Закономірності існування біосфери

 

Біосфера – ієрархічно побудована глобальна екосистема, що складається з декількох взаємопов’язаних між собою рівнів організації живої матерії, в якій постійно здійснюються кругообіг речовин, йдуть енергетичні та інформаційні потоки. Існування різних компонентів біосфери підпорядковується впливу космічних і планетарних сил, що роблять на неї різні дії.

Особливості біосфери як глобальної екосистеми. Як глобальна екосистема біосфера характеризується низкою особливостей.

По-перше, вона є відкритою біологічною системою, в якій на вході є сонячна енергія, вода, мінеральні речовини, а на виході – речовини, що утворилися в процесі життєдіяльності організмів і винесені з глобального біогеохімічного кругообігу.

По-друге, біосфера знаходиться в стані динамічної рівноваги, яка проявляється в тому, що зміна будь-якого компонента викликає дисбаланс, що тягне зміну інших її елементів. Ці зміни діють за принципом негативного або позитивного зворотного зв’язку (рис. 282). У разі негативного зворотного зв’язку змінені компоненти прагнуть повернути біосферу в початковий стан, при позитивній зв’язку – стимулюють подальшу зміну в колишньому напрямі.

Прикладом негативного зворотного зв’язку служать неодноразово відбувалися в біосфері енергетичні сплески, що приводили до розквіту різних груп автотрофніорганізмів. Вони пов’язували надлишок енергії у вигляді синтезованих органічних сполук, що повертало систему в початковий енергетичний стан. Позитивний зворотний зв’язок проявляється, наприклад, при появі в біосфері нових груп високоорганізованих організмів, що вступили на шлях біологічного прогресу. Так, поява на певному етапі еволюційного розвитку вищих гомінідів і сучасної людини спричинило зміну багатьох компонентів біосфери – рослинного і тваринного світу, грунту, річок, озер, морів, корисних копалин, що істотно перетворило живу оболонку нашої планети, зробило людство глобальною силою.

Кругообіг речовин і біогеохімічні цикли. Всі складові біосферу компоненти тісно взаємопов’язані. Стабільність біосфери підтримується постійно відбуваються в ній кругообігом речовин. Кругообіг різноманітні за масштабами і якістю явищ. Ще до появи організмів на Землі існував геологічний, або великий, круговорот. Найбільш чітко він виявляється, наприклад, в кругообігу води в природі. Для кожної речовини характерна своя швидкість міграції в круговоротах. Наприклад, вся вода на планеті проходить через круговорот за 2 млн років, весь кисень атмосфери – за 2 тис. Років, а весь вуглекислий газ – за 300-500 років.

З появою живої речовини геологічний круговорот доповнився біологічним, або малим, кругообігом, в якому провідну роль стали грати організми. На противагу геологічного кругообігу в біологічному переміщається незначна частина речовин і нікчемна кількість сонячної енергії. Однак енергія, залучена живою речовиною біосфери в біологічний кругообіг, завдяки автотрофним організмам перетворюється в продукцію первинного органічного речовини, що використовується в подальшому гетеротрофних організмами біосфери.

З появою на Землі організмів хімічні елементи, що входять до їх складу, стали безперервно циркулювати в біосфері, переходячи із зовнішнього середовища до складу живих тіл і обернено в зовнішнє середовище. Таку циркуляцію називають биогеохимическими циклами елементів (біогеохімічний цикл вуглецю, азоту, фосфору та ін.). Учені припускають, що за останні 570 млн років (починаючи з кембрію) характер основних біогеохімічних циклів на нашій планеті істотно не змінився: відбувається накопичення в атмосфері кисню, зв’язування рослинами вуглекислого газу, мінералізація відмерлих залишків, осадження карбонатів і ін. (Рис. 283, 284).

Ритмічність явищ. Для біосфери характерна певна повторюваність явищ у часі, що пов’язано з тектонічними процесами, вулканічною діяльністю і змінами геомагнітного поля нашої планети. Істотний вплив на організми надають гравітаційні і корпускулярні впливу. Перші пов’язані зі змінами орбіт обертання Землі і Сонця. Другі викликані елементарними частинками, випромінюваними зірками і розповсюджуваними в космічному просторі.

Гравітаційні впливу є причинами кліматичних циклів, змінюваних на Землі з чіткою періодичністю в 0,4; 1,2; 2,5; 3,7 млн ??років. Наприклад, 400-тисячолітній цикл, званий «біосферними годинами», викликає великомасштабні зміни клімату на нашій планеті. У минулому це призводило до неодноразового вимирання або еволюційному розквіту окремих груп організмів (рис. 285). З корпускулярних впливів на біосферу відомо вплив 11-річного ритму сонячної активності, відкрите вітчизняним ученим A. JI. Чижевським. У жовтні 1915 у доповіді на тему «Періодичне вплив Сонця на біосферу Землі» він, проаналізувавши величезний фактологічний матеріал з історії 80 країн світу за двадцять століть і зіставивши його з астрофізичними даними про спалахи на Сонці, зробив висновок про обумовленість процесів життєдіяльності організмів Землі періодичністю сонячної активності. Ідеї ??A. JI. Чижевського, розвинені згодом наукою геліобіології (від грец. Gelios – сонце, bios – життя і logos – вчення), ознаменували початок нової віхи в розумінні впливу космічних факторів на процеси, що відбуваються в біосфері.
Уявлення про Сонце як джерело енергії, налаштовує на певний ритм всі земні процеси, в тому числі і суспільно-історичні, ймовірно, дозволить людству в майбутньому забезпечити їх взаємну координацію. Так, якби вдалося узгодити космічні цикли з проведеними в різних країнах соціально-економічними реформами, людство отримало б у своє розпорядження потужний прискорювач їх корисних ефектів і гаситель негативних.

Глобальна екосистема; динамічна рівновага; зворотний зв’язок: негативна, позитивна; кругообіг: великий (геологічний), малий (біологічний); біогеохімічні цикли елементів; впливу на біосферу: гравітаційні, корпускулярні.

Посилання на основну публікацію