L'environnement inorganique de la biosphère se compose de. Qu'est-ce que la biosphère

La biosphère est la coquille de la terre, qui recouvre tous les organismes vivants, leur habitat, ainsi que les déchets. La définition de la biosphère a été introduite pour la première fois par le scientifique autrichien Suess en 1875. Cependant, le contenu de ce concept n'a été révélé que cinquante ans plus tard par l'académicien Vernadsky.

La biosphère, bien qu'elle semble être quelque chose d'immense, a encore ses limites. La limite supérieure de la biosphère passe dans l'atmosphère, et plus précisément, dans la troposphère et atteint la couche d'ozone de la Terre. La limite inférieure est définie dans la couche de lithosphère et comprend toute l'hydrosphère, ainsi qu'une petite partie de la lithosphère. L'épaisseur totale de la couche verticale de la biosphère est de près de 20 km. La structure de la biosphère comprend quatre principaux types de substances. La matière vivante est considérée comme l'une des plus importantes - ce sont tous les corps qui habitent la Terre, quel que soit le système auquel ils appartiennent (micro-organismes, animaux, plantes). Les substances que les organismes vivants créent et transforment au cours de leur vie sont appelées substances biogéniques. Ce sont le pétrole, le schiste bitumineux, le calcaire et autres. Il y a aussi une substance inerte. Contrairement au biogène, il se produit sans la participation d'organismes vivants. Une substance créée à la fois par des organismes vivants et par des processus indirects est appelée substance bioinerte. La matière vivante remplit d'importantes fonctions biochimiques dans la biosphère, qui assurent une circulation constante des substances, de l'énergie, l'intégrité de la biosphère et son existence. La fonction gazeuse est caractérisée par un échange constant de gaz entre la vie et organismes inanimés. Les organismes vivants effectuent cet échange gazeux par la respiration et les plantes par la photosynthèse. La fonction de concentration de la matière vivante reflète la capacité des organismes vivants à accumuler en eux-mêmes des éléments chimiques. Grâce à cette fonction, des accumulations de charbon, de tourbe, de pétrole se sont formées. La fonction redox est associée aux métabolismes chimiques. Il sert de base au métabolisme, ainsi qu'aux échanges plastiques et énergétiques. La fonction énergétique de la matière vivante est principalement assurée par les plantes. La biosphère a besoin d'énergie pour exister. Les plantes vertes captent la lumière du soleil et, grâce à la photosynthèse, créent des corps chimiques, sortes d'accumulateurs qui deviennent une source d'énergie pour la biosphère.

La biosphère est la coquille terrestre sur laquelle les organismes vivants vivent et interagissent. C'est une collection de plantes, d'animaux, de champignons et de bactéries et les résultats de leur activité vitale. La biosphère est capable de réguler indépendamment les processus naturels, en excluant les objets qui contredisent les processus de son développement. C'est le shell actif la surface de la terre, qui est une force géochimique à l'échelle mondiale.

1 Propriétés générales de la biosphère

La biosphère est la quatrième coquille de la Terre, contenant tous les organismes vivants et la partie de la substance de la planète qui est en échange continu avec ces organismes. La biosphère est la zone d'existence des organismes vivants sur Terre. Les premières idées sur la biosphère comme zone de vie appartiennent au naturaliste français J.B. Lamarck. Littéralement, la biosphère est la sphère de la vie, puisque « bios » est la vie, et « sphaira » est une boule, une sphère. Cette trermine a été introduite pour la première fois par le géologue autrichien Eduard Suess en 1875.

Les idées modernes sur la biosphère ont été formulées par le scientifique ukrainien V.I. Vernadsky, d'abord dans des articles séparés, puis dans des conférences données à l'Université Charles (Prague) et à la Sorbonne (Paris). Les dispositions développées par Vernadsky ont été résumées dans le livre "Biosphère", publié en 1926.

L'essence de l'enseignement de Vernadsky réside dans la reconnaissance du rôle exceptionnel de la matière vivante qui transforme la face de la planète. Vernadsky considérait la surface de la Terre comme une sorte de coquille dont le développement est largement déterminé par l'activité des organismes vivants. Vernadsky a prouvé que les organismes vivants ont une influence décisive sur tous les processus géologiques qui façonnent la face de la Terre. L'activité vitale des organismes vivants détermine la composition chimique de l'atmosphère, la concentration de sels dans l'hydrosphère, la formation des sols et d'autres processus. Les organismes vivants non seulement s'adaptent aux conditions environnementales, mais les modifient également activement. Ce sont les organismes vivants qui captent et transforment l'énergie rayonnante du Soleil et créent l'infinie diversité de notre monde.

La caractéristique la plus importante de la biosphère est la migration biogénique des atomes éléments chimiques, causée par l'énergie rayonnante du Soleil et se manifestant dans le processus de métabolisme, de croissance et de reproduction des organismes. (En d'autres termes, on peut dire que la matière vivante convertit l'énergie des rayons solaires en énergie potentielle, puis en énergie cinétique des processus biochimiques.) La migration biogénique des atomes dans la biosphère repose sur 2 principes biochimiques : le désir pour la manifestation maximale ("ubiquité") de la vie (la capacité des substances vivantes à développer rapidement un espace libre) et à assurer la survie des organismes, ce qui assure la migration très biogénique.

Un autre aspect majeur de l'enseignement de Vernadsky est son idée de l'organisation de la biosphère, qui se manifeste dans l'interaction coordonnée de la matière vivante et non vivante, dans l'adaptabilité mutuelle des organismes et de l'environnement.

La biosphère comprend partie inférieure atmosphère (jusqu'à la couche d'ozone - à une altitude de 20-25 km), toute l'hydrosphère * et la partie supérieure de la lithosphère, c'est-à-dire la zone où existe la vie, les organismes vivants. À l'heure actuelle, il est généralement admis que la limite supérieure de la biosphère se situe à une altitude d'environ 85 km au-dessus de la surface de la Terre, puisque c'est à cette altitude (dans la stratosphère) que des spores de micro-organismes ont été trouvées dans un milieu latent (caché , dormant). La limite inférieure de la biosphère est située dans les profondeurs de la lithosphère, où la température atteint 100 0 C et se situe à une profondeur de 1,5-2 km et 7-8 km (selon le type de roches). Des données récentes indiquent que certaines bactéries peuvent exister à des températures allant du zéro absolu à +180 0 C, sous vide, dans les réacteurs nucléaires.

La masse totale de la matière vivante de la biosphère est de 2,42 billions de tonnes (2,42∙10 12 tonnes; la masse de la biosphère est de 10 19 tonnes), soit 2 000 fois moins que la masse de la coquille la plus légère de la Terre - la atmosphère (5,15 * 10 15 tonnes) , 10 millions de fois moins que la masse de la croûte terrestre, un milliard de fois moins que la masse de la Terre (6 * 10 21 tonnes). La biomasse des végétaux (phytomasse) est de 2,4*10 12 t, la biomasse des animaux et des micro-organismes (zoomasse et bactériomasse) est de 0,02*10 12 t (en matière sèche). Dans le même temps, la différenciation des espèces des animaux est 5 fois supérieure à la différenciation des espèces des plantes (1,5 à 1,7 million d'espèces animales et 300 000 (selon Belyavsky) -500 000 (selon Kucheryavoy) plantes).

Un trait caractéristique de la matière vivante par rapport à la matière non vivante est une activité très élevée, un taux de réactions élevé (des centaines à des milliers de fois supérieur à celui de la matière non vivante), par exemple un métabolisme très rapide. Toute la matière vivante de la biosphère est mise à jour en moyenne pendant 8 ans. La biomasse de l'océan mondial est mise à jour en 33 jours, et sa phytomasse quotidiennement, la phytomasse de la terre - en environ 14 ans en raison de la durée de vie plus longue des plantes terrestres. Les chenilles de certains insectes transforment la nourriture 100 à 200 fois leur propre poids par jour, les vers de terre traversent leur corps toute la couche de sol d'un mètre sur Terre en 200 ans.

Les organismes vivants se caractérisent non seulement par un mouvement passif (sous l'influence de la gravité), mais aussi par un mouvement actif (contre le flux d'eau, le mouvement des masses d'air).

Grâce aux organismes vivants, la biosphère remplit les fonctions suivantes :

énergie (accumulation et transformation d'énergie);

gaz (la capacité de modifier et de maintenir la composition gazeuse de l'habitat);

redox (intensification de ces processus dans l'espace sous l'action de la matière vivante) ;

la concentration (la capacité de collecter dans votre corps les atomes d'éléments chimiques dispersés dans l'espace) ;

destructeur (décomposition des résidus organiques et des matières inertes);

transport (transfert de matière et d'énergie résultant du mouvement actif des organismes);

formation de l'environnement (modification des paramètres physiques et chimiques de l'environnement);

informationnel (accumulation, consolidation dans des structures héréditaires, transmission d'informations), etc.

Pour la première fois, V.I. Vernadski. Il considérait les types de matière suivants comme les principaux composants de la biosphère (7 au total):

a) la matière vivante (plantes, animaux, micro-organismes) ;

b) matière biogénique - produits organiques et organominéraux créés par des organismes vivants au cours de l'histoire géologique (charbon, schiste bitumineux, tourbe, pétrole, gaz de la biosphère - oxygène, dioxyde de carbone, eau, ammoniac, sulfure d'hydrogène et autres), qui sont une source de énergie potentielle puissante;

c) matière inerte (gravitant vers permanent, immobile) - roches d'origine inorganique (c'est-à-dire formées par des processus auxquels la matière vivante n'a pas participé) et eau; cette substance est un substrat ou un environnement permettant aux organismes vivants de vivre ;

d) substance bioinerte - résultat de l'interaction de substances vivantes et non vivantes (roches sédimentaires, sols, limons - sols sous-marins, eaux naturelles), et elles représentent une énergie biogéochimique importante dans la biosphère; la proportion de vivants et de non vivants dans la matière bio-inerte fluctue, par exemple, le sol est composé en moyenne de 93 % de substances minérales et de 7 % de substances organiques.

Outre les types de substances répertoriés, il existe également des substances en désintégration radioactive (polonium, radium, radon, uranium, neptune, plutonium, etc.), la substance des atomes dispersés (rubidium, césium, niobium, tantale forment des composés à grande profondeurs de la croûte terrestre, l'iode et le brome ne réagissent qu'à la surface de la Terre) et une substance d'origine cosmique.

2 Composition et fonctionnement de la biosphère

Le composant principal de la biosphère est la matière vivante, c'est-à-dire l'ensemble des organismes vivants. Un organisme est un être vivant d'un certain niveau d'organisation biologique (gène-cellule-organe-organisme-population-communauté). Les organismes diffèrent de la nature inanimée par un certain ensemble de propriétés : organisation cellulaire (à l'exception des virus et des phages, organismes précellulaires) ; métabolisme (métabolisme), à ​​l'aide duquel l'homéostasie du corps est maintenue (auto-renouvellement, constance de l'environnement interne, etc.); mouvement, irritabilité, croissance, développement, reproduction, adaptation, etc.

La matière vivante de la biosphère est constituée d'organismes de 3 types principaux :

producteurs ou autotrophes - organismes qui utilisent des sources inorganiques pour leur existence, c'est-à-dire créer de la matière organique en utilisant l'énergie solaire, l'eau, le dioxyde de carbone et les sels minéraux ; ce type comprend les plantes vertes du milieu terrestre et aquatique, les algues bleu-vert, certaines bactéries chimiosynthétiques ;

décomposeurs ou décomposeurs (ce sont aussi des hétérotrophes, car ils ne créent pas de matière organique, mais consomment du prêt à l'emploi) - organismes qui décomposent les produits organiques d'organismes morts (producteurs et consommateurs) en composés simples - eau, dioxyde de carbone, dioxyde d'azote , les sels minéraux (c'est-à-dire transformer la matière organique en matière inorganique) ; ce sont des bactéries, des champignons inférieurs ; le nombre d'espèces de ce groupe est le plus petit - il y a 75 000 espèces avec une masse totale de 1,8 * 10 8 tonnes.

Le principal moteur du développement des processus dans la biosphère est l'énergie biochimique de la matière vivante. Considérons le schéma général du cycle biologique de la matière dans la biosphère.

Schéma du transfert de matière et d'énergie dans les écosystèmes naturels

Substance SOLEIL

énergie

PRODUCTEURS CONSOMMATEURS CONSOMMATEURS

1ère commande 2ème commande

RÉDUCTEURS

SUBSTANCES CHIMIQUES

Les producteurs (plantes) produisent de la matière organique par photosynthèse en consommant du dioxyde de carbone, de l'eau et de l'énergie

6CO 2 + 6H 2 O  C 6 H 12 O 6 + 6O 2;

les chimioproducteurs consomment de l'énergie réactions chimiques(par exemple, les producteurs de soufre - les bactéries violettes reçoivent les substances nécessaires non pas de l'eau, mais du sulfure d'hydrogène, et produisent de la matière organique; il existe également des bactéries nitrates, nitrites);

les consommateurs de 1er ordre (animaux herbivores) consomment la masse organique des végétaux ; les consommateurs de 2ème ordre (carnivores), 3ème (plantes carnivores, champignons) mangent d'autres consommateurs ;

les décomposeurs reçoivent de l'énergie en consommant la matière organique des producteurs et des consommateurs, en décomposant cadavres plantes et animaux en produits chimiques simples (CO 2 , H 2 O, minéraux), fermant le cycle des substances dans la biosphère.

En général, la biosphère ressemble beaucoup à un superorganisme géant, dans lequel la constance dynamique des propriétés physicochimiques et biologiques de l'environnement interne et des fonctions de base est automatiquement maintenue. Ainsi, la biosphère est un système d'organismes en interaction et de composants inanimés de la nature, et pas seulement leur totalité.

Dans la vision moderne, la biosphère est un écosystème global, un système ouvert avec ses propres « entrées » et « sorties ». "Entrée" - le flux d'énergie solaire provenant de l'espace. "Sortie" - substances créées au cours de l'activité vitale des organismes qui, pour diverses raisons, ont "abandonné" le cycle biologique. C'est ce qu'on appelle « entrer dans la géologie » - pétrole, charbon, roches sédimentaires, etc.

Lors de l'étude de l'interaction des organismes entre eux et avec l'environnement, le concept d '«écosystème» est utilisé. Un écosystème est un ensemble d'éléments cohabitant différents types organismes et les conditions de leur existence, qui sont en relation régulière les uns avec les autres. Le terme a été proposé par l'anglais. scientifique A. Tensley (1935). Il existe 4 niveaux d'écosystèmes :

microécosystèmes (tronc d'arbre en décomposition ; coussin de lichens : algues, champignons, petits arthropodes) ;

les mésoécosystèmes (forêt, mare, steppe, lac…) ;

macroécosystèmes (continent, océan);

écosystème global (biosphère de la Terre).

Un synonyme du concept d '«écosystème» est le terme «biogéocénose», proposé par l'écologiste soviétique Sukachev (Vlad. Nik.). Selon la définition, la biogéocénose est une section de la surface terrestre avec une végétation, une faune, des conditions climatiques et pédologiques relativement homogènes, qui sont ensemble les composants d'un seul organisme, interconnectés par le métabolisme et l'énergie. Le concept de biogéocénose correspond au mésoécosystème.

La relation des êtres vivants entre eux et avec la matière non vivante est très complexe. Le nombre de connexions possibles entre les membres de l'écosystème est déterminé par la formule :

A= ------------- ,

où A est le nombre de connexions, N est le nombre d'espèces dans l'écosystème. Par exemple, N = 1 000, A = 1 000 * 999/2  500 000. Parmi ces nombreuses connexions, il en existe d'extrêmement importantes et irremplaçables. (L'ingérence des gens dans les connexions biosphériques, dont ils ont une idée approximative, entraîne souvent des conséquences indésirables. Par exemple, dans les années 30 en Norvège, ils ont décidé de détruire les oiseaux de proie (hiboux polaires, faucons), ce qui a réduit la population de la perdrix polaire ; les chasseurs recevaient des primes, des avantages pour la destruction des oiseaux de proie ; une épidémie éclata chez les perdrix, qui détruisit presque complètement cette espèce ; dans ce cas, les chouettes et les faucons jouaient le rôle de préposés aux bénéficiaires.)

Les connexions les plus importantes nourriture, énergie.

En plus des liaisons énergétiques, alimentaires et chimiques, un rôle important dans la biosphère est joué par informatif Connexions. Les êtres vivants de la Terre maîtrisent différents types d'informations : visuelles, sonores, chimiques, électromagnétiques.

Malheureusement, le système de connexions dans la biosphère a jusqu'à présent été déchiffré en de façon générale. Du point de vue de la cybernétique, la biosphère est un système géant, qui, comme ses éléments constitutifs - les biogéocénoses, est décrit comme une "boîte noire". Les processus qui s'y déroulent sont encodés par nature. Il est sûr de dire que l'écosystème dans ses principales caractéristiques est autorégulateur, auto-organisé(voir ci-dessus - l'organisation de la biosphère est l'une de ses caractéristiques les plus importantes, selon Vernadsky). Les écologistes expliquent l'auto-organisation du système avec des informations qui abaissent l'écosystème. Il est contenu dans les organismes vivants, dans leur code génétique et leur capacité à s'adapter aux conditions environnementales changeantes.

Les caractéristiques ci-dessus de la biosphère (la capacité de maximiser la manifestation de la vie, la haute activité de la matière vivante, la capacité de s'autoréguler, etc.) en font durable système. Résumant les résultats de la recherche dans le domaine de la géologie, de la paléontologie, de la biologie et d'autres sciences naturelles, Vernadsky conclut que "la biosphère est un système dynamique stable, dont l'équilibre s'est établi dans ses principales caractéristiques depuis l'archéozoïque et a été invariablement actif pendant 1,5 à 2 milliards d'années ". Vernadsky a prouvé que la stabilité de la biosphère pendant cette période se manifestait dans la constance de sa masse totale (10 19 tonnes), de la masse de matière vivante, de l'énergie associée à la matière vivante (4,21 * 10 18 kJ), ainsi que dans la constance de la composition chimique moyenne des substances vivantes.

Vernadsky relie la stabilité de la biosphère à sa diversité. Toutes les fonctions des organismes vivants de la biosphère (formation de gaz, processus d'oxydation et de réduction, concentration d'éléments chimiques, etc.) ne peuvent être assurées par des organismes d'une même espèce, mais uniquement par leur complexe. De là découle une position extrêmement importante développée par Vernadsky : la biosphère terrestre s'est formée dès le début comme un système complexe avec un grand nombre d'espèces d'organismes, chacune jouant son rôle dans le système global. Sans cela, la biosphère ne pourrait pas exister du tout, c'est-à-dire que la stabilité de son existence était immédiatement imposée par sa complexité.

Selon la loi Winner-Shannon-Ashby de la diversité nécessaire, qui est considérée comme la loi cybernétique de base, un système n'a la force de bloquer les influences externes et internes que lorsqu'il a une diversité interne suffisante. De cette façon, la diversité(diversité des espèces d'organismes vivants, diversité des zones naturelles, conditions climatiques d'existence, diversité des habitats, etc.) est une autre caractéristique importante de la biosphère. Basée sur les concepts d'écosystème, la diversité des espèces n'est pas seulement une valeur arithmétique, en dessous de laquelle le monde vivant ne devrait pas tomber. C'est le besoin réel de toutes les espèces présentes sur la planète dans les chaînes trophiques des biogéocénoses et de la biosphère dans son ensemble. La diversité des espèces doit être préservée pour le fonctionnement normal de la biosphère.

3 Origine et évolution de la biosphère

Les premières théories scientifiques concernant l'origine des organismes vivants sur Terre étaient les théories de A. Oparin et J. Haldane. (Oparin, un biochimiste russe, a émis en 1923 une hypothèse sur la possibilité de l'émergence de composés organiques sans la participation de la matière vivante.) Selon ces théories, à l'aube de l'histoire géologique, la synthèse abiogénique s'est produite, c'est-à-dire dans les premiers océans terrestres saturés de divers composés chimiques simples, sous l'action de la chaleur des volcans, des décharges de foudre et d'autres facteurs environnementaux ont commencé la synthèse de substances organiques et de biopolymères plus complexes. Molécules complexes d'acides aminés combinés au hasard en polypeptides, qui, à leur tour, ont donné les premières créatures vivantes de taille microscopique.

Cette hypothèse a un inconvénient majeur. Il n'y a pas un seul fait qui confirmerait la possibilité d'une synthèse abiogénique sur Terre d'au moins certains des organismes vivants les plus simples à partir de composés non vivants. Des milliers d'expériences sur de telles synthèses ont été réalisées dans de nombreux laboratoires à travers le monde. L'Américain S. Miller (1953), basé sur la composition possible de l'atmosphère primaire de la Terre (azote, ammoniac, hydrogène, eau, méthane), a fait passer une décharge électrique à travers un mélange de gaz dans un appareil spécial. Il a réussi à obtenir les molécules de certains acides aminés (bases protéiques). Ces expériences ont été répétées de nombreuses fois, certains scientifiques ont réussi à obtenir des chaînes assez longues de protéines simples. Et c'est tout! Personne n'a eu la chance d'obtenir un seul organisme vivant des plus simples. Même si vous utilisez un équipement sophistiqué et certaines conditions, qui en fait n'existaient pas sur Terre.

Récemment, des mathématiciens ont calculé que la probabilité de naissance d'un organisme vivant à partir de blocs non vivants est pratiquement nulle. L. Blumenfeld a prouvé que la probabilité de formation aléatoire d'au moins une molécule d'ADN (acide désoxyribonucléique) pendant toute l'existence de la Terre est de 10 -800.

Contredire la théorie de la synthèse abiogénique et les données géologiques. Peu importe jusqu'où nous avons pénétré dans les profondeurs histoire géologique, aucune trace de cette période n'a été trouvée sur Terre alors que la vie n'y existait pas. Les paléontologues ont trouvé des fossiles de créatures plutôt complexes - bactéries, algues bleu-vert, champignons simples dans des roches vieilles de 3,8 milliards d'années (l'époque de la formation de la Terre il y a 4 à 4,5 milliards d'années).

Néanmoins, les théories de la synthèse abiogénique sont largement répandues et populaires à l'heure actuelle. Ces théories reposent sur quelques principes généraux : 1) l'accumulation dans l'océan de substances organiques synthétisées de manière abiogénique ; 2) des molécules capables de s'auto-copier (réplication) sont apparues dans les zones de concentration des substances organiques ; 3) sur la base de réplicateurs, les mécanismes de synthèse matricielle (y compris la biosynthèse des protéines), le code génétique, se sont formés, ce qui a assuré l'émergence de cellules de matière vivante.

La religion considère l'émergence de la vie sur Terre comme un acte de création par Dieu.

Certains scientifiques, dont Vernadsky, pensent que des organismes vivants ont été amenés sur Terre depuis l'espace avec des météorites ou des civilisations spatiales.

Vernadsky était sûr que la vie est géologiquement éternelle, c'est-à-dire qu'il n'y a pas eu d'ère dans l'histoire géologique où notre planète serait inanimée. Il croyait également que la vie est la même base éternelle du Cosmos que la matière et l'énergie. Partant de l'idée de la biosphère en tant que mécanisme terrestre, mais en même temps cosmique, Vernadsky a associé sa formation et son évolution à l'organisation du cosmos. "Il devient clair pour nous que la vie est un phénomène cosmique, et non purement terrestre." « … Il n'y a pas eu de commencement de vie dans le Cosmos que nous observons, puisqu'il n'y a pas eu de commencement de ce Cosmos. La vie est éternelle, comme le Cosmos est éternel. (Ceci est confirmé par la capacité des organismes à percevoir les informations de l'espace extra-atmosphérique, la sensibilité des organismes à l'action des champs électromagnétiques, etc.)

Toutes les théories évolutionnistes, à commencer par Charles Darwin, sont basées sur la position que le développement va du simple au complexe, que l'information génétique est contrôlée par l'environnement à travers la sélection naturelle des individus les plus aptes. Cependant, cela ne tient pas du tout compte du fait que ce sont les créatures les plus simples - les procaryotes - qui sont les mieux adaptées aux diverses conditions terrestres. Ils ont existé sur Terre sans changements notables dans leur structure pendant 3 milliards d'années et, sur toute la période de leur existence, ils ont tellement modifié l'environnement et la biosphère dans son ensemble qu'avec l'avènement de nouveaux organismes organisés de manière complexe, ils ont été forcé de se retirer dans l'arrière-plan. Ils prospèrent maintenant là où aucun autre ne peut exister : dans les eaux salées concentrées de certains lacs, des cheminées hydrothermales à haute température, voire dans des réacteurs nucléaires. Il y a donc une impasse évolutive.

Darwin lui-même, le créateur de la théorie de la sélection naturelle, ne pouvait pas expliquer un tel phénomène, alors que les formes les plus progressives n'ont souvent pas d'avantages dans le processus d'évolution. Selon Darwin, un trait est fixé dans les générations suivantes si, grâce à lui, le corps s'adapte mieux aux conditions de la vie. L'environnement naturel lui-même effectue la sélection - c'est pourquoi on l'appelle naturel. Un individu mieux adapté a plus de chances de survivre et de se reproduire. La vie montre de nombreuses exceptions à cette règle, même dans l'évolution de l'homme lui-même. Une personne plus développée intellectuellement, expérimentée, éduquée, devrait mieux s'adapter à la vie, car elle sait mieux s'y retrouver dans certaines circonstances, mais les statistiques montrent que ce sont les personnes exerçant des professions qui demandent une intelligence supérieure qui ont moins de descendants.

Dans De l'origine des espèces, Darwin a écrit que tout organe complexe est apparu à la suite de nombreux changements mineurs successifs. Cependant, des milliers de ces organes ont maintenant été découverts qui ne respectent pas cette règle, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'analogue d'un organe chez d'autres espèces, par exemple, une glande qui sécrète du poison chez un serpent, ou un "condensateur" chez une anguille qui frappe avec un courant électrique.

Darwin croyait que chaque espèce devait être précédée d'une espèce parente presque identique. Cependant, les découvertes des géologues confirment que toutes les espèces se sont remplacées brusquement de manière inattendue, presque sans changement au cours du processus d'existence, et ont également soudainement disparu.

Si l'évolution a vraiment eu lieu en modifiant progressivement certaines caractéristiques des espèces avec leur fixation ultérieure, alors parmi les restes fossiles d'organismes, il aurait dû y avoir un grand nombre de formes intermédiaires, cependant, dans une certaine couche de roches, nous trouvons les restes d'un seul espèces, et dans la couche adjacente - un type différent. Il est impossible d'expliquer cela avec une image paléontologique incomplète - pourquoi les formes intermédiaires d'organismes ont-elles disparu ?

Considérons les principales étapes de l'évolution de la biosphère.

Les premiers organismes vivants sur Terre étaient des procaryotes (il y a ~ 3 milliards d'années) - les organismes les plus simples dans les cellules desquels il n'y a pas de noyau : bactéries, algues bleu-vert ; ils sont originaires de l'hydrosphère). Les procaryotes étaient des anaérobies, c'est-à-dire existait dans un environnement anoxique (vivait au fond des mers). Ils obtiennent les substances et l'énergie nécessaires à la vie, en utilisant principalement les substances organiques du « bouillon primaire ». Mais en même temps ou un peu plus tard, certains organismes pourraient recevoir l'énergie nécessaire grâce à des réactions chimiques (dans le processus de chimiosynthèse) ou (déjà plus tard) à la suite de l'absorption et de la conversion de l'énergie solaire (dans le processus de photosynthèse ). Les premiers organismes chimiosynthétiques ont oxydé le soufre dans le sulfure d'hydrogène en soufre moléculaire ou le fer (+2) en fer (+3). Les premières bactéries photosynthétiques sont les cyanobactéries (algues bleues). Ils ont créé des molécules à partir de dioxyde de carbone et d'eau à l'aide de la lumière du soleil sucres simples libérant de l'oxygène. L'oxygène s'est accumulé dans l'atmosphère, remplaçant progressivement le méthane et l'ammoniac. Des organismes aérobies sont apparus dans l'océan qui utilisaient l'oxygène pour oxyder le glucose (pour la dégradation de l'oxygène des sucres simples). La matière vivante a peuplé l'ensemble de l'hydrosoufre, y compris les couches superficielles de l'océan et ses eaux peu profondes. Les procaryotes ont eu un impact énorme sur la composition de l'atmosphère, de l'hydrosphère et de la lithosphère (en augmentant la teneur en oxygène de l'atmosphère, en accélérant les processus de destruction des roches, de formation des sols, etc.).

Après les procaryotes, les eucaryotes sont apparus sur Terre - des organismes dont les cellules contiennent un noyau (il y a environ 1,5 à 2 milliards d'années). Au début, ils étaient unicellulaires, puis des organismes multicellulaires sont apparus (il y a environ 700 millions d'années). On pense qu'il y a environ 600 millions d'années, le processus évolutif le plus important a commencé dans la biosphère - la colonisation des continents par des organismes vivants. Les premières étaient des plantes autotrophes inférieures. Il y a environ 500 millions d'années, des plantes vasculaires et des insectes sont apparus. Les gymnospermes sont apparus il y a environ 350 millions d'années, et les plantes à fleurs (angiospermes) et les mammifères - à la fin de la période jurassique - il y a environ 100 millions d'années (à l'ère mésozoïque). À l'ère cénozoïque : il y a ~ 50 millions d'années, les céréales sont apparues, il y a ~ 20 millions d'années, il y a une augmentation de la diversité des espèces de mammifères, la teneur en oxygène dans l'atmosphère devient proche de la moderne.

Ainsi, la biosphère s'est formée dans les premiers stades du développement de la vie sur Terre, et très rapidement et sous une forme assez complexe. K. Tsiolkovsky croyait que de nombreux types de protozoaires sont apparus sur Terre en même temps. Vernadsky a également souligné la même idée.

Quelle est la raison de la variabilité des êtres vivants en général ? Quel est le moteur de l'évolution ? La découverte du code génétique a permis de se rapprocher de l'élucidation de ce mystère. Il s'est avéré que toutes les informations sur le corps sont cryptées dans la double hélice d'ADN et, selon ce programme, son développement individuel a lieu. (La structure du génome * (* génome - la totalité des gènes contenus dans un seul ensemble de chromosomes d'un organisme donné) d'organismes hautement organisés est très complexe - il y a 3 millions de paires de bases dans l'ADN humain ** (** nucléotide est un composé complexe, partie intégrante des acides nucléiques, des composés organiques de haut poids moléculaire et d'autres composés biologiquement actifs).) Par conséquent, la variabilité des organismes, l'émergence de nouvelles espèces en cours d'évolution, sont associées à un changement de enregistrements dans le code génétique. Il a été prouvé que l'information génétique est perturbée sous l'influence de facteurs mutagènes - rayonnement, produits chimiques actifs tels que les pesticides, température, etc. L'environnement est de plus en plus pollué par ces facteurs en raison des activités technologiques des personnes. La question se pose : nous préparons-nous à une catastrophe « génétique » ?

Sur la base des réalisations de la génétique, on peut supposer que l'évolution du monde organique se produit en raison de l'apparition de mutations, c'est-à-dire de déviations aléatoires du dossier génétique sous l'influence de facteurs mutagènes. environnement. Si de nouvelles propriétés sont bénéfiques pour l'organisme, elles sont fixées par la sélection naturelle.

Mais : les résultats des études génétiques montrent que la plupart des mutations sont nocives pour l'organisme. Les individus nés après l'influence mutagène des radiations ou des produits chimiques sont stériles, non viables. On sait également que les nouvelles espèces artificiellement élevées par hybridation ont tendance à se « scinder » en leurs prédécesseurs au fil du temps (un hybride d'un loup et d'un chien se scinde en un loup et un chien après plusieurs générations). Cela indique que le corps résiste à l'accumulation d'erreurs (mutations) dans le code génétique - y compris le mécanisme de réparation du code. La conclusion s'ensuit : l'émergence d'une nouvelle espèce d'organismes due à des mutations est peu probable.

Si nous comparons la structure de n'importe quelle cellule du corps humain et la cellule de l'animal le plus simple (par exemple, les ciliés), nous ne pouvons pas trouver de différences fondamentales. Cependant, chacune des cellules des êtres hautement organisés, en plus de ses fonctions habituelles (respiration, métabolisme), remplit également certaines fonctions particulières liées à l'activité vitale de l'organisme. Dans un état isolé, une cellule d'un organisme hautement organisé ne peut pas vivre, elle ne fonctionne qu'en coopération et coopération avec d'autres cellules.

Le programme de fonctionnement cellulaire depuis le tout début est enregistré dans sa structure chromosomique, contenue dans les gènes.

L'étude de l'évolution de la biosphère nous permet de conclure que chaque être vivant naît, se développe, accomplit son programme de vie en tant que partie intégrante d'un immense superorganisme - la biosphère. Celui-ci, à son tour, est le produit d'un superorganisme cosmique - la Galaxie. Et toutes les galaxies sont, pour ainsi dire, les cellules d'un super-superorganisme - le Cosmos.

K. Tsiolkovsky a résumé ses réflexions sur nous et notre place dans le Cosmos de la manière suivante : « Tout est généré par l'Univers. Elle est le commencement de toutes choses, tout dépend d'elle. L'homme et sa volonté n'est qu'une manifestation de la volonté de l'Univers... pas un seul atome de l'Univers n'échappe à la sensation d'une vie intelligente supérieure. Il est possible que la question "Qu'est-ce qui a donné naissance à l'Univers?" ne peut pas être réglé du tout." Tsiolkovsky pensait que la cause du Cosmos ne pouvait être que devinée.

Comment se déroule le programme d'évolution de la biosphère, nous ne le savons qu'en termes généraux. En particulier, il a été déterminé qu'en général, le processus d'évolution peut être considéré comme une augmentation de la quantité d'informations génétiques. Par exemple, la quantité d'informations chez les mammifères est 100 000 fois supérieure à celle des bactéries. De plus, non seulement la taille de la chaîne génétique, mais aussi sa structure sont d'une grande importance. L'évolution de la biosphère montre également que sous tout impact sur la biosphère (naturel ou anthropique), son homéostasie est assurée par la conservation de la diversité biologique.

Nous pouvons énoncer une autre caractéristique de l'évolution de la biosphère - son rythme croissant. Donc, si nous prenons conditionnellement l'âge de la Terre (4,5 milliards d'années) comme un jour (24 heures), alors dans de telles unités, la vie sur Terre existe pendant environ 20 heures, les premiers organismes vivants ont quitté la mer sur terre 6 heures 35 minutes il y a, les mammifères il y a 3 heures 46 minutes, l'homme - les 10 dernières secondes. Et les plus grands changements dans la composition et les caractéristiques de la biosphère se sont produits au cours de ces 10 secondes.

4 L'évolution humaine. Noosphère

L'apparition sur Terre de la Raison, dont l'homme est porteur, a radicalement changé le cours de l'évolution de la biosphère. Selon certains scientifiques, dont le célèbre biologiste et écrivain de science-fiction I. Efremov, seule une personne dans des conditions terrestres pourrait devenir porteuse de raison. (Écrivains de science-fiction: Simak - fleurs intelligentes, Strugatsky - chiens, Lem - un océan pensant de protoplasme. Le biologiste américain Bilinsky pense que dans certaines conditions, des reptiles intelligents, des pieuvres pourraient apparaître sur Terre.) Pour cela, une personne a tout le nécessaire : ​​des organes sensoriels puissants et, surtout, une vision, qui peut couvrir un grand espace, fixer avec précision des objets; membres développés capables de faire du travail; la forme d'une personne, ses traits d'animal pensant ne sont pas accidentels, ils correspondent surtout à un organisme doté d'un énorme cerveau pensant. Que signifie "énorme cerveau" ? La plupart des anthropologues croient aujourd'hui qu'il existe un certain minimum du cerveau, en dessous duquel son propriétaire ne peut pas devenir sensible. C'est 700-750 cm 3. Cependant, d'un autre côté, la masse cérébrale n'est pas la seule condition pour qu'un animal devienne intelligent. Sa structure est encore plus importante, en particulier la structure interne du cortex cérébral.

À les gens modernes le volume cérébral varie de 1 200 à 2 000 cm 3 . Les scientifiques ont découvert que les capacités potentielles du cerveau humain sont de plusieurs ordres de grandeur supérieures aux besoins physiologiques. Le développement du cerveau des premiers homonoïdes s'est produit beaucoup plus rapidement que les changements environnementaux requis. Le cerveau humain a atteint son niveau actuel de complexité bien avant l'apparition de la culture et de la civilisation. Selon certaines estimations, le cerveau d'une personne moderne n'est utilisé qu'à 2-3% de son potentiel. Il semble que l'évolution de l'homme ait prévu à l'avance les besoins futurs de l'homme et l'ait doté d'un tel «ordinateur», dont les nœuds principaux sont bloqués et seront utilisés un peu plus tard.

D'un point de vue génétique, le parent le plus proche de l'homme dans le règne animal est le singe. En termes de structure de la molécule d'ADN, l'homme et le chimpanzé ne diffèrent que de 2 %. Selon les généticiens, l'homme s'est séparé des primates anthropoïdes il y a environ 5 millions d'années. Mais les prédécesseurs de l'homme - Australopithecus, puis - Néandertaliens et Sinanthropes - ne sont pas nos ancêtres. Aujourd'hui, les scientifiques pensent que l'évolution de l'homme moderne a commencé beaucoup plus près de l'époque actuelle qu'on ne le pensait auparavant. Il y a environ 200 000 ans, on ne sait toujours pas pour quelle raison, un petit groupe de personnes de type moderne (Cro-Magnons) est apparu en Afrique australe, dont les descendants se sont installés en Afrique après 100 000 ans, puis se sont installés dans le monde entier ( par l'isthme de Suez, pénétrant en Eurasie). Ils différaient des Néandertaliens par leur grande taille, leur corps élancé, leur front haut, mais moins de force physique. Pendant un certain temps, les Néandertaliens ont vécu à côté d'Homo sapiens, mais ils n'ont pas supporté la concurrence avec des créatures intelligentes. Au fil du temps, les Néandertaliens ne se sont pas développés, mais se sont dégradés, car les Néandertaliens plus tard se sont éloignés de l'homme moderne que les précédents. Il s'agit d'une branche sans issue (ainsi que les sinanthropes et d'autres formes d'anciens homonoïdes).

La maison ancestrale de l'homme a été établie sur la base d'une étude de l'ADN de différents groupes raciaux. La plupart de L'ADN est concentré dans les noyaux des cellules. À chaque génération, l'ADN nucléaire change à mesure que les lignées héréditaires du père et de la mère sont mélangées. Mais dans les cellules, il y a de l'ADN de métachondries (formations spéciales qui fournissent de l'énergie à la cellule). L'ADN des métachondres n'est hérité que par la lignée maternelle, c'est-à-dire cet ADN ne peut changer que par des mutations aléatoires. Des biologistes américains, basés sur l'analyse de l'ADN des métachondries, ont découvert que toutes les personnes modernes de différentes régions ont un ancêtre et, en outre, l'horloge "génétique" est également tombée entre les mains de spécialistes - en raison de mutations, l'ADN modifie sa structure de 3% en 1 million d'années. Ainsi, il a été constaté que l'ADN le plus ancien se trouve chez les femmes africaines (200 000 ans), le plus jeune chez les femmes asiatiques (100 000 ans) et le plus jeune chez les femmes européennes (50 000 ans). Par conséquent, la migration des personnes est allée de l'Afrique vers l'Asie puis vers l'Europe ; les différences raciales des personnes sont apparues relativement récemment.

L'évolution humaine est inhabituelle. Contrairement à tous les autres organismes, l'homme utilise le feu, les outils, les habitations, les vêtements et d'autres moyens et techniques pour créer son propre environnement stable. Une personne n'a pas besoin de changer son organisation sous l'influence de changements dans l'environnement. Par conséquent, son évolution physique s'est pratiquement arrêtée. En préservant son environnement intérieur, une personne modifie davantage et à grande échelle l'environnement. Considérant le potentiel du cerveau humain, on peut imaginer les possibilités d'une personne pour l'amélioration de soi et le développement de l'intelligence.

L'homme dans la biosphère de la Terre est un nouveau facteur. L'homme n'influence pas seulement l'environnement, mais modifie également la structure des fondements mêmes de la biosphère à grande vitesse. À cet égard, le concept de la noosphère se pose. Le concept de « noosphère » est apparu en lien avec l'évaluation du rôle de l'homme dans l'évolution de la biosphère.

Le concept de « noosphère » est associé à l'apparition de l'homme dans la biosphère et à son évolution.

Le terme noosphère a été proposé pour la première fois dans les années 30 par des philosophes et naturalistes français (Teilhard de Chardin, Le Roy). Au sens littéral, le terme signifie "sphère de l'esprit" (noos - esprit).

La noosphère est le stade le plus élevé du développement de la biosphère, associé à l'émergence et à la formation d'une société civilisée en son sein, avec une période où l'activité humaine rationnelle devient le principal facteur déterminant du développement. La pensée scientifique et l'activité humaine ont modifié la structure de la biosphère, provoqué des changements physiques et chimiques dans toutes ses coquilles (atmosphère, lithosphère, hydrosphère).

Le concept de "noosphère" était chargé de sens et développé par Vernadsky, en particulier, en 1944, dans l'article "quelques mots sur la noosphère", publié avant sa mort, le scientifique donne son avis sur le développement ultérieur de la biosphère et sa transition vers une nouvelle qualité - la noosphère. Vernadsky a souligné le rôle particulier de la matière vivante dans les processus planétaires, dans la création et le développement de la biosphère. Parmi tous les êtres vivants, il a distingué l'homme comme une force géologique puissante capable d'influencer le cours de divers processus dans l'environnement terrestre couvert par son influence et l'espace proche de la Terre. Une personne est capable de reconstruire cet environnement selon ses idées et ses besoins (grâce au travail humain, à l'intellect).

En effet, au cours des 500 dernières années, l'humanité a maîtrisé de nouvelles formes d'énergie - vapeur, électrique, nucléaire ; appris à utiliser presque tous les éléments chimiques. L'homme a pénétré profondément dans la terre et s'est élevé à des dizaines de kilomètres au-dessus de sa surface, est allé dans l'espace extra-atmosphérique, a construit des stations spatiales.

L'humanité a maîtrisé l'ensemble de la biosphère et a acquis une bien plus grande indépendance vis-à-vis de l'environnement que les autres organismes. Selon Vernadsky, la noosphère est l'environnement humain dans lequel les processus naturels du métabolisme et de l'énergie sont contrôlés par la société. L'homme, selon Vernadsky, fait partie de la biosphère, sa fonction spécifique. Dans le même temps, l'impact de l'homme sur la nature est de nature très différente des autres formes de matière vivante. Étant donné que certains changements dans la biosphère, qui se sont produits sous l'influence des activités humaines, ne sont pas souhaitables pour les gens, Vernadsky pense qu'ils devraient faire certains efforts pour, par exemple, sauver certaines espèces de plantes et d'animaux. De plus, seul ce qui est utile et bénéfique pour les personnes doit être préservé dans la biosphère. En général, l'environnement est étranger à une personne et sa culture exerce une pression sur une personne. La biosphère est considérée comme un matériau de construction pour la création de la noosphère. L'esprit humain à l'avenir sera la principale force directrice du développement de la noosphère.

L'approche de Vernadsky à ce problème est essentiellement rationaliste. La noosphère, selon Vernadsky, est en fait synonyme de la technosphère qui se crée aujourd'hui sur Terre. Or, dans les limites de la noosphère, il y a : la technosphère - un ensemble d'objets artificiels créés par l'activité anthropique, et d'objets naturels modifiés par cette activité ; anthroposphère - la totalité des personnes en tant qu'organismes ; sociosphère - la sphère de l'activité de production sociale, les relations publiques.

Vernadsky croyait qu'une personne avec l'aide de l'esprit peut contrôler les processus dans la biosphère. "A un certain stade de son développement, une personne est obligée d'assumer la responsabilité de l'évolution future de la planète, sinon elle n'aura pas d'avenir." En effet, l'homme a accompli de grandes réalisations : il est allé dans l'espace, a maîtrisé les secrets de l'énergie thermonucléaire, a appris à cloner des animaux. Or, 50 ans après la publication des travaux de Vernadsky, il s'est avéré que le développement de la technosphère contribue à la destruction de la biosphère, en particulier de ses principaux domaines vitaux pour l'existence humaine. Et maintenant il est évident que l'évolution de la société humaine doit être orientée non vers la conquête du milieu naturel, mais vers son harmonisation. (Girusov: Briser le développement de l'activité humaine ne doit pas aller à l'encontre, mais à l'unisson avec l'organisation de la biosphère, car l'humanité, formant la noosphère, est liée à la biosphère avec toutes ses racines.)

Selon les concepts modernes, la noosphère est une sphère d'interaction harmonieuse entre la nature et la société. C'est l'avenir idéal. Le facteur déterminant du fonctionnement de la noosphère n'est pas spontané développement naturel, mais la haute intelligence de l'homme, la raison, la sagesse. La base du processus noosphérique devrait être la transition de l'humanité vers l'autotrophie sociale (fourniture de ressources énergétiques et de matières premières basée sur l'intégrité de la production sociale et de la biotechnologie - réutilisation multiple de substances et matériaux naturels et synthétisés). Pour passer à la noosphère, il est nécessaire de surmonter le conflit entre la nature cyclique et non déchet des processus biogéniques du métabolisme et de l'énergie. Il est nécessaire de dépasser l'approche consommatrice de la nature, le conservatisme de la pensée, de créer des technologies de production plus avancées, de passer à une gestion raisonnable et rationnelle.

La noosphère implique également la vie des gens dans un monde sans guerres ni cataclysmes sociaux, dans un monde de prospérité matérielle, de produits respectueux de l'environnement et d'un environnement non pollué.

Aujourd'hui, l'idée de Vernadsky, selon laquelle l'esprit humain peut contrôler tous les processus de la biosphère, semble absolument irréaliste. Y. Odum estime (1986) que malgré les possibilités et les capacités de l'esprit humain à contrôler les processus naturels, il est néanmoins trop tôt pour parler de la noosphère, car une personne ne peut pas prédire toutes les conséquences de ses actes. En témoignent les nombreux problèmes environnementaux qui se sont posés sur notre planète.

Un certain nombre de scientifiques (Kurazhkovsky, 1992) estiment qu'il est correct de parler à l'heure actuelle de l'existence des stades initiaux du développement de la noosphère, qui présentent des différences fondamentales par rapport à son état futur. Le philosophe russe moderne V. Kutirev estime que la noosphère en tant qu'harmonie est exemple typique utopies.

Définir la science de l'écologie.

Nommez les principales sections de l'écologie traditionnelle.

Qui et quand a introduit le terme « écologie » ?

Quand l'écologie est-elle devenue une discipline indépendante ?

Quelles périodes peuvent être divisées dans l'histoire du développement de l'écologie?

Qu'étudie l'écologie moderne ?

Qu'est-ce que "mondial crise écologique» ?

Quels sont les principaux phénomènes marqués par la crise environnementale mondiale actuelle ?

Que comprend le terme « milieu naturel » ?

De quelles sphères l'atmosphère est-elle composée ?

Nom les caractéristiques troposphère et stratosphère.

Dans quelle zone se situe la couche d'ozone ?

Quelle est la composition chimique de l'atmosphère ?

Quelles sont les principales fonctions écologiques de l'atmosphère ?

Qu'est-ce que la « lithosphère » ?

Comment se forme le sol ?

Quels sont les composants du sol ?

Quelles sont les principales fonctions écologiques de la lithosphère en général et du sol en particulier ?

Que comprend "l'hydrosphère" ?

Quelles sont les réserves d'eau douce sur Terre ?

Nommer les principales fonctions écologiques de l'hydrosphère.

Définir le terme "biosphère".

Quelles sont les principales caractéristiques de la biosphère (selon Vernadsky) ?

Nommez les principales caractéristiques quantitatives de la biosphère.

Quelle est la principale composante de la biosphère ?

Quelles sont les caractéristiques de la matière vivante ?

Nommer les principaux types de matière de la biosphère, donner des exemples.

Quelles sont les limites de la biosphère ?

Définir les termes "producteurs", "consommateurs", "réducteurs".

Quel est le schéma général des transferts de matière et d'énergie dans la biosphère ?

Donner les principales caractéristiques des producteurs, consommateurs, décomposeurs.

Quelles sont les hypothèses sur l'origine de la vie sur Terre ?

Décrivez brièvement les principales étapes de l'évolution de la biosphère.

En quoi l'évolution humaine est-elle différente de l'évolution des autres organismes vivants ?

Qu'est-ce que la "noosphère" ?

Qui et quand a introduit le concept de « noosphère » ?

La biosphère est la coquille de la Terre habitée par des organismes vivants et transformée par eux. La biosphère a commencé à se former au plus tard il y a 3,8 milliards d'années, lorsque les premiers organismes ont commencé à émerger sur notre planète. Il pénètre dans toute l'hydrosphère, la partie supérieure de la lithosphère et la partie inférieure de l'atmosphère, c'est-à-dire qu'il habite l'écosphère. La biosphère est l'ensemble de tous les organismes vivants. Il abrite plus de 3 000 000 d'espèces de plantes, d'animaux, de champignons et de bactéries. L'homme fait également partie de la biosphère, son activité dépasse de nombreux processus naturels et, comme l'a dit V. I. Vernadsky: "L'homme devient une force géologique puissante".

Naturaliste français Jean Baptiste Lamarck au début du XIXe siècle. a d'abord proposé le concept de biosphère, sans même introduire le terme lui-même. Le terme "biosphère" a été proposé par le géologue et paléontologue autrichien Eduard Süss en 1875.

Une théorie holistique de la biosphère a été créée par le biogéochimiste et philosophe soviétique V. I. Vernadsky. Pour la première fois, il a attribué aux organismes vivants le rôle de principale force de transformation de la planète Terre, en tenant compte de leur activité non seulement à l'heure actuelle, mais également dans le passé.

Il existe une autre définition plus large: la biosphère - la zone de distribution de la vie sur le corps cosmique. Alors que l'existence de la vie sur des objets spatiaux autres que la Terre est encore inconnue, on pense que la biosphère peut se propager jusqu'à eux dans des zones plus cachées, par exemple dans des cavités lithosphériques ou dans des océans sous-glaciaires. Ainsi, par exemple, la possibilité de l'existence de la vie dans l'océan d'Europe, un satellite de Jupiter, est envisagée.

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Les sous-titres

Localisation de la biosphère

La biosphère comprend les couches supérieures de la lithosphère dans lesquelles vivent les organismes, l'hydrosphère et les couches inférieures de l'atmosphère.

Les frontières de la biosphère

1. Substance vivante- l'ensemble des corps d'organismes vivants habitant la Terre est physiquement et chimiquement unifié, quelle que soit leur affiliation systématique. La masse de matière vivante est relativement faible et est estimée à 2,4 ... 3,6⋅10 12 (en poids sec) et représente moins d'un millionième de la biosphère entière (environ 3⋅10 18 t), ce qui, à son tour, est moins d'un millième de la masse de la Terre. Mais c'est l'une des "forces géochimiques les plus puissantes de notre planète", puisque les organismes vivants ne se contentent pas d'habiter la croûte terrestre, mais transforment la face de la Terre. Les organismes vivants habitent la surface de la terre de manière très inégale. Leur répartition dépend de la latitude géographique.
2. Substance biogénique- une substance créée et transformée par un organisme vivant. Tout au long de l'évolution organique, les organismes vivants ont traversé leurs organes, tissus, cellules et sang mille fois sur la majeure partie de l'atmosphère, le volume entier des océans du monde et une énorme masse de substances minérales. Ce rôle géologique de la matière vivante peut être imaginé par des gisements de charbon, de pétrole, de roches carbonatées, etc.
3. substance inerte- produits formés sans la participation d'organismes vivants.
4. Substance bio-inerte- une substance créée simultanément par des organismes vivants et des processus inertes, représentant des systèmes dynamiquement équilibrés des deux. Ce sont le sol, le limon, la croûte d'altération, etc. Les organismes y jouent un rôle de premier plan.
5. Substance subissant une désintégration radioactive.
6. Atomes dispersés, créés en permanence à partir de n'importe quel type de matière terrestre sous l'influence du rayonnement cosmique.
7. Substance d'origine cosmique.

Couches de la biosphère

La couche entière de l'impact de la vie sur la nature inanimée s'appelle la mégabiosphère, et avec l'artebiosphère - l'espace de l'expansion humaine dans l'espace proche de la Terre  - la panbiosphère.

Aérosphère

Le substrat de la vie dans l'atmosphère des micro-organismes (aérobiontes) est constitué de gouttelettes d'eau - l'humidité atmosphérique, source d'énergie - énergie solaire et les aérosols. Approximativement du sommet des arbres à la hauteur de l'emplacement le plus fréquent des cumulus s'étend la tropobiosphère (avec les tropobiontes ; cet espace est une couche plus mince que la troposphère). Une couche de microbiote extrêmement clairsemée s'étend au-dessus - l'altobiosphère (avec les altobiontes). Au-dessus s'étend l'espace où les organismes entrent de manière aléatoire et peu fréquente et ne se reproduisent pas - la parabiosphère. Au-dessus se trouve l'apobiosphère.

Géosphère

La géobiosphère est habitée par des géobiontes, le substrat et en partie le milieu de vie auquel sert le firmament terrestre. La géobiosphère comprend la zone de vie à la surface de la terre - la terrabiosphère (avec les terrabiontes), divisée en phytosphère (de la surface de la terre à la cime des arbres) et la pédosphère (sols et sous-sols; parfois le toute la croûte d'altération est incluse ici) et la vie dans les profondeurs de la Terre - la lithobiosphère (avec des lithobiontes vivant dans les pores des roches, principalement dans les eaux souterraines). À haute altitude dans les montagnes, où la vie des plantes supérieures n'est plus possible, se situe la partie altitudinale de la terrabiosphère - la zone éolienne (avec les éolobiontes). La lithobiosphère se décompose en une couche où la vie des aérobies est possible - l'hypoterrabiosphère, et une couche où seuls les anaérobies peuvent vivre - la tellurobiosphère. La vie sous une forme inactive peut pénétrer plus profondément dans l'hypobiosphère. Métabiosphère - toutes les roches biogéniques et bioinertes. Plus profonde est l'abiosphère.

Hydrosphère

L'hydrobiosphère - l'ensemble de la couche d'eau globale (sans les eaux souterraines), habitée par les hydrobiontes - se décompose en une couche d'eaux continentales - l'aquabiosphère (avec les organismes aquatiques) et la zone des mers et des océans - la marinobiosphère (avec les marinobiontes) . Il y a 3 couches - une photosphère relativement éclairée, toujours une disphotosphère très crépusculaire (jusqu'à 1% de l'insolation solaire) et une couche d'obscurité absolue - l'afotosphère.

Entre la limite supérieure de l'hypobiosphère et la limite inférieure de la parabiosphère se trouve la biosphère proprement dite - l'eubiosphère.

Histoire du développement de la biosphère

Le développement ne s'observe que dans la matière vivante et la bio-inertie qui lui est associée. Dans la matière inerte de notre planète, le processus évolutif ne se manifeste pas.

L'origine de la vie

La vie sur Terre est née dans l'Archéen - il y a environ 3,5 milliards d'années dans l'hydrosphère. C'est l'âge des plus anciens vestiges organiques découverts par les paléontologues. Âge de la Terre en tant que planète indépendante système solaire estimée à 4,5 milliards d'années. Ainsi, nous pouvons supposer que la vie est née dans la jeunesse de la vie de la planète. À l'Archéen, les premiers eucaryotes apparaissent - algues unicellulaires et protozoaires. Le processus de formation du sol sur la terre a commencé. À la fin de l'Archéen, le processus sexuel et la multicellularité sont apparus chez les organismes animaux.

L'avenir de la biosphère

Au fil du temps, la biosphère devient de plus en plus instable. Il y a plusieurs changements prématurés dans l'état de la biosphère qui sont tragiques pour l'humanité, certains d'entre eux sont associés aux activités de l'humanité.

Selon l'acad. H. H. Moiseev, "l'humanité devient la principale force géologique" et l'activité de l'humanité "conduit à la dégradation de la biosphère". Puisque la technosphère et la biosphère sont en interaction constante, au total, ils peuvent être représentés comme un système unique - l'écosphère.

L'humanité est à un moment décisif de son histoire. L'antique problème des relations entre l'homme et la nature a maintenant acquis une sonorité formidable. Les progrès technologiques ont entraîné des changements importants environnement naturel, les réserves de combustibles et de ressources minérales s'épuisent, la pollution et la dégradation de la biosphère se produisent, et tout cela remet en question la possibilité même de l'existence humaine. Par conséquent, il est si nécessaire que tous les peuples comprennent leur responsabilité envers l'avenir, afin que chaque habitant de la Terre réalise son implication dans l'histoire.

introduction

La situation écologique actuelle sur notre planète laisse beaucoup à désirer, c'est pourquoi, tout d'abord, il convient de prêter attention à la relation entre l'humanité et la biosphère. La pollution de la biosphère est à l'origine de maladies et de décès prématurés. La tâche principale de notre temps est d'empêcher les changements irréversibles associés à la pollution de l'environnement. La société est en constante évolution, mais avec le progrès, le caractère quantitatif et qualitatif de la pollution de la biosphère s'accroît. L'humanité dans son ensemble, et non les pays individuels, devrait s'occuper de créer un système de protection de l'environnement, sinon vous devrez simplement vivre dans une combinaison spatiale.

Le concept de "biosphère"

Une idée sensiblement différente de la biosphère a été formulée en 1875 par le géologue autrichien E. Suess. Dans la monographie "L'origine des Alpes", il parle d'une "biosphère indépendante" comme d'une coquille spéciale de la Terre formée par des organismes vivants. Dans le dernier chapitre du grand ouvrage en trois volumes "Le visage de la Terre" (1909), cet auteur écrit que le concept de "biosphère" est né des idées de J. Lamarck et C. Darwin sur l'unité monde organique.

Le début de l'idée biologique de la biosphère, comme ensemble d'organismes habitant la Terre, comme coquille vivante de la planète, date des travaux de Suess. Ce point de vue était partagé par de nombreux géographes russes, par exemple N. M. Sibirtsev (1899), D. N. Anuchin (1902), P. I. Brounov (1910), A. A. Grigoriev (1948), l'explorateur et philosophe anglais J. Bernal (1969). Les scientifiques français E. Leroy (1927) et P. Teilhard de Chardin (1965, 1969) ont également pris la définition de Suess comme base, mais ils l'interprètent dans un sens idéaliste. Selon Teilhard, la biosphère - la couche vivante de la planète - est l'une des étapes de l'incarnation de Dieu.

V. I. Vernadsky (1926) a également utilisé l'idée de Suess de la biosphère comme une coquille spéciale de la terre, en y ajoutant cependant un contenu biogéochimique significativement différent. La biosphère, selon Vernadsky, est la zone de distribution de la vie, qui comprend, avec les organismes, leur habitat. Teilhard de Chardin dans le Recueil d'articles "L'Avenir de l'Homme" (1969) exprime son désaccord avec une telle interprétation, qui contredit clairement sa conception idéaliste de l'évolution.

Le développement du concept biogéochimique de la biosphère était étroitement lié aux activités pratiques de V. I. Vernadsky au sein de la Commission de l'Académie des sciences pour l'étude des forces de production naturelles de la Russie (début 1915).

Les débuts de cette idée se trouvent déjà dans les déclarations des scientifiques des XVIIe et XVIIIe siècles. , dans le livre "Cosmos" de A. Humboldt et Dokuchaev.

À l'heure actuelle, les deux compréhensions de la biosphère, selon Suess et selon Vernadsky, existent. N. V. Timofeev-Resovsky suggère de parler de la biosphère dans un sens étroit et large. Il semble plus approprié d'utiliser ce concept, en y mettant le sens donné par Vernadsky - le domaine de la distribution de la vie, en utilisant pour la biosphère au "sens étroit" les expressions: "un ensemble d'organismes", "film de vie", "couverture vivante de la Terre", "biote", "bios".

La limite supérieure de la biosphère, selon Vernadsky (1965), s'étend à une altitude de 15-20 km, couvrant toute la troposphère et la partie inférieure de la stratosphère : l'ozone est situé près des pôles dans une couche de 8-30 km , sous les tropiques 15-35 km. D'en bas, la biosphère est limitée par les sédiments au fond des océans (jusqu'à une profondeur de plus de 10 km) et par la profondeur de pénétration des organismes et de l'eau liquide dans les entrailles de la Terre. La lithosphère sous-jacente, la stratosphère supérieure, l'ionosphère et l'espace extra-atmosphérique servent de support à la biosphère. La principale source d'énergie qui assure le fonctionnement de la biosphère est l'énergie rayonnante du Soleil.

Ainsi, la biosphère est une coquille ouverte thermodynamique spéciale de la Terre, dont la substance, l'énergie et l'organisation sont déterminées par l'interaction de ses composants biotiques et abiotiques. Il comprend donc la totalité des organismes et leurs restes, ainsi que des parties de l'atmosphère, de l'hydrosphère et de la lithosphère habitées par des organismes et modifiées par leur activité.

La fonction la plus importante de la biosphère est la reproduction régulière, croissante dans le temps, de la matière vivante en termes de nombre, de poids et de quantité d'énergie accumulée et retenue. L'homme perçoit cette fonction comme la productivité biologique de la biosphère, de ses parties (océan, sol, eau fraiche) ou ses écosystèmes particuliers et ses biogéocénoses (deltas, prairies, taïga, champs de céréales, etc.).

Le concept de biosphère. L'étude de la diversité des formes du monde organique et des schémas de son développement ne sera pas complète sans comprendre la place et le rôle des organismes vivants en général sur l'ensemble de la planète Terre.

Le terme "biosphère" a été proposé en 1875 par le géologue autrichien Eduard Suess (1831-1914), mais il n'en a pas donné de définition précise. Un demi-siècle plus tard, le géochimiste russe V.I. Vernadsky (1863-1945) crée la doctrine de la biosphère dont il expose les principales dispositions dans une petite brochure publiée en 1926 intitulée "Biosphère". DANS ET. Vernadsky a appelé la biosphère la coquille de la Terre, dont le rôle principal dans la formation appartient aux organismes vivants.

La matière vivante est la principale force biogéochimique de la biosphère. Le composant principal de la biosphère est la matière vivante - la totalité de tous les organismes vivants de la planète, exprimée numériquement dans la composition chimique élémentaire, la masse, l'énergie. Cette substance est géochimiquement extrêmement active, car au cours des processus de nutrition, de respiration, d'excrétion, de reproduction, elle est étroitement liée à l'environnement, grâce à quoi presque tous les éléments chimiques traversent le lien biogéochimique dans la chaîne générale des transformations. Ainsi, l'activité vitale des organismes est un processus géologique profond et puissant de nature planétaire. La migration des éléments chimiques du corps vers l'environnement et retour ne s'arrête même pas une seconde. Cette migration serait impossible si la composition chimique élémentaire des organismes n'était pas proche de composition chimique la croûte terrestre. DANS ET. Vernadsky a écrit : "Un organisme a affaire à un environnement auquel il est non seulement adapté, mais qui lui est également adapté."

Grâce à plantes vertes, réalisant le processus de photosynthèse, des molécules de substances organiques de structure complexe sont créées dans la biosphère. L'énergie qu'ils contiennent est utilisée pour des processus vitaux par des organismes hétérotrophes. C'est la fonction cosmique des plantes vertes de la biosphère. Sans matière vivante, le travail du rayon solaire se réduirait seulement au mouvement des gaz, liquides et solidesà la surface de la planète et à leur échauffement temporaire. La matière vivante agit comme un accumulateur géant et un transformateur unique de l'énergie rayonnante liée du Soleil. L'énergie solaire sans matière vivante n'exercerait pas d'activité créatrice sur Terre, car elle ne pourrait ni y rester ni se transformer en l'énergie nécessaire à cela.

La captation de l'énergie solaire est réalisée principalement par les végétaux. Mais toute matière vivante participe à la rétention et à la transformation de l'énergie du Soleil qu'elle contient, à son mouvement le long de la surface, ainsi que des couches externes aux couches plus profondes de la planète. Ce processus est réalisé par la reproduction, la croissance ultérieure et le mouvement des organismes. Taux de reproduction, selon V.I. Vernadsky, est le taux de transfert d'énergie géochimique dans la biosphère.

L'unité structurelle et fonctionnelle élémentaire de la biosphère est la biogéocénose. C'est dans la biogéocénose que les organismes et leur habitat sont étroitement adaptés les uns aux autres, et grâce à cela, le cycle biologique des substances est réalisé - la base de l'infinité de la vie.

sur la planète. Au cours du cycle biologique, des réserves limitées de produits chimiques acquièrent la propriété d'être infinies, car elles sont en circulation continue. Par conséquent, la circulation des substances sous forme de cycles biogéochimiques est une condition nécessaire à l'existence de la biosphère. Toute la circulation des substances dans la biosphère est due à une seule source d'énergie - le Soleil. Une relation étroite a été établie entre la quantité d'énergie solaire entrant sur la planète et la quantité de matière vivante formée. Ainsi, à la suite de nombreuses années de recherche par des scientifiques différents pays il a été possible de calculer qu'environ 150 à 200 milliards de tonnes de matière organique sèche se forment chaque année dans la biosphère.

Ainsi, la création de la doctrine de la biosphère a été une réalisation importante de l'humanité. Pour la première fois, la nature vivante a commencé à être considérée comme un système intégral, en interaction étroite avec l'environnement abiotique. DANS ET. Vernadsky a jeté les bases des idées scientifiques modernes sur la signification planétaire et cosmique de la vie, sur la relation et l'interaction de la nature animée et inanimée.

L'étendue de la biosphère. Sur la planète Terre, il existe plusieurs géosphères dans lesquelles la vie existe (Fig. 7.2).

Atmosphère - la coquille d'air de la Terre. Avec l'altitude, la densité de l'air diminue rapidement: 75% de la masse de l'atmosphère est concentrée dans une couche jusqu'à 10 km, 90% - jusqu'à 15 km, 99% - jusqu'à 30 km, 99,9% - jusqu'à 50 km . L'air, dépourvu d'humidité et d'impuretés solides, se compose d'azote (78,1%), d'oxygène (21%), d'argon (0,9%), de dioxyde de carbone (environ 0,03%) et d'une petite quantité de certains autres gaz.

Grande influence sur l'état de l'atmosphère, c'est-à-dire sur la formation du temps et du climat, diverses impuretés jouent - les composants variables de l'atmosphère. Le plus important d'entre eux est l'eau, qui est contenue sous forme de vapeur d'eau dans la couche inférieure de 20 kilomètres de l'atmosphère. La vapeur d'eau, avec le dioxyde de carbone, le méthane et quelques autres impuretés, est impliquée dans le réchauffement des couches internes de l'atmosphère (ce que l'on appelle l'effet de serre). Cela est dû à la capacité de l'atmosphère à transmettre le rayonnement solaire à la surface de la Terre et à absorber le rayonnement thermique réfléchi par celle-ci. En raison de l'effet de serre, la température dans l'atmosphère augmente à mesure que l'altitude diminue et ses couches inférieures s'avèrent chaudes.

La zone de la biosphère ne s'étend que dans la couche inférieure de l'atmosphère - la troposphère (du grec tropos - changement). La hauteur de la troposphère varie de 8 à 10 km aux latitudes polaires à 16 à 18 km à l'équateur. Au-dessus de la troposphère se trouve la stratosphère (du latin strate - couche) d'une hauteur de 100 km. Dans celui-ci, à une altitude de 15-25 km, l'oxygène libre sous l'influence du rayonnement solaire se transforme en ozone (O 2-> O 3) qui, formant un écran, absorbe le rayonnement ultraviolet à ondes courtes nocif pour les organismes vivants .

Lithosphère (du grec lithos - pierre) - la coquille dure extérieure de la planète. Deux couches s'y distinguent: la supérieure est une couche de roches sédimentaires avec du granit et la inférieure est du basalte. Les couches sont inégales, donc à certains endroits, le granit remonte à la surface. La limite de distribution de la matière vivante dans la lithosphère ne tombe pas en dessous de 3-4 km. À cette profondeur, seules les bactéries anaérobies peuvent être trouvées. densité la plus élevée la matière vivante dans la lithosphère est notée dans la couche superficielle de la croûte terrestre - le sol.

L'hydrosphère est une collection d'eaux des océans, des mers, des lacs, des rivières, des eaux souterraines et des calottes glaciaires. L'hydrosphère forme une discontinuité coquille d'eau planètes. La majeure partie des eaux est concentrée dans l'océan mondial, dont la profondeur moyenne est de 3,8 km, le maximum (dépression Mariinsky de l'océan Pacifique) est de 11,034 km. Une partie insignifiante de l'hydrosphère est représentée par les eaux douces.

Les organismes vivants habitent toute l'épaisseur de l'hydrosphère jusqu'à ses profondeurs maximales, cependant, leur plus grande densité tombe sur les couches superficielles et les zones côtières, réchauffées et éclairées par le soleil. Zones de contact direct et interactions actives les lithosphères, les atmosphères et les hydrosphères sont les plus densément peuplées d'organismes vivants, car dans ces endroits sont créées les conditions les plus favorables à la vie - température optimale, humidité, présence d'oxygène et des éléments chimiques nécessaires à la vie des organismes.

Hétérogénéité spatiale de la biosphère. Les conditions de vie des organismes dans la biosphère sont extrêmement diverses. Ils diffèrent surtout dans les milieux terrestres et aquatiques. Par conséquent, les parties continentales et océaniques de la biosphère sont distinguées.

La partie continentale de la biosphère - la terre - occupe 148 millions de km 2, soit 29% de la superficie totale de la planète. Sa particularité est l'extrême hétérogénéité, exprimée par la présence d'une zonalité latitudinale et altitudinale.

La zonalité latitudinale est due à la sphéricité de notre planète et à l'inclinaison de son axe de rotation, ce qui fait que la surface de la Terre est inégalement alimentée en chaleur et en humidité. La plus grande quantité de chaleur est reçue par les zones tropicales et subtropicales, la moindre par les zones polaires. Il y a une grande différence dans la fourniture de différentes zones avec de l'humidité. Par exemple, la toundra est caractérisée par un excès et les déserts - un manque de précipitations, les régions de latitudes tempérées sont caractérisées par un approvisionnement en eau moyen.

La zonalité altitudinale du paysage de la partie continentale de la biosphère est formée du fait qu'avec une augmentation de la hauteur du terrain, l'air se raréfie, avec une teneur plus faible en oxygène, en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau, et sa température diminue. En raison du manque de dioxyde de carbone et d'humidité, le cours normal de la photosynthèse est perturbé. Par conséquent, à des altitudes supérieures à 6 000 mètres, les plantes supérieures ne poussent pas.

La partie océanique de la biosphère occupe 361 millions de km2, soit 71 % de la superficie de la planète. Les facteurs déterminants de la vie des organismes qui s'y trouvent sont la composition saline et gazeuse de l'eau, la teneur en éléments biogéniques, la profondeur et la mobilité de l'eau. Le zonage est également caractéristique de cette partie de la biosphère. Selon les conditions de vie, les zones polaires et équatoriales-tropicales de l'hydrosphère diffèrent surtout les unes des autres, ainsi que sa partie superficielle, éclairée par le soleil, et la zone profonde, où la lumière du soleil ne pénètre pas. La plus favorable au développement de la vie dans l'hydrosphère est une petite zone (8%) de zone côtière - le plateau, bien éclairé et chauffé par les rayons du soleil, pourvu d'une quantité suffisante de nutriments minéraux provenant des sédiments du fond et de la surface terrestre. La majeure partie de la surface du plancher océanique est située à des profondeurs de plus de 4000 m et environ un quart de la surface - à des profondeurs de plus de 5000 m. La température y est basse (de 0,5 à 4 ° C) et assez constante. La lumière ne pénètre pas dans cette zone. Sur le fond marin, il y a une accumulation de résidus organiques sous forme de limon et d'autres sédiments.

Répartition de la matière vivante dans la biosphère. La biomasse de la matière vivante des producteurs (plantes vertes) et des consommateurs (animaux et micro-organismes) dans les parties océaniques et continentales de la biosphère est présentée dans le tableau 7.1.

Les données présentées dans le tableau indiquent que l'essentiel de la matière vivante de la biosphère (plus de 99,8%) est concentré sur les continents. La contribution de l'océanosphère à la biomasse totale n'est que de 0,13 %.

Biomasse des organismes terrestres (matière sèche)

Biomasse de la matière vivante

Organismes de la partie continentale, de la partie océanique milliards de tonnes % milliards de tonnes %

Plantes vertes 2400,0 99,2 0,2 ​​6,3

Animaux et micro-organismes 20,0 0,8 3,0 93,7

Total : 2420,0 100,0 3,2 100,0

La matière vivante des plantes prévaut sur les continents (99,2%), dans l'océan - les animaux (93,7%). Cependant, en comparant leurs valeurs absolues (2400 milliards de tonnes et 3 milliards de tonnes, respectivement), on peut dire que la matière vivante de la planète est principalement représentée par les plantes vertes terrestres. La biomasse des organismes incapables de photosynthèse est inférieure à 1 %.

Malgré le fait que la biomasse des plantes terrestres est supérieure de trois ordres de grandeur en valeur absolue à celle des plantes océaniques, le taux de croissance de la biomasse par unité de temps pour les plantes océaniques (algues) est beaucoup plus élevé (tableau 7.2).

Le rapport de la production annuelle totale (P) à la valeur de la biomasse (B) dans certaines communautés végétales terrestres et océaniques

Communautés végétales P/B pour l'année

Végétation ligneuse des forêts 0,018

Végétation des prairies, steppes, terres arables 0, 670

Complexe végétal de lacs et rivières 14,0

Phytoplancton marin 150,0

La division intensive des cellules phytoplanctoniques microscopiques, leur croissance rapide et leur courte durée d'existence contribuent au renouvellement rapide de la phytomasse océanique, qui se produit en moyenne en 1 à 3 jours, tandis que le renouvellement complet de la végétation terrestre prend 50 ans ou plus. Par conséquent, malgré la petite taille de la phytomasse océanique, la production totale annuelle formée par celle-ci est comparable à la production de plantes terrestres.

Environ 150 milliards de tonnes de matière organique sèche se forment chaque année dans la biosphère lors de la photosynthèse. Dans la partie continentale de la biosphère, les plus productives sont les forêts tropicales et subtropicales, dans l'océanique - les estuaires (embouchures des rivières en expansion vers la mer) et les récifs, ainsi que les zones de remontée d'eau profonde - upwelling. La faible productivité des plantes est typique de l'océan ouvert, des déserts et de la toundra.

La biosphère est l'aire de répartition des organismes vivants sur la planète Terre. L'activité vitale des organismes s'accompagne de l'intervention dans la composition de leur corps de divers éléments chimiques dont ils ont besoin pour construire leurs propres molécules organiques. En conséquence, un puissant flux d'éléments chimiques se forme entre toute la matière vivante de la planète et son habitat. Après la mort des organismes et la décomposition de leur corps en éléments minéraux, la substance retourne dans le milieu extérieur. C'est ainsi que s'effectue une circulation continue de substances - condition nécessaire au maintien de la continuité de la vie. La plus grande masse d'organismes vivants est concentrée à la frontière de contact entre la lithosphère, l'atmosphère et l'hydrosphère. En termes de biomasse, les consommateurs dominent dans l'océan, tandis que les producteurs dominent sur terre. Sur notre planète, il n'y a pas de substance plus active et géochimiquement puissante que la matière vivante.

La biosphère est comprise comme l'ensemble de tous les organismes vivants de la planète. Ils habitent n'importe quel coin de la Terre: des profondeurs des océans, des entrailles de la planète à l'espace aérien, tant de scientifiques appellent cette coquille la sphère de la vie. Il est aussi habité par la race humaine elle-même.

La composition de la biosphère

La biosphère est considérée comme l'écosystème le plus global de notre planète. Il se compose de plusieurs zones. Il comprend, c'est-à-dire toutes les ressources en eau et les réservoirs de la Terre. Ce sont les eaux océaniques mondiales, souterraines et de surface. L'eau est à la fois l'espace de vie de nombreux êtres vivants et une substance nécessaire à la vie. Il assure le déroulement de nombreux processus.

La biosphère contient l'atmosphère. Divers organismes y existent et il est lui-même saturé de divers gaz. L'oxygène est particulièrement précieux, car il est nécessaire à la vie de tous les organismes. L'atmosphère joue également un rôle important dans la nature, affectant le temps et le climat.

La lithosphère, à savoir la couche supérieure de la croûte terrestre, est incluse dans la biosphère. Il est habité par des organismes vivants. Ainsi, les insectes, rongeurs et autres animaux vivent dans l'épaisseur de la Terre, les plantes poussent et les gens vivent à la surface.

Le monde et sont les habitants les plus importants de la biosphère. Ils occupent un espace immense non seulement sur terre, mais aussi peu profond dans les entrailles, habitent les plans d'eau et se retrouvent dans l'atmosphère. Les formes végétales varient des mousses, des lichens et des graminées aux arbustes et aux arbres. Quant aux animaux, les plus petits représentants sont les microbes et les bactéries unicellulaires, et les plus grands sont les créatures terrestres et marines (éléphants, ours, rhinocéros, baleines). Tous ont une grande variété, et chaque espèce est importante pour notre planète.

La valeur de la biosphère

La biosphère a été étudiée par divers scientifiques à toutes les époques historiques. Une grande attention a été accordée à cette coque par V.I. Vernadski. Il croyait que la biosphère est déterminée par les frontières dans lesquelles vit la matière vivante. Il convient de noter que tous ses composants sont interconnectés et que des modifications dans un domaine entraîneront des modifications dans toutes les coques. La biosphère joue un rôle crucial dans la répartition des flux énergétiques de la planète.

Ainsi, la biosphère est l'espace de vie des hommes, des animaux et des plantes. Il contient les substances et les ressources naturelles les plus importantes, telles que l'eau, l'oxygène, la terre et autres. Il est fortement influencé par les gens. Dans la biosphère, le cycle des éléments de la nature se déroule, la vie bat son plein et les processus les plus importants se déroulent.

Influence humaine sur la biosphère

L'influence humaine sur la biosphère est ambiguë. Avec chaque siècle, l'activité anthropique devient plus intense, destructrice et à grande échelle, de sorte que les gens contribuent à l'émergence de problèmes environnementaux non seulement locaux, mais aussi mondiaux.

L'un des résultats de l'influence humaine sur la biosphère est la réduction du nombre de flore et de faune sur la planète, ainsi que la disparition de nombreuses espèces de la surface de la terre. Par exemple, les gammes de plantes se rétrécissent en raison des activités agricoles et de la déforestation. De nombreux arbres, arbustes, graminées sont secondaires, c'est-à-dire que de nouvelles espèces ont été plantées à la place du couvert végétal primaire. À leur tour, les populations animales sont détruites par les chasseurs non seulement pour obtenir de la nourriture, mais aussi pour vendre des peaux, des os, des ailerons de requin, des défenses d'éléphant, des cornes de rhinocéros, etc. diverses pièces corps sur le marché noir.

L'activité anthropique assez forte influence le processus de formation du sol. Ainsi, le labour des champs entraîne une érosion éolienne et hydrique. Un changement dans la composition de la couverture végétale conduit au fait que d'autres espèces sont impliquées dans le processus de formation du sol, ce qui signifie qu'un type de sol différent se forme. En raison de l'utilisation de divers engrais dans l'agriculture, du rejet de déchets solides et liquides dans le sol, la composition physique et chimique du sol change.

Les processus démographiques ont un impact négatif sur la biosphère :

• la population de la planète augmente, ce qui consomme de plus en plus de ressources naturelles ;
• l'échelle de la production industrielle augmente ;
• il y a plus de déchets ;
• la superficie des terres agricoles augmente.

Il convient de noter que les gens contribuent à la pollution de toutes les couches de la biosphère. Il existe aujourd'hui une grande variété de sources de pollution :

• gaz d'échappement de véhicules;
• les particules libérées lors de la combustion du carburant ;
• substances radioactives;
• produits pétroliers;
• émissions de composés chimiques dans l'air;
• Déchets solides municipaux;
• pesticides, engrais minéraux et agrochimie;
• les drains sales des entreprises industrielles et municipales ;
• appareils électromagnétiques;
• combustible nucléaire;
• virus, bactéries et micro-organismes étrangers.

Tout cela conduit non seulement à des changements dans les écosystèmes et à la réduction de la biodiversité sur terre, mais aussi au changement climatique. En raison de l'influence de l'espèce humaine sur la biosphère, il y a aussi une fonte des glaciers et un changement du niveau des océans et des mers, des précipitations acides, etc.

Au fil du temps, la biosphère devient de plus en plus instable, ce qui entraîne la destruction de nombreux écosystèmes de la planète. De nombreux scientifiques et personnalités publiques sont favorables à la réduction de l'impact de la communauté humaine sur la nature, afin de sauver la biosphère terrestre de la destruction.

La composition matérielle de la biosphère

La composition de la biosphère peut être vue de différents points de vue. Si nous parlons de la composition matérielle, elle comprend sept parties différentes :

• La matière vivante est l'ensemble des êtres vivants peuplant notre planète. Ils ont une composition élémentaire, et en comparaison avec d'autres coquillages, ils ont une petite masse, ils se nourrissent d'énergie solaire, la distribuant dans leur habitat. Tous les organismes constituent une force géochimique puissante, se répandant de manière inégale à la surface de la terre.
• substance biogène. Ce sont ces composants minéraux-organiques et purement organiques qui ont été créés par les êtres vivants, à savoir les minéraux combustibles.
• Substance inerte. Ce sont des ressources inorganiques qui se forment sans la participation d'êtres vivants, à elles seules, c'est-à-dire du sable de quartz, diverses argiles, ainsi que des ressources en eau.
• Substance bioinerte obtenue par l'interaction de composants vivants et inertes. Ce sont les sols et les roches d'origine sédimentaire, l'atmosphère, les rivières, les lacs et autres zones d'eau de surface.
• Substances radioactives telles que les éléments uranium, radium, thorium.
• atomes dispersés. Ils se forment à partir de substances d'origine terrestre lorsqu'ils sont affectés par le rayonnement cosmique.
• substance spatiale. Corps et substances formés dans Cosmos. Il peut s'agir à la fois de météorites et de fragments de poussière cosmique.

Couches de la biosphère

Il convient de noter que toutes les coquilles de la biosphère sont en interaction constante, il est donc parfois difficile de distinguer les limites d'une couche particulière. L'aérosphère est l'une des coquilles les plus importantes. Il atteint un niveau d'environ 22 km au-dessus du sol, où il y a encore des êtres vivants. En général, cela espace aérien où vivent tous les organismes vivants. Cette coque contient de l'humidité, de l'énergie solaire et des gaz atmosphériques :

• oxygène;
• ozone;
• argon;
• azote;
• vapeur d'eau.

Le nombre de gaz atmosphériques et leur composition dépendent de l'influence des êtres vivants.

La géosphère fait partie intégrante de la biosphère, elle comprend l'ensemble des êtres vivants qui peuplent le firmament terrestre. Cette sphère comprend la lithosphère, le monde de la flore et de la faune, eau souterraine et l'enveloppe gazeuse de la terre.

Une couche importante de la biosphère est l'hydrosphère, c'est-à-dire toutes les masses d'eau sans eau souterraine. Cette coquille comprend l'océan mondial, les eaux de surface, l'humidité atmosphérique et les glaciers. Toute la sphère aquatique est habitée par des êtres vivants - des micro-organismes aux algues, poissons et animaux.

Si nous parlons plus en détail de la coquille solide de la Terre, elle se compose de sol, de roches et de minéraux. Selon l'environnement de localisation, il existe différents types de sols qui diffèrent par leur composition chimique et organique, dépendent de facteurs environnementaux (végétation, plans d'eau, faune, influence anthropique). La lithosphère est constituée d'un grand nombre de minéraux et de roches, qui sont présentés en quantités inégales sur terre. À l'heure actuelle, plus de 6 000 minéraux ont été découverts, mais seules 100 à 150 espèces sont les plus courantes sur la planète :

• quartz;
• feldspath;
• l'olivine;
• apatite;
• gypse;
• carnallite;
• calcite;
• les phosphorites;
• sylvinite, etc.

Selon la quantité de roches et leur utilisation économique, certaines d'entre elles sont précieuses, en particulier les combustibles fossiles, les minerais métalliques et les pierres précieuses.

Quant au monde de la flore et de la faune, il s'agit d'une coquille qui comprend, selon diverses sources, de 7 à 10 millions d'espèces. Vraisemblablement, environ 2,2 millions d'espèces vivent dans les eaux des océans et environ 6,5 millions vivent sur terre. Il y a environ 7,8 millions de représentants du monde animal sur la planète et environ 1 million de plantes. De toutes les espèces connues d'êtres vivants, pas plus de 15% ont été décrites, il faudra donc des centaines d'années à l'humanité pour explorer et décrire toutes les espèces existantes sur la planète.

La connexion de la biosphère avec d'autres coquilles de la Terre

Tous les composants de la biosphère sont en relation étroite avec les autres coquilles de la Terre. Cette manifestation peut être observée dans le cycle biologique, lorsque les animaux et les humains émettent du dioxyde de carbone, celui-ci est absorbé par les plantes, qui libèrent de l'oxygène lors de la photosynthèse. Ainsi, ces deux gaz sont constamment régulés dans l'atmosphère en raison des interrelations de diverses sphères.

Un exemple est le sol - le résultat de l'interaction de la biosphère avec d'autres coquillages. Ce processus implique des êtres vivants (insectes, rongeurs, reptiles, micro-organismes), des plantes, de l'eau ( L'eau souterraine, précipitations, masses d'eau), masse d'air (vent), roches formant le sol, énergie solaire, climat. Tous ces composants interagissent lentement les uns avec les autres, ce qui contribue à la formation de sol à un rythme moyen de 2 millimètres par an.

Lorsque les composants de la biosphère interagissent avec des coquillages vivants, des roches se forment. À la suite de l'influence des êtres vivants sur la lithosphère, des dépôts de charbon, de craie, de tourbe et de calcaire se forment. Au cours de l'influence mutuelle des êtres vivants, de l'hydrosphère, des sels et des minéraux, à une certaine température, des coraux se forment et, à leur tour, des récifs coralliens et des îles apparaissent. Il vous permet également de réguler la composition en sel des eaux des océans.

Différents types de relief résultent directement de la connexion de la biosphère avec d'autres coquilles de la terre : l'atmosphère, l'hydrosphère et la lithosphère. Telle ou telle forme de relief est affectée régime de l'eau le terrain et les précipitations, la nature des masses d'air, le rayonnement solaire, la température de l'air, quels types de flore poussent ici, quels animaux habitent ce territoire.

La valeur de la biosphère dans la nature

L'importance de la biosphère en tant qu'écosystème global de la planète ne peut guère être surestimée. Sur la base des fonctions de la coquille de tous les êtres vivants, on peut se rendre compte de sa signification :

• Énergie. Les plantes sont des intermédiaires entre le Soleil et la Terre et, recevant de l'énergie, une partie de celle-ci est distribuée entre tous les éléments de la biosphère et une partie est utilisée pour former de la matière biogénique.
• Gaz. Régule la quantité de différents gaz dans la biosphère, leur distribution, leur transformation et leur migration.
• concentration. Toutes les créatures extraient sélectivement des composants biogéniques, de sorte qu'ils peuvent être à la fois bénéfiques et dangereux.
• Destructeur. C'est la destruction des minéraux et des roches, substances organiques, qui contribue à une nouvelle circulation des éléments dans la nature, au cours de laquelle de nouvelles substances vivantes et inanimées apparaissent.
• Formation d'environnement. Il affecte les conditions environnementales, la composition des gaz atmosphériques, les roches d'origine sédimentaire et la couche terrestre, la qualité du milieu aquatique, ainsi que l'équilibre des substances sur la planète.

Pendant longtemps, le rôle de la biosphère a été sous-estimé, car, en comparaison avec d'autres sphères, la masse de matière vivante sur la planète est très faible. Malgré cela, les êtres vivants sont une puissante force de la nature, sans laquelle de nombreux processus seraient impossibles, ainsi que la vie elle-même. Au cours de l'activité des êtres vivants, leurs interrelations, leur influence sur la matière inanimée, le monde même de la nature et l'apparence de la planète se forment.

Le rôle de Vernadsky dans l'étude de la biosphère

Pour la première fois, la doctrine de la biosphère a été développée par Vladimir Ivanovich Vernadsky. Il a isolé cette coquille des autres sphères terrestres, a mis à jour sa signification et a imaginé qu'il s'agit d'une sphère très active qui change et affecte tous les écosystèmes. Le scientifique est devenu le fondateur d'une nouvelle discipline - la biogéochimie, sur la base de laquelle la doctrine de la biosphère a été étayée.

Étudiant la matière vivante, Vernadsky a conclu que toutes les formes de relief, le climat, l'atmosphère, les roches d'origine sédimentaire sont le résultat de l'activité de tous les organismes vivants. L'un des rôles clés à cet égard est attribué aux personnes qui ont une énorme influence sur le cours de nombreux processus terrestres, étant un certain élément qui possède une certaine force qui peut changer la face de la planète.

Vladimir Ivanovich a présenté la théorie de tous les êtres vivants dans son ouvrage "Biosphère" (1926), qui a contribué à l'émergence d'une nouvelle branche scientifique. L'académicien dans son ouvrage présentait la biosphère comme système complet, a montré ses composants et leurs interrelations, ainsi que le rôle d'une personne. Lorsque la matière vivante interagit avec la matière inerte, un certain nombre de processus sont influencés :

• géochimique;
• biologique;
• biogénique;
• géologique;
• migration des atomes.

Vernadsky a indiqué que les limites de la biosphère sont le champ d'existence de la vie. Son développement est influencé par l'oxygène et la température de l'air, l'eau et les éléments minéraux, le sol et l'énergie solaire. Le scientifique a également distingué les principaux composants de la biosphère discutés ci-dessus et a choisi le principal - la matière vivante. Il a également formulé toutes les fonctions de la biosphère.

Parmi les principales dispositions de l'enseignement de Vernadsky sur le cadre de vie, on distingue les thèses suivantes :

• la biosphère couvre l'ensemble du milieu aquatique jusqu'aux profondeurs océaniques, comprend la couche superficielle de la terre jusqu'à 3 kilomètres et l'espace aérien jusqu'à la troposphère;
• a montré la différence entre la biosphère et les autres coquillages par son dynamisme et l'activité constante de tous les organismes vivants ;
• la spécificité de cette coquille réside dans le renouvellement continu d'éléments de nature animée et inanimée ;
• l'activité de la matière vivante a entraîné des changements importants sur l'ensemble de la planète ;
• l'existence de la biosphère est due à la position astronomique de la Terre (distance au Soleil, inclinaison de l'axe de la planète), qui détermine le climat, le débit des cycles de vie sur la planète;
• l'énergie solaire est la source de vie de toutes les créatures de la biosphère.

Ce sont peut-être les concepts clés sur le cadre de vie que Vernadsky a énoncés dans son enseignement, bien que ses œuvres soient globales et nécessitent une réflexion plus approfondie, elles sont pertinentes à ce jour. Ils sont devenus la base des recherches d'autres scientifiques.

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En résumé, il convient de noter que la vie dans la biosphère est située de manière différente et inégale. Un grand nombre d'organismes vivants vivent à la surface de la terre, qu'il s'agisse milieu aquatique ou sec. Tous les êtres entrent en contact avec l'eau, les minéraux et l'atmosphère, étant en relation continue avec eux. C'est ce qui donne conditions optimales pour la vie (oxygène, eau, lumière, chaleur, nutriments). Plus profondément dans la colonne d'eau de l'océan ou sous terre, la vie est plus monotone. La matière vivante se répand également sur la zone, et il convient de noter la diversité des formes de vie à travers la surface de la terre. Pour comprendre cette vie, il nous faudra plus d'une douzaine d'années, voire des centaines, mais nous devons apprécier la biosphère et la protéger de notre influence néfaste, humaine, aujourd'hui.