Вплив живих організмів на географічну оболонку (стр. 10 из 12)
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%.