що харчуються рослинністю, їх всього близько 8% і, нарешті, риби, що беруть їжу в донних відкладеннях (бентософагі), їх менш 5%. Якщо це порівняти з харчовими зв’язками в наземних спільнотах, то тут близько половини тварин харчуються рослинною їжею. Які ж перспективи збільшення видобутку риби у Світовому океані? Більшість фахівців вважають, що межею є 100 мільйонів тонн і що зараз вже треба переходити від промислу до розведення риб та інших морських продуктів. Дуже повчальні експериментальні дані, що показують, що при добре поставленому господарстві з одного га можна отримати три тонни риби або 58 тонн молюсків з роду гребінців, або 300 тонн двостулкових молюсків, мідій, що дають цілком їстівне, живильне м’ясо.

Підвищення продуктивності прісних водойм також обіцяє великі можливості. Досить сказати, що в Угорщині при добре поставлених подкормочних роботах з одного гектара ставка отримують до 5 тис. кг риби, в США останнім часом різко підвищилася вартість незручних земель, де можна влаштувати водойму. Штучне озеро засаджується водною рослинністю – фітопланктоном, рдесника, елодєю і т. д., заселяється дафніями, циклопами, личинками комарів-хірономід, що йдуть на корм рибам. Після цього туди випускають два-три види риб, водоплавних птахів, ондатр або нутрій. Тільки так можна найбільш повно використовувати потенційні можливості водойми, і юн дасть такі доходи, які неможливо отримати з рівнозначною площі чорноземів.
Провідний іхтіолог нашої країни Г. В. Нікольський ратував за вирощування риби на термальних ставках, де замітає скидання теплих вод промисловості круглий рік підтримується оптимальна для них температура і ведеться систематична підгодівля. При цьому риба швидко росте і з одного гектара можна отримувати її більше 10 000 кг. Ось які можливості замкнутих водойм при науково обгрунтованої їх експлуатації.

ПОДІЛИТИСЯ: