Dugi period predbiološkog razvoja naše planete, određen djelovanjem fizičko-hemijskih faktora nežive prirode, završio se kvalitativnim skokom - nastankom organskog života. Od svog nastanka, organizmi postoje i razvijaju se u bliskoj interakciji sa neživom prirodom, a procesi u živoj prirodi na površini naše planete postali su dominantni. Pod uticajem sunčeve energije razvija se fundamentalno novi sistem (planetarne skale) - biosfera. Biosfera se sastoji od:
♦ živa materija formirana zbirkom organizama;
♦ biogena supstanca koja nastaje tokom života organizama (atmosferski gasovi, ugalj, krečnjak, itd.);
♦ inertne materije, nastale bez učešća živih organizama (osnovne stene, vulkanska lava, meteoriti);
♦ bioinertna supstanca, koja je zajednički rezultat vitalne aktivnosti organizama i abiogenih procesa (tlo).
Evoluciju biosfere određuju usko povezane tri grupe faktora: razvoj naše planete kao kosmičkog tijela i hemijske transformacije koje se dešavaju u njenim dubinama, biološka evolucija živih organizama i razvoj ljudskog društva.
Granice života određuju faktori u zemljinoj sredini koji sprečavaju postojanje živih organizama. Gornja granica biosfere prolazi na visini od oko 20 km od površine Zemlje i omeđena je ozonskim omotačem, koji blokira kratkotalasni dio ultraljubičastog zračenja Sunca, koje je destruktivno za život. U hidrosferi zemljine kore, živi organizmi naseljavaju sve vode Svjetskog okeana - do 10-11 km dubine. U litosferi život se javlja na dubini od 3,5-7,5 km, što je određeno temperaturom zemljine unutrašnjosti i nivoom prodiranja tekuće vode.
Atmosfera. Gasni omotač Zemlje sastoji se uglavnom od azota i kiseonika. Sadrži male količine ugljičnog dioksida (0,003%) i ozona. Stanje atmosfere ima veliki uticaj na fizičke, hemijske i biološke procese na površini Zemlje i u vodenoj sredini. Za životne procese posebno je važno sljedeće: kiseonik, koristi se za disanje i mineralizaciju mrtve organske materije; ugljen-dioksid, koriste zelene biljke u fotosintezi; ozon, stvarajući ekran koji štiti površinu zemlje od ultraljubičastog zračenja. Atmosfera je nastala kao rezultat snažne vulkanske aktivnosti i aktivnosti izgradnje planina, kiseonik se pojavio mnogo kasnije kao proizvod fotosinteze.
Hidrosfera. Voda je važna komponenta biosfere i neophodan uslov za postojanje živih organizama. Od velike važnosti su plinovi otopljeni u vodi: kisik i ugljični dioksid. Njihov sadržaj uvelike varira ovisno o temperaturi i prisutnosti živih organizama. Voda sadrži 60 puta više ugljičnog dioksida od atmosfere. Hidrosfera je nastala u vezi s razvojem geoloških procesa u litosferi, tokom kojih su se oslobađale velike količine vodene pare.
Litosfera. Najveći dio organizama litosfere nalazi se u sloju tla čija dubina ne prelazi nekoliko metara. Zemljište se sastoji od neorganskih materija (pijesak, glina, mineralne soli) koje nastaju prilikom razaranja stijena i organskih tvari – otpadnih proizvoda organizama.
biosfera, prema učenju akademika V.I. Vernadsky, je vanjska ljuska Zemlje, uključujući svu živu tvar i područje njene distribucije (stanište). Gornja granica biosfere je zaštitni ozonski omotač u atmosferi na nadmorskoj visini od 20-25 km, iznad kojeg je život nemoguć zbog izlaganja ultraljubičastom zračenju. Donja granica biosfere je: litosfera do dubine od 3-5 km i hidrosfera do dubine od 11-12 km (Sl. 1.3).
Komponente biosfere: atmosfera, hidrosfera, litosfera - obavljaju najvažnije funkcije za osiguranje života na Zemlji.
Biosfera je nastala pre oko 4,5 milijardi godina i prošla je kroz nekoliko faza evolucionog razvoja: od početnog ciklusa organske materije do biološkog ciklusa - kontinuirane razmene materije i energije između živih organizama i životne sredine tokom života organizama i posle njihovu smrt.
Najvažnije komponente biosfere su:
Živa tvar (biljke, životinje, mikroorganizmi);
Biogene supstance organskog porekla (ugalj, treset, humus, ulje, kreda, krečnjak, itd.);
Inertne materije (stene neorganskog porekla);
Bioinertna tvar (proizvodi raspadanja i prerade stijena od strane živih organizama).
Prema V.I. Vernadskog, živa materija je nosilac slobodne energije biosfere i povezana je sa neživom materijom biogenom migracijom atoma. Biomasa suhe tvari živih organizama na Zemlji, uključujući oko 500 hiljada vrsta biljaka i 1,5 miliona vrsta životinja, izuzetno je velika i iznosi oko 2,4232 * 10 12 tona. Godišnji porast žive tvari na Zemlji je oko 8,8 * 10 11 tona kroz ove žive organizme prošao je veliki broj elemenata gornjeg dijela litosfere, atmosfere i hidrosfere.
Važan u odnosima između organizama je hrana— trofički faktor(iz grčkog trofe- hrana). Primarnu organsku materiju stvaraju zelene biljke (proizvođači - proizvođači) koristeći solarnu energiju. Oni troše ugljični dioksid, vodu, soli i oslobađaju kisik.
Potrošači (potrošači) mogu se podijeliti u dva reda:
I - organizmi koji se hrane biljnom hranom;
II - organizmi koji se hrane životinjskom hranom.
Dekompozitori(reduktori) - organizmi koji se hrane organizmima koji propadaju, bakterijama i gljivicama. Ovdje je posebno velika uloga mikroorganizama koji potpuno uništavaju organske ostatke i pretvaraju ih u finalne proizvode (mineralne soli, ugljični dioksid, vodu, jednostavne organske tvari) koji ulaze u tlo i ponovno ih konzumiraju biljke.
Sve životinje i biljke su selektivne u sastavu hrane, ovisno o potrebi za određenim mineralnim elementima. Životinje i biljke su neophodni faktori životne sredine u odnosu na druge životinje i biljke;
Svaki organizam je prilagođen da postoji u prilično uskim granicama promjena uvjeta okoliša, a odlazak parametara okoliša izvan utvrđenih granica podrazumijeva suzbijanje vitalne aktivnosti date vrste ili njezinu smrt. Granice rasprostranjenosti organizma (područja) određuju se usklađenošću sa potrebnim zahtjevima datog organizma prema uslovima (faktorima) okoline. Svaka vrsta zauzima mjesto određeno njenim zahtjevima za teritorijom, hranom, reprodukcijom i drugim tjelesnim funkcijama. Ovaj skup parametara životne sredine za stanište vrste, mesto koje ona zauzima u biosferi, naziva se ekološka niša. Svi faktori u ekološkoj niši su međusobno povezani: promjena u jednom od njih povlači promjenu u ostalima.
Sposobnost živih organizama da se prilagode faktorima sredine karakteriše ekološka valencija, ili plastičnost.
Živi organizmi su u stalnoj interakciji sa okolinom koju čine mnoge pojave, uslovi, elementi koji se menjaju u vremenu i prostoru, tzv. faktori životne sredine. To su svi uvjeti okoline koji imaju dugotrajan ili kratkoročni učinak na žive organizme koji na te utjecaje reagiraju adaptivnim reakcijama. Podijeljeni su na abiotički(faktori nežive prirode) i biotic(faktori žive prirode). Trenutno prihvaćena verzija klasifikacije faktora životne sredine predstavljena je u sto 1.2.
Tabela 1.2|
Abiotic |
Biotic |
|
Klima: svjetlost, temperatura, vlaga, kretanje zraka, pritisak |
Fitogeni: biljni organizmi |
|
Edafogenic ("edafos" - tlo): mehanički sastav, kapacitet vlage, propusnost zraka, gustina |
Zoogeno: životinje |
|
Orografski: reljef, nadmorska visina, ekspozicija padine |
Mikrobiogene: virusi, protozoe, bakterije, rikecije |
|
Hemijski: gasni sastav vazduha, slani sastav vode, koncentracija, kiselost i sastav zemljišnih rastvora |
Antropogeno: ljudske aktivnosti (uključujući građevinarstvo) |
Karakteristike glavnih abiotičkih faktora koji se moraju uzeti u obzir prilikom restauracije arhitektonskih spomenika date su u Dodatak 1.1. Ovo je sastav atmosfere; odnos tačaka na seizmičkoj skali od 12 tačaka sa magnitudom zemljotresa; seizmička skala; skala snage vjetra.
Biotički faktori životne sredine određuju odnose između organizama. Ovi faktori se u ovom slučaju nazivaju trofičkim, tj. hrana.
Faktori životne sredine pod uticajem novodobivenih hemikalija koje ne postoje u prirodi i veštačkih komponenti koje je stvorio čovek se u velikoj meri menjaju. Pojavljuju se zagađivači, što dovodi do narušavanja saprofitne (održavanje ravnoteže u ekosistemu) interakcije u prirodnom okruženju. To je često praćeno smrću životinja i biljaka, dovodi do poremećaja funkcija, smrti svih živih bića i dezertifikacije zemlje. Preovlađujuće vrste u mikrobioti su patogeni mikroorganizmi koji se mogu klasificirati kao biološki zagađivači. Sastav atmosfere se negativno mijenja, a agresivnost podzemnih i podzemnih voda se povećava. Planeta doživljava zagrijavanje, propadanje ozonskog omotača, a kisele kiše su sve češće.
Svi ovi faktori utječu ne samo na žive organizme (uključujući ljude), već i na spomenike, a neuvažavanje ni jednog od njih može utjecati na kvalitetu restauracije, pa čak i dovesti do smrti spomenika.
Živi organizmi u prirodi postoje u obliku populacije - istorijski razvijene prirodne populacije jedinki date vrste, povezane odnosima i prilagođavanjem u uslovima određenog područja ili drugog staništa (biotopa). U prirodnim uslovima, broj i gustina naseljenosti nisu slučajni, već se određuju regulacionim (kontrolisanim) faktorima sredine. Sposobnost životne sredine da podrži normalno funkcionisanje organizma ili populacije naziva se Ecosi kapacitetstabljike.
Ekološki sistem (ekosistem) je skup međusobno povezanih i međusobno zavisnih različitih vrsta organizama koji žive zajedno i uslova njihovog postojanja. Povezani u ekosistemu biocenoza(zajednica živih organizama zajedno) i biotop(stanište). Navedene su glavne vrste prirodnih ekosistema na svijetu pirinač. 1.4.
Akademik V.N. Sukačev je predložio koncept biogeocenoza(iz grčkog bios- život, Gaia - Zemlja, cenoza - generalno) je prirodni sistem živih organizama i okolnog abiotičkog okruženja, povezanih razmjenom supstanci, energije i informacija. Sada se pojmovi "ekosistem" i "biogeocenoza" smatraju gotovo sinonimima.
Biogeocenoza uključuje:
Biljna komponenta (fitocenoza);
Životinjski sastav (zoocenoza);
Mikroorganizmi (mikrobiocenoza);
Tlo i tlo-podzemne vode, u interakciji sa biljnim, životinjskim komponentama i mikroorganizmima formirajući edafotop;
Atmosfera, koja, u interakciji sa drugim komponentama, formira klimu;
Neživa priroda, koja je inertna supstanca, je ekotop.
Dakle, biogeocenoza je prostorno izolirana, integralna elementarna jedinica biosfere, čije su sve komponente usko povezane. Glavne komponente biogeocenoze su tri grupe organizama - biljke, životinje i mikrobi, uz pomoć kojih se tvari kreću s jedne komponente na drugu, odražavajući dobro poznati opći obrazac ciklus supstanci u prirodi.
Ekološke komponente biogeocenoze(ili pejzaž, ili komponente koje formiraju okruženje) u ekologiji se smatraju glavnim materijalnim i energetskim komponentama ekoloških sistema. Njima, prema N.F. Reimers (Slika 1.5.), uključuju: energiju, sastav gasa (atmosfera), vodu (tečna komponenta), supstrat tla, autotrofne proizvođače (biljke) i heterotrofne organizme (potrošači i razlagači). Danas se ovoj listi ekoloških komponenti dodaju informacije.
Istovremeno, sve komponente životne sredine su prirodni resursi, čiji kvalitet određuje kvalitet ljudskog života, a antropogeni poremećaji međusobne interakcije mogu da umanje ovaj kvalitet.
U stvarnim ekosistemima, ciklus je obično otvoren, jer neke supstance napuštaju ekosistem, a neke dolaze izvana. Ali općenito, princip ciklusa u prirodi ostaje isti. Jednostavniji ekosistemi ujedinjeni su u zajednički planetarni ekosistem (biosferu), u kojem se u potpunosti manifestuje ciklus supstanci - život na Zemlji nastao je pre više milijardi godina, a da nije bilo zatvorenog toka supstanci neophodnih za život, njihove rezerve bi bile davno iscrpljen i život bi prestao.
Ljudska intervencija negativno utiče na procese cirkulacije. Na primjer, krčenje šuma ili poremećaj procesa asimilacije tvari od strane biljaka kao rezultat zagađenja dovode do smanjenja intenziteta asimilacije ugljika. Višak organskih elemenata u vodi, koji nastaje pod utjecajem industrijskih otpadnih voda, uzrokuje propadanje rezervoara i prekomjernu potrošnju kisika otopljenog u vodi, što eliminira mogućnost razvoja aerobnih bakterija (koje troše kisik). Sagorevanjem fosilnih goriva, fiksiranjem atmosferskog azota u industrijskim proizvodima i vezivanjem fosfora u sintetičkim deterdžentima, ljudi remete ciklus ovih elemenata.
Kruženje supstanci u prirodi podrazumijeva opštu konzistentnost mjesta, vremena i brzine procesa koji se odvijaju na različitim nivoima - od populacije do biosfere. Ova konzistentnost prirodnih pojava se zove ekološka ravnoteža; Ova ravnoteža je pokretna, dinamična.
U ekološkom sistemu (bez ljudske intervencije) održava se ravnoteža koja isključuje nepovratno uništenje određenih karika u trofičkim lancima. Čovjek u procesu svojih aktivnosti neprestano utiče na ekosistem u cjelini, kao i na njegove pojedinačne veze. To se može manifestirati u obliku unošenja novih komponenti u ekosustav, uključujući zagađivače, ili uništavanja pojedinih komponenti (odstrel životinja, krčenje šuma, itd.). Ovi uticaji ne dovode uvek i ne odmah do raspada čitavog sistema i narušavanja njegove stabilnosti. Ali održavanje sistema ne znači da je ostao nepromijenjen. Sistem se transformiše i izuzetno je teško proceniti broj i pravac promena koje su se desile.
Kao rezultat ljudske proizvodne aktivnosti, nastao je novi proces metabolizma i energije između prirode i društva (uz održavanje biološke razmjene) - antropogena razmjena,što značajno mijenja planetarni ciklus supstanci, naglo ga ubrzavajući. Antropogena razmjena se razlikuje od biotičkog ciklusa po tome što nije zatvorena po prirodi; Ulaz antropogene razmjene su prirodni resursi, a izlaz industrijski i kućni otpad. Ekološka nesavršenost antropogene razmjene leži u činjenici da je koeficijent korisnog korištenja prirodnih resursa po pravilu izuzetno nizak, a proizvodni otpad zagađuje prirodnu sredinu. Štaviše, mnoge od njih se ne razlažu do svog prirodnog stanja. Obim i brzina antropogene razmjene naglo se povećavaju, uzrokujući primjetnu napetost u biosferi.
U posljednjoj fazi razvoja biosfere, ljudska aktivnost je postala moćna sila koja nepovratno i svrhovito mijenja prirodno okruženje. Formirano biotehnosfera - posljedica društvenog, naučnog i tehnološkog razvoja čovječanstva. Odnos između prirode i čovjeka je u mnogim slučajevima neuravnotežen, što dovodi do ekološke depresije (posebno, uništavanja arhitektonskog i istorijskog okruženja), što može dovesti do degradacije biosfere.
Novi sistem formiran od strane graditelja može se nazvati prirodno-tehnološkim (PTS). Proces njegovog formiranja, ako nije prilagođen komponentama životne sredine (drugim rečima, u skladu sa zakonima razvoja ekosistema), po pravilu dovodi do narušavanja prirodnih
interakcije u prirodnom sistemu, uglavnom zbog unošenja u njega „vanzemaljskih” komponenti, koje ekosistem može percipirati kao zagađivače. Neprihvatljivo je potcjenjivanje ovih interakcija tokom građevinskih radova, jer dovodi do smanjenja kvaliteta gradnje i pogoršanja kvaliteta životne sredine.
Ekološki neispravne aktivnosti graditelja i restauratora nanose nepopravljivu štetu prirodnom krajoliku i informacijskoj komponenti ekosistema. Kako napominje Prutsyn O.I, uništava se arhitektonsko-istorijsko okruženje*: „Narušava se silueta prostornih kompozicija, harmonična podređenost cijele strukture i jedinstvo ansambla. Silueta i proporcionalnost postignuta u istorijskom periodu moraju se u potpunosti sačuvati, jer se zahvaljujući klasičnim proporcijama lako mogu kombinovati sa bilo kojim nadolazećim razvojem.”
Ne treba zaboraviti da je pejzaž sveobuhvatna i vanvremenska stvarnost u kojoj je čovjek postojao u predurbanoj eri. Upravo je besprekoran osećaj pejzaža bio svojstven ljudima u prošlim vekovima, kada su se zgrade spajale sa prirodnim okruženjem. Arhitektura prošlosti i danas predstavlja školu izvrsnosti u arhitekturi i urbanističkom planiranju u Rusiji. Već od 11. stoljeća. Gradske vlasti su obavezale graditelje da poštuju pravila urbanističkog planiranja i zakone koji regulišu odnos arhitekture i prirode. U Rusiji od 11. veka. Na snazi je bio vizantijski „Gradski zakon“, zapisan u kormilarskim knjigama**. Među njegovim odredbama bile su, na primjer, sljedeće: „Tek tada se zgrada može istinski vidjeti kada se nalazi na dobro uređenom mjestu. Prije izgradnje, pažljivo pregledajte područje. Odaberite lokaciju tako da zgrada ne ometa prirodu.” Ili ove: “...zapovijedamo da oni koji obnavljaju oronulo dvorište ne oduzimaju svjetlo svom susjedu i ne lišavaju ga izgleda, ne mijenjaju prvobitni imidž”; “...nemojte nasilno blokirati pogled svom komšiji ako on direktno vidi more dok stoji u svom dvorištu.” A danas, u građevinskim i restauratorskim aktivnostima, “prirodna” logika bi trebala postati temeljna.
U fazi razvoja razumnog stava prema očuvanju prirode, trebalo bi doći do postepenog pretvaranja biotehnosfere u noosfera - sfera razuma, koja je, prema V. I. Vernadskom, neizbježna i prirodna faza u razvoju biosfere.
Dokaz početka takve transformacije je koncept „održivog razvoja“, „održive izgradnje“, „održive obnove“ usvojen od strane UN, a koji je direktno povezan sa konceptom „ekološke održivosti“. Ovo posljednje podrazumijeva sposobnost ekosistema da održi svoju strukturu i funkcionalne karakteristike kada je izložen vanjskim faktorima. Često se „održivost životne sredine“ smatra sinonimom za stabilnost životne sredine.
U nastavku su navedeni osnovni koncepti i zahtjevi koji se odnose na kategoriju ekološke održivosti. Njihovo razumijevanje je neophodno za rješavanje aktuelnih problema upravljanja okolišem u oblastima građevinsko-restauratorskih djelatnosti, stvaranje ugodnog životnog okruženja i utvrđivanje strategije za aktivnosti u oblasti „održivog razvoja“, „održive izgradnje“, „održive obnove“.
* Prutsyn O., Rymashevsky B., Borusevič V. Arhitektonsko-istorijsko okruženje. - M.: Stroyizdat, 1990.
** Alferova G.V. Kormilarska knjiga kao najvredniji izvor drevne ruske urbanističke umjetnosti // Byzantine temporary book, 1973. - T. 35.
1) živa materija (skup organizama različitih vrsta).
Živu materiju karakteriše i raznovrsnost vrsta i njihov broj, kao i tendencija povećanja njihovog broja u procesu evolucije žive prirode.
Životni oblici su veoma raznoliki. Postoji oko 500 hiljada vrsta biljaka i oko 1,5 miliona vrsta životinja. Bez obzira na svu raznolikost vrsta, masa žive materije na Zemlji je relativno mala, 105-106 km 3 . ako se ova vrijednost uzme kao 1, onda je masa atmosfere 10, hidrosfera 10 000, litosfera 100 000, a masa cijele Zemlje 100 miliona.
2) biogene materije - organomineralni i organski proizvodi stvoreni od organizama (svi oblici dendrita (razgranati kristali - oksidi mangana, samorodni bakar, srebro, zlato, bizmut, kalcit i aragonit u kraškim pećinama), ugalj, nafta, gas itd. d.);
3) neživa (inertna materija) – neživa neorganska jedinjenja, materije u čijem stvaranju nisu učestvovali živi organizmi (magmatske stene, minerali, sedimentne stene);
4) bioinertna supstanca - anorganski proizvodi koji nastaju kao rezultat interakcije živih i inertnih materija (kiseonik koji stvaraju zelene biljke; glavna vrsta bioinertne supstance je voda, a glavno bioinertno telo je zemljište; mešavina hranljivih materija sa mineralne stijene nebiogenog porijekla obuhvataju mulj, prirodne vode, plin i uljne škriljce, dio sedimentnih karbonata, pejzaže); Sama biosfera je bioinertni sistem.
5) radioaktivne materije;
6) rasuti atomi;
7) supstance kosmičkog porekla (meteoriti).
Noosfera. Karakteristično.
Noosfera- ovo je faza razvoja biosfere u kojoj će osoba, svjesno koristeći svoje znanje, održavati postojanje biosfere i promovirati njen razvoj.
1. Noosfera je istorijski poslednje stanje geološke ljuske biosfere, koje je transformisano ljudskom aktivnošću.
2. Noosfera – sfera uma i rada.
3. Promjene u biosferi uzrokovane su i svjesnom i podsvjesnom ljudskom aktivnošću.
4. Razvoj noosfere povezan je sa razvojem socio-ekonomskih faktora.
Struktura biosfere.
Zemljina biosfera je složen termodinamički otvoren sistem, koji uključuje, prema definiciji V.I. Vernadskog, gornjih slojeva zemljine kore, cijele hidrosfere i donjeg dijela atmosfere - troposfere sa organizmima koji ih naseljavaju. Prirodno, biosfera se raspada na manje-više nezavisne cjeline, koje karakterizira vrlo zatvoren ciklus supstanci.
Granice biosfere.
Donja granica biosfere ograničena je temperaturom podzemne vode i stijena, koja se postepeno povećava i na dubini od 1,5-15 km (gejziri-matični kamen) već prelazi 100 ºS. Najveća dubina na kojoj se bakterije nalaze u slojevima zemljine kore je 4 km. U naftnim poljima na dubini od 2-2,5 km bakterije se nalaze u značajnim količinama. U okeanu se život širi na veće dubine i nalazi se čak i na dnu okeanskih depresija (10-11 km od površine), gdje je temperatura oko 0 ºS.
Gornja granica života u atmosferi ograničena je intenzivnom koncentracijom ultraljubičastog zračenja. Fizička granica širenja života u atmosferi je ozonski ekran, koji na visini od 25-30 km apsorbuje većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, iako je većina živih bića koncentrisana na nadmorskoj visini od 1-1,5 km.
Faze evolucije biosfere. Kratak opis.
Prva faza. Formiranje rane zemljine kore, atmosfere i hidrosfere. Pojava geološkog ciklusa supstanci.
Druga faza. Prebiološka (hemijska) evolucija.
U ovoj fazi (prije 4,6-3,8 milijardi godina) na Zemlji su se odvijali procesi sinteze i akumulacije jednostavnih organskih jedinjenja neophodnih za postojanje života: aminokiselina i jednostavnih peptida, azotnih baza, jednostavnih ugljikohidrata.
Treća faza. Drevna biosfera. Evolucija prokariotskog svijeta. Pojava biološke cirkulacije tvari. Formiranje atmosfere kiseonika.
Četvrta faza. Pojava eukariota. Naselje sushi. Savremeni biodiverzitet organskog svijeta.
Doktrina biosfere
Koncept biosfere. Struktura i granice biosfere
Biosfera(od grčke riječi bios - život, sphaira - lopta) - područje sistemske interakcije između žive i inertne materije planete. Predstavlja globalni ekosistem, tj. ukupnost svih ekosistema na našoj planeti.
Prvi mandat "biosfera" u naučnu literaturu uveo austrijski geolog 1875. godine E. Suess.
Zasluga stvaranja doktrine o biosferi pripada V.I. Vernadsky. Osnova ovog učenja je koncept biosfere kao integralne ljuske Zemlje, naseljene životom i kvalitativno transformisane živom materijom planete. Prema V.I. Vernadskog, živa materija Zemlje je najmoćnija sila u biosferi, koja materijalno i energetski određuje njene funkcije.
Struktura biosfere. Biosfera uključuje:
- aerobiosfera– donji dio atmosfere;
- hidrobiosfera– čitava hidrosfera;
- litobiosfera– gornji horizonti litosfere.
Atmosfera– vazdušni omotač Zemlje. U vertikalnom smjeru, atmosfera je podijeljena na nekoliko glavnih slojeva: troposfera (do 9-17 km); stratosfera (do 50-55 km); mezosfera (do 80-85 km); termosfera (do 100 km).
Na nadmorskoj visini od 15-20 km nalazi se ozonski sloj, štiteći žive organizme od oštrog ultraljubičastog zračenja.
Hidrosfera– vodena školjka Zemlje, pokriva 2/3 površine planete. Hidrosfera se odnosi na glavne vode na površini zemlje u tekućem i čvrstom agregatnom stanju. Zapremina vode u hidrosferi nije ograničena na količinu koja je koncentrisana u okeanima i morima. Više od 40% vode nalazi se u dubinama litosfere, mali dio je u atmosferi.
Litosfera- čvrsta ljuska Zemlje, sastavljena od stijena i njihovih derivata vulkanskog porijekla, sedimentnih jedinjenja i produkata vremenskih uslova.
Granice biosfere. Savremeni život je rasprostranjen u gornjem dijelu zemljine kore (litosfera), u donjim slojevima vazdušne ljuske (atmosfera) i u vodenoj ljusci Zemlje (hidrosfera).
Živi organizmi prodiru na kratku udaljenost duboko u Zemlju. U litosferi život je ograničen prvenstveno temperaturom stena i podzemnih voda, koja se postepeno povećava sa dubinom i na nivou od 1,5-15 km prelazi 100 0 C. Najveća dubina na kojoj su žive bakterije pronađene u stenama Zemlje kora je 4 km.
U okeanu je život rasprostranjen na većim dubinama i nalazi se čak i na dnu oceanskih depresija 10-11 km od površine.
Gornja granica života u atmosferi određena je nivoom UV zračenja. Na nadmorskoj visini od 25-30 km, većinu sunčevog UV zračenja apsorbuje ozonski omotač koji se nalazi ovdje. Ako se živi organizmi uzdignu iznad ovog sloja, umiru. Spore gljiva i bakterija nalaze se do visine od 20-22 km, ali je glavni dio aeroplanktona koncentrisan u sloju od 1-1,5 km. U planinama je granica rasprostranjenosti kopnenog života oko 6 km nadmorske visine.
Koncentracija i aktivnost života posebno je visoka blizu površine Zemlje. Rezervoari su naseljeni cijelom svojom debljinom, sa koncentracijama na površini i na dnu. Na kopnu je više od 99% žive materije koncentrisano u sloju dubokom nekoliko metara i nekoliko desetina metara (visoka stabla) od površine.
Posljedično, život se promatra u najtanjem filmu planete, gdje se odvijaju glavni procesi interakcije između žive i nežive prirode.
Ekstremne temperaturne granice koje neki oblici života mogu tolerirati kreću se od malih dijelova atmosfere na malim visinama do hiljadu ili više atmosfera na velikim dubinama.
Strukturne komponente biosfere. Funkcije žive materije u biosferi
Biosfera uključuje:
- živa materija(biljke, životinje, mikroorganizmi);
- nutrijent(otpadni proizvodi živih organizama - ugalj, bitumen, nafta);
- bioinertna supstanca(proizvodi raspadanja i prerade kamenih sedimenata od strane živih organizama - tla, kora za vremenske prilike, sve prirodne vode čija svojstva zavise od aktivnosti žive materije na Zemlji);
- inertna materija(ukupnost onih supstanci u biosferi u čijem formiranju žive supstance ne učestvuju - stene magmatskog, neorganskog porekla, voda, kosmička prašina, meteoriti).
Razlikuju se sljedeće funkcije žive tvari:
1. Energetska funkcija sastoji se u uspostavljanju veze između biosferno-planetarnih pojava i zračenja Kosmosa (sunčevo zračenje). Osnova ove funkcije je fotosinteza, tokom koje dolazi do akumulacije sunčeve energije i njene naknadne preraspodjele između komponenti biosfere. Akumulirana sunčeva energija osigurava tok svih životnih procesa.
2. Hvala gasna funkcija gasovi migriraju, transformišu se i formira se gasni sastav biosfere;
3. Funkcija koncentracije očituje se u izvlačenju i akumulaciji živih organizama biogenih elemenata iz okoline, koji se koriste za izgradnju tijela. Koncentracija ovih elemenata u tijelu živih organizama je stotine i hiljade puta veća nego u vanjskom okruženju.
4. Redox funkcija sastoji se u kemijskoj transformaciji tvari koje sadrže atome s promjenjivim oksidacijskim stanjem (gvožđe).
5. Prilikom implementacije destruktivnu funkciju javljaju se procesi povezani sa razgradnjom ostataka mrtvih organizama. U ovom slučaju dolazi do mineralizacije organske materije, tj. transformacija žive materije u inertnu materiju.
6. Biogeohemijska– razmnožavanje, rast i kretanje u prostoru žive materije.
7. Informacije– sposobnost da se određene informacije akumuliraju, konsoliduju u nasljedne strukture i zatim prenesu na sljedeće generacije.
8. Funkcija formiranja okoline je u velikoj mjeri integrativan (rezultat zajedničkog djelovanja drugih funkcija). Aktivnost živih organizama odredila je savremeni sastav atmosfere od kojeg zavise radijacijski i termalni režimi na planeti i spektralni sastav sunčeve svjetlosti koja dopire do površine Zemlje. Vegetacijski pokrivač značajno određuje ravnotežu vode, raspodjelu vlage i klimatske karakteristike velikih prostora. Živi organizmi igraju vodeću ulogu u samopročišćavanju zraka, rijeka i jezera, sastav soli u prirodnim vodama i distribucija mnogih kemikalija između kopna i oceana uvelike ovise o njima. Biljke, životinje i mikroorganizmi stvaraju tlo i održavaju plodnost. Konačno, biota je ljude obdarila hranom, odjećom i mnogim drugim stvarima, stvarajući jedinstvenu zajednicu raznolikih organizama - glavno bogatstvo planete i čovjekove okoline.
Glavne faze razvoja biosfere. Trenutno stanje biosfere
Život je nastao na osnovu kruženja organske materije, uzrokovane interakcijom procesa njene sinteze i uništenja (uništenja). To se dogodilo zbog činjenice da je biotički ciklus proizašao iz općeg geološkog ciklusa tvari. Živa materija, formirajući se na Zemlji, uključila je sve svoje elemente u grandiozni ciklus. Tako je započeo proces formiranja biosfere, koji traje do danas. U početku je biosfera funkcionirala kao interakcija jednoćelijskih organizama. Tada su se pojavili višećelijski organizmi. Evoluirali su do modernih oblika.
Od svog nastanka, biosfera je prolazila kroz stalne promjene, koje se očituju u povećanju raznolikosti vrsta, u usložnjavanju njihove organizacije i rastu biomase. U procesu životne aktivnosti organizama, neživi dio biosfere radikalno se transformirao. U atmosferi se pojavio slobodni kiseonik, a u njenim gornjim slojevima pojavio se ozonski ekran. Ugljični dioksid, ekstrahiran od strane organizama iz vode i zraka, bio je sačuvan u naslagama uglja i kalcijum karbonata su trajno isključene iz ciklusa tvari (naslage minerala). Istovremeno je došlo do trošenja stijena, u čemu su aktivno učestvovali i živi organizmi. Oslobađanjem ugljen-dioksida, organskih i mineralnih kiselina doprineli su stalnoj migraciji hemijskih elemenata.
Dakle, ukupna vitalna aktivnost organizama u razvoju određuje karakteristike biosfere, što zauzvrat određuje mogućnost opstanka i smjer evolucijskih transformacija pojedinih vrsta.
Glavne faze evolucije biosfere kao globalnog okruženja za život na Zemlji treba posmatrati sa stanovišta formiranja glavnih životnih sredina.
Istaknite pet istorijskih faza u evoluciji biosfere:
1 – nastanak i razvoj života u vodi;
3 – kolonizacija zemljišta organizmima i formiranje novih životnih sredina: tlo-vazduh i tlo;
4 – nastanak čovjeka i njegova transformacija iz obične biološke vrste u biosocijalno biće;
5 – prelazak biosfere pod uticajem inteligentne aktivnosti u novo kvalitativno stanje – u noosferu.
Noosfera (“ljuska za razmišljanje”, sfera razuma) je najviši stupanj razvoja biosfere. To je „sfera interakcije između prirode i društva, unutar koje razumna ljudska aktivnost postaje glavni, odlučujući faktor razvoja“.
Noosfera - ovo je integralna planetarna ljuska Zemlje, naseljena ljudima i racionalno transformirana od njih u skladu sa zakonima očuvanja i održavanja života za skladan suživot društva sa okolnim prirodnim uvjetima.
Molekul - svaki živi sistem se manifestuje na nivou funkcionisanja
biopolimeri (složena organska jedinjenja) napravljeni od
veliki broj jedinica - monomera (jednostavno raspoređenih spojeva)
Ćelija – Ćelija je jedinica razvoja živih organizama. Ona
predstavlja samoregulirajući život koji se samoreproducira
sistem.
Tkivo je skup ćelija slične strukture i međućelijske
tvari ujedinjene zajedničkom funkcijom
Organ je strukturna i funkcionalna kombinacija nekoliko vrsta tkiva
Organizam je kompletan sistem organa,
specijalizovan za obavljanje raznih funkcija
Populacija je skup organizama iste vrste, ujedinjenih
zajedničko stanište
Biogeocenoza je skup organizama različitih vrsta i njihovih okolišnih faktora
staništa ujedinjena metabolizmom
