Tất cả các sinh vật sống trên hành tinh Trái đất tiếp xúc chặt chẽ với nhau và với môi trường, từ đó hình thành nên các hệ sinh thái. Các quần xã sinh vật tương tác này không bị cô lập với nhau. Chúng liên kết với nhau bằng nhiều mối quan hệ khác nhau, chủ yếu là thức ăn. Tổng thể của các hệ sinh thái tạo thành một hệ sinh thái hành tinh duy nhất, được gọi là sinh quyển. Bài viết này sẽ xem xét cấu trúc của sinh quyển, thành phần và các chức năng chính của nó.
Khoa học
Khái niệm này lần đầu tiên được đưa vào khoa học bởi J. B. Lamarck vào năm 1803 và có nghĩa là tổng thể của tất cả các sinh vật sống trên hành tinh Trái đất. Vào cuối thế kỷ 19, thuật ngữ "sinh quyển" đã được sử dụng bởi J. Zuse, người đã bao gồm vật chất vô tri của đá trầm tích trong cấu trúc của sinh quyển. Học thuyết về sinh quyển xuất hiện vào năm 1926, khi V. I. Vernadsky tổng kết một lượng thông tin khoa học khổng lồ, bằng cách này hay cách khácminh họa mối quan hệ giữa vật chất sống và vật chất không sống. Các nhà khoa học đã có thể chứng minh rằng hành tinh của chúng ta không chỉ là nơi sinh sống của các sinh vật sống, mà còn đang được biến đổi tích cực bởi chúng. Ngoài ra, theo Vernadsky, sự can thiệp của con người vào các quá trình tự nhiên có ý nghĩa quan trọng đến mức có thể nói đến tầng sinh quyển - một giai đoạn mới trong quá trình phát triển của sinh quyển. Ngày nay, khoa học về sinh quyển kết hợp dữ liệu từ các lĩnh vực kiến thức khác nhau. Trong số đó có sinh học, hóa học, địa chất, khí hậu, đại dương, khoa học đất và những ngành khác.
Cấu trúc của sinh quyển sao cho các sinh vật sống có thể duy trì thành phần cần thiết của đất, khí quyển và thủy quyển một cách độc lập. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong môi trường. Dựa trên cơ sở này, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng đất và không khí được tạo ra bởi chính các sinh vật sống qua hàng trăm triệu năm tiến hóa. Sau khi nghiên cứu những điểm tương đồng trong cấu trúc của các loại đá địa chất nằm sâu hơn kỷ Cambri, với các loại đá muộn hơn, Vernadsky cho rằng sự sống trên hành tinh này đã tồn tại dưới dạng những sinh vật đơn giản nhất gần như ngay từ đầu. Sau đó, các nhà địa chất đã chứng minh sự sai lầm của giả thuyết này.
Vì mặt trời là cơ sở năng lượng cho sự tồn tại của mọi sự sống trên Trái đất, nên sinh quyển có thể được coi như một lớp vỏ, cấu trúc và thành phần của nó được hình thành do hoạt động chung của các sinh vật và được quyết định bởi dòng năng lượng mặt trời. Bây giờ chúng ta hãy làm quen với cấu trúc của sinh quyển Trái đất.
Sống và không sống
Xem xét thành phần và cấu trúc của sinh quyển, trước hếtđiều đáng chú ý là nó bao gồm vật chất sống và không sống (vật chất trơ). Phần lớn các sinh vật sống tập trung trong ba lớp vỏ địa chất của Trái đất: khí quyển (lớp không khí), thủy quyển (đại dương, biển, v.v.) và thạch quyển (lớp đá trên cùng). Tuy nhiên, các lớp vỏ này phân bố không đồng đều trong hệ sinh thái lớn nhất. Do đó, thủy quyển được thể hiện đầy đủ trong cấu trúc của sinh quyển, trong khi thạch quyển và khí quyển được thể hiện một phần (tương ứng là các lớp trên và dưới).
Thành phần không sống của sinh quyển bao gồm:
- Chất sinh học, là sản phẩm của hoạt động quan trọng của cơ thể sống. Nó bao gồm: than, dầu, than bùn, đá vôi tự nhiên, khí đốt, v.v.
- Bioinert, là kết quả chung của hoạt động sống của sinh vật và các quá trình phi sinh học. Điều này bao gồm: đất, phù sa, hồ chứa nước, v.v.
- Chất trơ, có trong chu trình sinh học, nhưng không phải là sản phẩm của hoạt động sống của cơ thể sống. Nhóm này bao gồm: nước, muối kim loại, nitơ khí quyển, v.v.
Chất
Ranh giới của sinh quyển
Các khái niệm như thành phần, cấu trúc và ranh giới của sinh quyển có liên quan chặt chẽ với nhau. Mặc dù thực tế là vi khuẩn và bào tử đã được tìm thấy ở độ cao lên đến 85 km, người ta tin rằng giới hạn trên của sinh quyển là 20-25 km. Ở độ cao lớn, nồng độ của vật chất sống là không đáng kể do ảnh hưởng mạnh mẽ của bức xạ mặt trời.
Trong thủy quyển, sự sống hiện diện ở khắp mọi nơi. Và ngay cả trong rãnh Mariana, có độ sâu 11 km, nhà khoa họctừ Pháp, J. Picard không chỉ quan sát động vật không xương sống, mà còn cả cá. Vi khuẩn, tảo, foraminifera và động vật giáp xác sống dưới lớp băng Nam Cực hơn 400 mét. Vi khuẩn được tìm thấy dưới lớp bùn dày hàng km và trong nước ngầm. Tuy nhiên, sự tập trung lớn nhất của sinh vật sống được quan sát ở độ sâu lên đến 3 km. Do đó, ranh giới và cấu trúc của sinh quyển ở các phần khác nhau của hành tinh có thể khác nhau.
Khí quyển, thạch quyển và thủy quyển
Bầu khí quyển chủ yếu bao gồm oxy và nitơ. Nó chứa một lượng nhỏ argon, carbon dioxide và ozone. Sự sống của cả sinh vật trên cạn và dưới nước đều phụ thuộc vào trạng thái của khí quyển. Ôxy cần thiết cho quá trình hô hấp của các sinh vật sống và quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ đang chết dần. Chà, carbon dioxide được thực vật sử dụng để quang hợp.
Thạch quyển có độ dày từ 50 đến 200 km, tuy nhiên, số lượng các loài sinh vật sống chủ yếu tập trung ở lớp trên dày vài chục cm của nó. Sự lan truyền của sự sống vào sâu trong thạch quyển bị hạn chế do một số yếu tố, trong đó chủ yếu là: thiếu ánh sáng, mật độ dày của nhiệt độ trung bình và cao. Do đó, ranh giới dưới của sự phân bố sự sống trong thạch quyển là độ sâu 3 km, tại đó một số loại vi khuẩn đã được tìm thấy. Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng chúng không sống trong lòng đất, mà ở các tầng nước ngầm và dầu mỏ. Giá trị của thạch quyển nằm ở chỗ nó mang lại sự sống cho thực vật, nuôi dưỡng chúng với tất cả các chất cần thiết.
Hydrospherelà một thành phần thiết yếu của sinh quyển. Khoảng 90% nguồn cung cấp nước đổ vào Đại dương Thế giới, nơi chiếm 70% bề mặt hành tinh. Nó chứa 1,3 tỷ km3, và sông hồ chứa 0,2 triệu km3nước. Yếu tố quan trọng nhất trong hoạt động sống của sinh vật là hàm lượng oxy và carbon dioxide trong nước.
Những con số hấp dẫn
Thành phần, cấu trúc và chức năng của sinh quyển gây ngạc nhiên với quy mô của chúng. Bây giờ chúng ta sẽ biết một số sự kiện thú vị. Nước chứa lượng khí cacbonic nhiều gấp 660 lần không khí. Trên cạn, sự đa dạng của thế giới thực vật chiếm ưu thế, và ở biển - thế giới động vật. 92% sinh khối trên đất liền là cây xanh. Trong đại dương, 94% là vi sinh vật và động vật.
Trung bình cứ 8 năm một lần, sinh khối của Trái đất lại được tái tạo. Thực vật trên cạn cần 14 năm cho việc này, thực vật đại dương - 33 ngày. Sẽ mất 3000 năm để tất cả nước trên toàn cầu đi qua các cơ thể sống, oxy - lên đến 5000 năm và carbon dioxide - 6 năm. Đối với nitơ, cacbon và phốt pho, các chu kỳ này thậm chí còn dài hơn. Chu trình sinh học không khép kín - khoảng 10% vật chất sống đi vào trầm tích và chôn cất.
Sinh quyển chỉ chiếm 0,05% khối lượng của hành tinh chúng ta. Nó chiếm khoảng 0,4% thể tích của Trái đất. Khối lượng của sinh vật chỉ bằng 0,01-0,02% khối lượng của vật chất trơ, tuy nhiên, chúng đóng một vai trò rất quan trọng trong các quá trình địa hóa.
200 tỷ tấn trọng lượng khô hữu cơ được sản xuất hàng năm, và trongQuá trình quang hợp hấp thụ 170 tỷ tấn khí cacbonic. Trong quá trình hoạt động quan trọng của vi sinh vật, hàng năm có 6 tỷ tấn nitơ và 2 tỷ tấn phốt pho, cũng như một lượng lớn sắt, magiê, lưu huỳnh, canxi và các nguyên tố khác tham gia vào chu trình sinh học. Trong thời gian này, nhân loại sản xuất khoảng 100 tỷ tấn khoáng chất.
Trong quá trình sống của mình, các sinh vật đóng góp đáng kể vào việc lưu thông các chất, ổn định và biến đổi sinh quyển, các đặc tính và cấu trúc của chúng khiến người ta nghĩ về sự hiện diện của các quyền năng cao hơn.
Chức năngnăng lượng
Sau khi làm quen với cấu trúc và thành phần của sinh quyển, chúng ta hãy chuyển sang các chức năng của nó. Hãy bắt đầu với năng lượng. Như bạn đã biết, thực vật hấp thụ bức xạ mặt trời và bão hòa sinh quyển bằng năng lượng sống. Khoảng 10% ánh sáng thu được được các nhà sản xuất sử dụng cho các nhu cầu của họ (chủ yếu cho quá trình hô hấp tế bào). Mọi thứ khác được phân phối thông qua chuỗi thức ăn trong tất cả các hệ sinh thái của sinh quyển. Một phần năng lượng được bảo tồn trong ruột trái đất, bão hòa chúng bằng năng lượng của nó (than, dầu, v.v.).
Ngay cả khi xem xét các chức năng và cấu trúc của sinh quyển một cách ngắn gọn, chúng luôn coi chức năng oxy hóa khử là một phân loài năng lượng. Là nhà sản xuất, vi khuẩn hóa tổng hợp có thể trích xuất năng lượng từ các phản ứng oxy hóa và khử các hợp chất vô cơ. Trong quá trình oxy hóa hydro sunfua, vi khuẩn lưu huỳnh ăn năng lượng và sắt (từ hóa trị 2 đến hóa trị 3) - vi khuẩn sắt. Nitrat hóa cũng không ngồi mà khôngsự việc. Chúng oxy hóa các hợp chất amoni thành nitrat và nitrit. Đó là lý do tại sao nông dân bón ruộng bằng các hợp chất amoni, các hợp chất này không được cây trồng hấp thụ. Khi bón trực tiếp nitrat vào đất, các mô dự trữ của thực vật bị bão hòa nước, dẫn đến hương vị của chúng bị giảm sút và tăng nguy cơ mắc các bệnh về tiêu hóa ở những người ăn chúng.
Chức năng tạo môi trường
Các sinh vật sống tạo nên đất, đồng thời cũng quy định thành phần của không khí và nước của vỏ trái đất. Nếu quá trình quang hợp không tồn tại trên hành tinh, nguồn cung cấp oxy trong khí quyển sẽ được sử dụng hết trong 2000 năm. Ngoài ra, theo nghĩa đen, trong một thế kỷ, do sự gia tăng nồng độ carbon dioxide trong không khí, các sinh vật sẽ bắt đầu chết. Trong một ngày, một khu rừng có thể hấp thụ tới 25% lượng khí cacbonic từ một lớp không khí dài 50 mét. Một cây vừa có thể cung cấp oxy cho bốn người. Một ha rừng rụng lá, nằm gần thành phố, hàng năm giữ lại khoảng 100 tấn bụi. Hồ Baikal, nổi tiếng với độ trong như pha lê, là nhờ có các loài giáp xác nhỏ “lọc” nó ba lần một năm. Và đây chỉ là một vài ví dụ về cách các sinh vật sống điều chỉnh thành phần của các chất trong sinh quyển.
Chức năng tập trung
Sinh vật sống, và đặc biệt là vi sinh vật, có khả năng tập trung nhiều nguyên tố hóa học được tìm thấy trong sinh quyển. Gần 90% nitơ đấtlà kết quả của quá trình hoạt động của tảo lục lam. Vi khuẩn có thể tập trung sắt (ví dụ, bằng cách oxy hóa bicacbonat hòa tan trong nước thành hydroxit lắng đọng trong môi trường của chúng), mangan và thậm chí cả bạc. Đặc điểm tuyệt vời này cho phép các nhà khoa học tin rằng chính nhờ vi sinh vật mà có rất nhiều mỏ kim loại trên trái đất.
Ở một số quốc gia, các nguyên tố như germani và selen được chiết xuất từ thực vật. Tảo Fucus có thể tích lũy lượng titan gấp 10.000 lần lượng titan có trong nước biển xung quanh. Mỗi tấn tảo nâu chứa vài kg i-ốt. Gỗ sồi Úc tích tụ nhôm, thông - berili, bạch dương - bari và stronti, thông tùng - niobi và mangan, và thorium tập trung ở cây dương, anh đào chim và linh sam. Ngoài ra, một số loài thực vật thậm chí còn "thu thập" kim loại quý. Vì vậy, trong 1 tấn tro ngải cứu có thể có tới 85 gam vàng!
Chức năng hủy diệt
Cấu trúc hóa học của sinh quyển Trái đất và môi trường của nó không chỉ liên quan đến quá trình sáng tạo mà còn liên quan đến quá trình hủy diệt. Tuy nhiên, chúng cũng đóng một vai trò lớn trong việc điều chỉnh các chất trên hành tinh. Với cuộc sống tích cực của các sinh vật sống, sự khoáng hóa các chất cặn bã hữu cơ và sự phong hóa của đá xảy ra. Vi khuẩn, nấm, tảo xanh lam và địa y có thể phá vỡ đá cứng bằng cách giải phóng axit cacbonic, nitơ và axit sulfuric. Các hợp chất ăn mòn cũng giải phóng rễ cây. Có những vi khuẩn thậm chí có thể phá hủy thủy tinh và vàng.
Chức năng vận chuyển
Xem xét cấu trúc vàcác chức năng của sinh quyển, người ta không thể đánh mất sự chuyển dịch khối lượng của vật chất. Một cái cây nâng nước từ trái đất vào bầu khí quyển, một con chuột chũi ném trái đất lên, một con cá bơi ngược dòng, một đàn cào cào di cư - tất cả những điều này là biểu hiện của chức năng vận chuyển của sinh quyển.
Vật chất sống có thể thực hiện công việc địa chất to lớn, hình thành một hình ảnh mới về sinh quyển và tham gia tích cực vào tất cả các quá trình của nó.
Riêng biệt cần lưu ý quá trình hình thành đá trầm tích. Giai đoạn đầu của quá trình này là phong hóa - sự phá hủy các lớp trên của thạch quyển dưới tác dụng của không khí, mặt trời, nước và vi sinh vật. Xâm nhập vào đá, rễ cây có thể phá hủy nó. Nước thấm vào các vết nứt do rễ cây tạo thành sẽ hòa tan và mang đi các chất. Điều này là do các thành phần ăn mòn của thực vật. Địa y đặc biệt dồi dào axit hữu cơ. Do đó, phong hóa vật lý xảy ra cùng với phong hóa hóa học.
Do sự chết của các sinh vật phù du, hàng năm có tới 100 triệu tấn đá vôi được lắng đọng dưới đáy đại dương trên thế giới. Nhiều trong số chúng có nguồn gốc hóa học, chẳng hạn như ở khu vực tiếp xúc giữa nước ngầm có tính axit và kiềm. Với cái chết của tảo đơn bào và các chất phóng xạ, bùn chứa silic được hình thành bao phủ hàng trăm nghìn km2đáy biển.
Chức năng tạo đất
Các đặc tính và cấu trúc của sinh quyển rất toàn diện nên tất cả các chức năng của nó đều có liên quan chặt chẽ với nhau. Như vậy, sự hình thành đất là một trong những nhánh của quá trình trao đổi khối lượngvà sự hình thành môi trường, nhưng được xem xét riêng biệt do tầm quan trọng của nó. Trong quá trình phá hủy và tiếp tục xử lý đá của vi sinh vật, một lớp vỏ trái đất lỏng lẻo được hình thành, được gọi là đất. Rễ của các loài thực vật lớn hút các nguyên tố khoáng từ chân trời sâu, làm giàu các lớp trên của đất cùng với chúng và làm tăng khả năng kết trái của chúng. Đất tiếp nhận các hợp chất hữu cơ từ rễ và thân cây chết, cũng như phân và xác động vật. Những hợp chất này là thức ăn cho các sinh vật trong đất, chúng khoáng hóa chất hữu cơ, tạo ra carbon dioxide, axit hữu cơ và amoniac.
Động vật không xương sống, côn trùng, cũng như ấu trùng của chúng, đóng vai trò hình thành cấu trúc quan trọng nhất. Chúng làm cho đất tơi xốp và thích hợp cho đời sống của thực vật. Động vật có xương sống (chuột chũi, chuột chù và những loài khác) nới lỏng trái đất, góp phần vào sự phát triển thành công của cây bụi trong đó. Vào ban đêm, không khí nén lạnh xuyên qua mặt đất, cần thiết cho quá trình hô hấp của rễ và vi sinh vật.
Một cấu trúc tuyệt vời của sinh quyển.
