Вплив живих організмів на географічну оболонку

Курсоваробота
Впливживих організмів на географічну оболонку

Зміст
Вступ
1. Загальні відомості про біосферу
1.1 Поняття про біосферу
1.2 Вчення В. І. Вернадського про біосферу
1.3 Гіпотези походження та еволюція біосфери
1.4 Будова біосфери
2. Роль живої речовини у географічній оболонці
2.1 Жива речовина планети
2.2 Функції живої речовини
2.3 Біологічний кругообіг речовин
Висновок
Список використаних джерел

Вступ
В епохунауково-технічного прогресу особливого значення набувають знання про життєвіпроцеси на Землі в цілому. Важливу роль у цих процесах відіграють живіорганізми. За мільярди років, які пройшли з моменту виникнення нашої планети,вони наповнили атмосферу киснем й азотом, очистили її від вуглекислого газу,сформували відклади вапняку, нафти, природного газу. В процесі еволюції напланеті утворилась особлива оболонка – біосфера.
Актуальність. Роль живої речовини у географічнійоболонці надзвичайно важлива. Більшість оболонок, що входять до складугеографічної оболонки більшою або меншою мірою видозмінені життям, а окремі їїелементи (грунт, органогенні осадові породи, окремі види корисних копалин таін.) могли виникнути тільки завдяки живій речовині. Біосфера хоча й є найлегшоюоболонкою геосфери, однак її роль постійно збільшується протягом геологічноїісторії, відповідно, збільшується зростає і її роль у глобальних процесах, щовідбуваються на планеті. На земної поверхні немає хімічної сили, що більшпостійно діє, а тому й більше могутньої по своїх кінцевих наслідках, ніж живіорганізми, узяті в цілому.
Вивчення біосфери стає усе більш важливим й актуальним завданням. Цевикликано безупинно зростаючим впливом людини на навколишнє середовище. Ужезараз ми повинні вміти ясно передбачати всі можливі наслідки нашого впливу наприроду. Можливість і правильність такого прогнозу залежать від глибини наших знаньпро будову й функціонування біосфери в цілому і її різних ділянок ікомпонентів. Особливо важливо мати уявлення про роль живих організмів — основної рушійної сили в біосфері. Цим і визначається актуальність нашої теми.
Мета дослідження. Поглибити знання про рольживої речовини на планеті.
Завдання дослідження:
1. Зібрати та опрацювати літературу з даної теми.
2.  Ознайомлення з поняттям «біосфера» та їїбудовою.
3.  Проаналізувати вчення В. І. Вернадського пробіосферу.
4.  Розглянути основні гіпотези походження та еволюціїбіосфери.
5.  Дослідження функцій живої речовини на планеті.
Об’єктдослідження. Біосфера- область системної взаємодії живої та косної речовини.
Предметдослідження.Функції живої речовини та їх вплив на географічну оболонку.
Методидослідження.Аналіз наукової літератури з даної теми.

1. Загальнівідомості про біосферу
1.1 Поняття пробіосферу
Вперше термін «біосфера» зустрічається в роботахнайвидатнішого французького натураліста і мислителя Жака Батіста Ламарка(1744—1829), що вивчав ботаніку, зоологію і геологію. У його наукових працяхтермін «біосфера» позначав область життя і впливу живих організмів напроцеси, що відбуваються на Землі. Проте диференціація наук про природу, якавідбувалася швидкими темпами у XVIII ст., привела до того, що на довгі роки було забуто про дослідженняважливих для наук про природу процесів взаємодії співтовариств живих організміві неживих оболонок Землі. Жива речовина — сукупність всіх організмів, щонаселяють Землю. Лише в 1875 р. австрійський геолог і палеонтолог Едуард Зюсс(1831—1914) звернув увагу на місце живого в будові та розвитку земної кори івдруге після Ламарка ввів у науковий обіг термін «біосфера», міркуючипро оболонку Землі в книзі про походження Альп. Потім знову на декількадесятиліть цей термін було забуто.
Нове (вже третє) життя терміну «біосфера» даввидатний український (радянський) вчений-геохімік Володимир ІвановичВернадський (1863—1945), що створив у 20-х роках XX ст. сучасне вчення про біосферу, викладенев монографіях «Біосфера» (1926) і «Декілька слів проноосферу» (1944). Можливо, тому введення терміна «біосфера» внауковий ужиток часто приписується саме Вернадському. [5]
Біосфера – область активного життя оболонки Землі, якавключає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами.
В. І. Вернадський визначив біосферу як термодинамічнуоболонку з температурами +50…-50°С і тиском приблизно 10000 Па, що відповідаємежам життя для більшості організмів. [4]
Вивчаючи історію мінералів і міграцію хімічних елементів уземній корі, В.І. Вернадський виявляє величезну роль живої речовини вгеохімічних процесах на нашій планеті. Для вивчення ролі живої речовини веволюції біосфери йому було потрібно знання біології, геології, хімії, наоснові яких сформувалася нова наука — біогеохімія. Про виняткову роль живоїречовини в біосфері В.І. Вернадський пише в «Нарисах геохімії»,опублікованих у 1924 р. в Парижі і в 1927 р. в Ленінграді. У 1926 р. вийшлайого книга «Біосфера», в якій представлення біосфери як «тонкоїплівки життя», «живої оболонки» Землі виявилося дуже своєчасним,хоч і дещо випереджало час. Вченню В.І. Вернадського про біосферу спочатку небуло приділено належної уваги. Проте вивчення наслідків радіоактивного іхімічного забруднення атмосфери, гідросфери і ґрунтів після Другої світовоївійни примусило учених і політиків звернутися до вчення Вернадського пробіосферу, яке набуло великого поширення в західних країнах, а потім і у всьомусвіті.
На відміну від сучасників-натуралістів початку XX ст., які вважали, що вічна доляорганізмів — пристосування до умов, створюваних могутніми силами природи, В.І.Вернадський довів, що жива речовина планети виступає як щонайпотужнішийгеологічний чинник, здатний змінювати поверхню планети і формувати екосистеми,сприятливі для його розвитку. За В.І. Вернадський, жива речовина має здатністьзахоплювати енергію Сонця і створювати хімічні сполуки, розпад якихсупроводжується виділенням енергії, що здійснює хімічну і фізичну роботу.
Грандіозну роботу на Землі здійснено молекулою хлорофілу, задопомогою якої за наявності сонячної енергії зелені рослини синтезуютьвуглеводи та інші органічні сполуки. В результаті розкладання Н2Овиділяється вільний О2, Щороку рослини виробляють 320 млрд. т 02;за 3700 років була вироблена вся кількість 02, що знаходиться ватмосфері Землі — 1,2 ∙ 1055 т. Жива речовина має здатністьшвидко розповсюджуватися в просторі, займаючи всі придатні для життя ділянки.Це явище Вернадський назвав «тиском життя», порівнявши його з тискомгазу. Швидкість «розтікання» життя дуже велика.
Останніми роками життя Вернадський писав у щоденнику:«Людство, взяте в цілому, постає могутньою геологічною силою. Перед ним,перед його думкою і працею постає питання про перебудову біосфери на користь вільномислячого людства як єдиного цілого. Цей новий стан біосфери, до якого ми, непомічаючи цього, наближаємося, і є ноосферою».
Поняття ноосфери (від грец. пооз — розум) також має своюісторію. Вважається, що його ввів у XIX ст. французький учений Е. Леруа (1870—1954), розвивав далі Тейяр деШарден (1881— 1955). Вони розуміли під цим терміном особливу оболонку Землі, щорозглядається як певний «мислячий шар» над біосферою, в якийвключається індустріальне суспільство з атрибутами цивілізації (мовою, релігієюта ін.). Проте В.І. Вернадський розглядав ноосферу як нове геологічне явище наЗемлі, і людина в ній вперше стає могутньою геологічною силою. Як і все живе наЗемлі, вона може мислити і діяти тільки в області розповсюдження життя, тобто вбіосфері, з якою нерозривно пов'язана і з якої піти не може. Вернадськийвважав, що на сучасному етапі еволюції біосфери людина буде вимушена не тількивиправляти виниклі в результаті її діяльності порушення в стані природи, а йзапобігати подібним порушенням у майбутньому.
Нині вельми відчутні наслідки науково-технічного прогресу, щопоставили під загрозу існування людства на Землі, привели до необхідностіпередбачення наслідків людської діяльності у всіх країнах з метою збереженнябіосфери, тобто життя на Землі. Тому охорона біосфери має бути турботою всьоголюдства, що живе на Землі, як керівників держав, так і окремих людей. Для цьогокожному треба знати будову біосфери, взаємозв'язки процесів, що відбуваються вній, і вплив діяльності людського суспільства на зміни, які виникають убіосфері. Видатний учений і мислитель В.І. Вернадський був упевнений, що знанняпроцесів, які відбуваються в біосфері, і розумна організація життя і всієїдіяльності людства приведуть до створення на нашій планеті ноосфери. Протенеобхідно зазначити, що, крім уявлень про неминучість переходу біосфери вноосферу, викладених у вченні В.І. Вернадського про біосферу, в науковому світіє й інші погляди на перспективи розвитку біосфери. [5]
Межі біосфери. Біосфера охоплює три геологічнісфери – частини атмосфери, літосфери та всю гідросферу. Межі біосферивизначаються межами поширення й активної роботи живої речовини.
Верхня межа біосфери в атмосфері, на думку одних учених,проходить по висоті Гімалаїв (10 км над рівнем моря), на думку інших, — досягаєнижніх шарів стратосфери (30 км), де ще трапляються у досить великій кількостіспори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активновегетують. Іноді верхньою межею біосферивважають озоновий шар (25—30 км над поверхнею планети), вище від якого живезазвичай гине під дією космічних випромінювань.
Межа біосфери в літосфері також чітко не окреслена. Починаючиз глибин 0,5—2 м від земної поверхні кількість живої речовини зменшується в логарифмічнійпослідовності. На глибинах понад 10 м породи, як правило, вже стерильні. Танавіть у товщі стерильної породи іноді трапляються острівці життя. Найбільшіглибини, де знайдено живу речовину, — 2—3 км. У нафтових родовищах на цих глибинахвиявлено свою, «нафтову», мікрофлору. Нафта залягає також і на значнобільших глибинах — до 5—7 км. Припускають, що й у таких глибинних родовищахможна знайти «нафтові» бактерії. Деякі дослідники нижньою межеюбіосфери вважають глибини, на яких температура літосфери починає перевищувати100 °С: близько 10 км на рівнинах і 7—8 км у горах.
Межі біосфери в гідросфері окреслені чітко: біосфера охоплюєвсю гідросферу, в тому числі найбільші океанічні западини до 11 км, де існує значна кількість глибоководних видів.
У цілому екологічний діапазон поширення живої речовини доситьвеликий.
♦ У 1977 р. в океані на глибині кількох кілометрів булознайдено гарячі вулканічні зони, в яких за температури 350°С існують численнітермофільні бактерії (вода там не кипить через високий тиск і великуконцентрацію солей).
♦ В експериментах американського дослідника Р. Камеронасиньо-зелені водорості протягом кількох місяців не втрачали життєздатності вумовах, що відповідали марсіанським.
♦ Жива речовина не гине в рідкому азоті (на ційвластивості ґрунтуються методи кріоконсервації всіляких живих організмів).
♦ Деякі види, наприклад ті ж таки синьо-зеленіводорості, не гинуть під дією потужного іонізуючого випромінювання й оселяютьсяв епіцентрі ядерного вибуху вже через кілька днів після його здійснення.
♦ Жива речовина здатна зберігатися навіть в умовахвідкритого Космосу. Так, третя експедиція американських астронавтів забула наМісяці телекамеру. Коли через півроку її повернули на Землю, на внутрішньомубоці кришки було виявлено земні бактерії, котрі без будь-яких шкідливих наслідківпережили тривале перебування за межами рідної планети. [10]
За В. І. Вернадським, верхня межа біосфери знаходиться нависоті 15-22 км, охоплюючи тропосферу і нижню частину стратосфери. Знизубіосфера обмежена глибиною 11 км і глибиною проникнення у надра Земліорганізмів і води у рідкому стані (2-3 км).
Нижня межа в рамках літосфери обумовлена тепловим бар’єром і,як правило, не опускається нижче 5 км. Загальна протяжність біосфери – 40 км.
В. І. Вернадський розглядав біосферу як царину життя, якавключає поряд з організмами і середовище їх існування. Горизонти біосфери, якінайбільш інтенсивно заселені живими організмами, називають «плівкою життя»або плетобіосферою. [4]
Отже, біосфера (за В.І. Вернадський) — оболонка Землі, щовключає як область розповсюдження живої речовини, так і саму цю речовину. Тутпід живою речовиною розуміється сукупність всіх організмів, що населяють Землю.Поняття біосфери дещо умовне, оскільки крім природних місць існуванняорганічного життя створюються і штучні (космічні кораблі, підводні човни)«острівці життя». Органічне життя зосереджене в трьох неживихгеографічних оболонках — геосферах Землі (літосфера, гідросфера і атмосфера).До біосфери належать і людське співтовариство з його виробництвом.
Ще з часів Ж. Б. Ламарка було відомо, що процеси, яківідбуваються в геосферах Землі, мають значний вплив на структуру і властивостіживої речовини біосфери. Але і сама жива речовина, як показав В.І. Вернадський,істотно перетворює геосфери. Причому з появою людства на Землі цяперетворювальна дія багатократно зросла і, за деякими оцінками, нині досяглакритичного рівня.
Загальна сукупність живих організмів, виражена в масі наодиницю площі (суші, акваторії, дна водоймища) або об'єму (води, ґрунту, опадів),прийнято називати біомасою. Отже, поняття «жива речовина» біосфериеквівалентно біомасі всієї Землі. За сучасними оцінками, суха маса живоїречовини біосфери становить всього 2—3 трлн т, у тисячу разів менше за масутропосфери, в десять мільйонів разів — маси земної кори і в мільярд разів —маси Землі. Саме її дуже малі розміри тривалий час заважали геологам зрозумітивиняткову роль життя на Землі в геологічних процесах, на що і звернув увагуВ.І. Вернадський.
Розподіл маси живої речовини (біомаси) в біосфері украйнерівномірний. У живій речовині абсолютно переважає фітомаса; набагато меншароль зоомаси і мікроорганізмів. Загальна вага живої речовини на Земліоцінюється в трильйон тонн. Переважна частина фітомаси зосереджена наматериках, де вона розподілена вкрай нерівномірно: її багато в тропічних лісах(650 т/га), в тайзі (300 т/га), менше в чорноземних степах (10 т/га), мало впустелях (2,5 т/га). Велика частина живої речовини представлена лісами (82 % ).
В океані переважають зоомаса і мікробіомаса — 30 млрд. т;фітомаса становить лише 1,1 млрд. т. За кількістю живої речовини океан близькийдо пустель (3 т/га), але в ньому спостерігаються зони різкого згущування життя— в Саргасовому морі, на мілинах шельфу, у коралових рифах і т. ін. Щорічнапродукція живої речовини на Землі — 230 млрд. т, з них на материках — 170 млрд.,в океані — 60 млрд. т. На материках щорічна середня продукція біомаси — 11,5т/га, в океані — 1,7 т/га. Сумарна біомаса суші становить 97 % всієї біомасиЗемлі. На океан припадає лише 3 % біомаси Землі, але інтенсивність життєвихциклів в океані значно вища, ніж на суші. Незважаючи на дивно малу величинубіомаси, яка щорічно виробляється на Землі, накопичена за мільйони років восадових товщах земної кори похована органічна речовина привела до утвореннятаких корисних копалини, як кам'яне вугілля, нафта, газ, фосфорити та ін.
Фотосинтез і кругообіг речовин — основні чинники існуваннябіосфери. Фотосинтез є єдиним на Землі процесом, в якому зеленими рослинами збідних енергією неорганічних речовин (вуглекислого газу, води, мінеральнихсолей) за допомогою сонячної енергії у величезних масштабах утворюютьсяскладні, багаті енергією органічні сполуки. Ці сполуки, здатні до різноманітниххімічних перетворень, — основа життя всіх інших організмів біосфери. Всі видиживих істот, що мешкають на Землі, використовують урешті-решт одну формуенергії хімічних зв'язків. Будь-який прояв життя на нашій планеті пов'язаний зутворенням і споживанням цієї біохімічної енергії.
Джерело енергії для фотосинтезу (сонячна радіація) і головнийінструмент фотосинтезу (живий організм) перетворюють вуглекислий газ, воду імінеральні солі на біохімічну енергію. Організми, що фотосинтезують тавикористовують сонячну енергію для утворення органічних речовин з неорганічнихсполук і вуглекислого газу називають автотрофами (такими, що самохарчуються).Вони перетворюють енергію сонячного світла в біохімічну енергію, запасаючи її увигляді енергії хімічних зв'язків у складних органічних молекулах. Іншіорганізми біосфери (більшість бактерій, гриби, тварини), яким потрібні длязростання і розвитку готові органічні сполуки, — гетеротрофи, тобто ті, щохарчуються іншими організмами.
Окрім фотосинтезу, іншим найважливішим для існування життяпроцесом у біосфері є кругообіг речовин, що відбувається завдяки наявності вбіосфері автотрофів, які створюють органічні речовини з неорганічних, ігетеротрофів, які використовують ці органічні речовини і знову перетворюють їхна неорганічні сполуки, поповнюючи запас останніх у біосфері. Отже, фотосинтезі кругообіг речовин — це два основні чинники існування біосфери Землі.
1.2 Вчення Вернадського про біосферу
Одним з видатних натуралістів, що присвятив себе вивченню процесів, щопротікають у біосфері, був академік В. І. Вернадський. Він ставосновоположником наукового напрямку, названого ним біогеохімією, яка лягла воснову сучасного вчення про біосферу.
До появи робіт В. І. Вернадського роль живих організмів на Землі представляласявченим дуже скромною. Дійсно, здавалося б, яке може бути порівняння наслідківїхньої життєдіяльності з міццю внутрішніх сил планети, що здіймають найвищігори, розділяючи океанські безодні, що переміщають цілі континенти.
В. І. Вернадський довів, що, який би слабкий не був кожен організмокремо, всі вони, разом узяті, протягом тривалого відрізка часу виступають якпотужний геологічний фактор, що грає істотну роль у житті нашої планети.Геологічна діяльність живих організмів проявляється як наслідок наступних їхніхособливостей: вони найтіснішим образом пов'язані з навколишнім середовищем івзаємодіють із ним в процесі обміну речовиною й енергією; обмін речовинорганізмів із середовищем здійснюється в процесі біологічного кругообігу;сумарний ефект результатів діяльності організмів проявляється протягом дужетривалих (у сотні мільйонів років) відрізків часу. Таким чином, пріоритет урозробці теоретичних основ навчання про біосферу належить вітчизняним ученим.
За визначеннями учених, вік Землі дорівнює приблизно 5 млрд. років.Найбільш древні сліди живих організмів знайдені в Південній Африці (СхіднийТрансвааль), у товщі гірських порід, вік яких дорівнює 3,2 млрд. років. Ціорганізми нагадували сучасних ниткоподібних бактерій. Учені навіть дали їмназва — еобактеріум ізолятум. Таким чином, можна вважати, що біосфера Землівиникла біля трьох мільярдів років тому.
Наземні організми з'явилися близько 400 млн. років тому. Це були першіпримітивні рослини. З появою на суші живих організмів і виникненням рослинпочинається найважливіший етап в історії розвитку біосфери. Із цього періодупочалося їхнє швидке поширення по планеті, і в цей час Землю населяє величезнакількість різноманітних рослинних і тваринних організмів.
В XIX столітті в Росії поступовоскладалося уявлення про єдність людини й природи, про ті проблеми, з якиминеминуче зіштовхнеться людство при неприборканому прагненні цілком підкоритисобі природу. Взагалі ідея цільного знання, заснованого на органічній повнотіжиття, належить російської філософії. Вона лягла в основу напрямку громадськогожиття, що одержало назву «російський космізм». Саме тоді в науковомусередовищі заблищали імена психолога й фізіолога І. М. Сєченова, хіміка Д. І.Менделєєва, ґрунтознавця В. В. Докучаєва, основоположника космонавтики К. Е.Ціолковського. До плеяди цих видатних учених належить і В. І. Вернадський.
В 1926 році Вернадський опублікував у Санкт-Петербурзі книгу за назвою «Біосфера»,що ознаменувала народження нової науки про природу, про взаємозв'язок з неюлюдини. У цій роботі біосфера вперше показана як єдина динамічна система, населенай керована життям, живою речовиною планети. «Біосфера — організована,певна оболонка земної кори, сполучена з життям». У роботах по біосферівчений показав, що взаємодія живої речовини з речовиною косною є частинавеликого механізму земної кори, завдяки якому відбуваються різноманітнігеохімічні й біогенні процеси, міграції атомів, здійснюється їхня участь угеологічних і біологічних циклах.
В. І. Вернадський уперше показав, що хімічний стан зовнішньої коринашої планети цілком перебуває під впливом життя й визначається живими організмами,з діяльністю яких пов'язаний великий планетарний процес – міграція хімічнихелементів у біосфері. Еволюція видів, відзначав учений, що приводить достворення форм життя, стійка в біосфер і повинна йти в напрямку збільшеннябіогенної міграції атомів.
Біосфера являє собою надскладну планетарну оболонку життя, населенуорганізмами, що становлять у сукупності живу речовину. Це найбільша (глобальна)екосистема Землі — область системної взаємодії живої й косної речовини напланеті.
Сукупна діяльність живих організмів у біосфері проявляється якгеохімічний фактор планетарного масштабу.
Біосфера по вертикалі розділяється на дві чітко відособлені області:верхню, освітлену світлом, — фотобіосферу (у якій відбувається фотосинтез), інижню, «темну», — меланобіосферу (у якій фотосинтез неможливий). Насуші границя між ними проходить по поверхні Землі.
Біосфера охоплює нижню частину атмосфери до висоти озонового екрана(20-25 км), верхню частину літосфери (кора вивітрювання) і всю гідросферу доглибинних шарів океану. В. І. Вернадський відзначав, що «межі біосфериобумовлені, насамперед, полем існування життя». На розвиток життя, а,отже, і на границі біосфери впливають багато факторів і насамперед наявністькисню, вуглекислого газу, води в рідкій фазі. Обмежують область поширення життяй занадто високі або низькі температури. Елементи мінерального харчування такожвпливають на розвиток життя. До обмежуючого фактора можна віднести й над солонесередовище (перевищення концентрації солей у морській воді приблизно в 10разів). Позбавлені життя підземні води з концентрацією солей понад 270 г/л.
У планетарній біосфері виділяють континентальну й океанічну біосфери,які відрізняються геологічними, географічними, біологічними, фізичними й іншимиумовами. Нижня межа поширення живого обмежується дном океану (глибина близько 11 км) або ізотермою в 100C0у літосфері (за даними надглибокого буріння на Кольськомупівострові ця цифра становить близько 6 км). Фактично життя в літосфері простежується до глибини 3-4 км. Таким чином, вертикальна потужність океанічноїбіосфери становить 17 км, сухопутної до 12 км. Нагору, в атмосферу, біосфера простирається не вище озонового екрана, що становить 22-24 км. Отже, межа протяжності біосфери на Землі виражається цифрою 33-35км, хоча теоретично вона можебути більш ширшою.
На основі робіт В. І. Вернадського й інших дослідників, які зробили великийвнесок у вивчення біосфери планети, пропонується розрізняти три основні її форми:
·         форми біологічної систематики, що включають популяції,види, роди, сімейства й ін., прийняті в ботаніці й зоології;
·         біогеографічні форми — території, що характеризуютьгеографічне поширення й розподіл рослин і тварин, специфіку флори й фауни. Цебіогеографічні зони, області й т. д. Окремо виділяються ботаніко-географічні йзоогеографічні території, що дають уявлення про склад і характер флори й фауни;
·         екологічні форми, відомі за назвою екосистем(біогеоценозів), екотопів, біотопів й ін. Нагадаємо, що біотоп — це ділянка зоднорідними екологічними умовами, зайнятий певними біоценозами, екотоп — цемісце перебування співтовариства. На відміну від біотопу, поняття «екотоп»включає зовнішні стосовно співтовариства фактори середовища. Це сукупністьабіотичних умов неорганічного середовища даної ділянки, що представляє собоюмісцеперебування конкретного співтовариства. Екологічні форми визначаютьспецифіку вивчення біосфери в екологічних аспектах.
         Речовинний склад біосфери також різноманітний. В. І. Вернадськийвключає в нього сім глибоко різнорідних, але геологічно не випадкових частин:
q  жива речовина;
q  біогенна речовина — народжуване й перетворенеживими організмами (горючі копалини, вапняки й т.д.);
q  косна речовина, утворена без участі живихорганізмів (тверде, рідке й газоподібне);
q  біокосна речовина – косна речовина, перетворенаживими організмами (вода, ґрунт, кора вивітрювання, мули);
q  речовина радіоактивного розпаду (елементи й ізотопиуранового, торієвого й актиноуранового ряду);
q  розсіяні атоми земної речовини й космічнихвипромінювань;
q  речовина космічного походження у формі метеоритів,космічного пилу й ін.
У будові й морфології біосфери винятково важливе значення для розвиткуживої речовини мають наступні її елементи (зверху вниз):
—    шар живої речовини, так звана «плівка життя»;
—      педосфера, або ґрунтовий покрив;
—      ландшафтно-екологічні системи — функціональнісистеми, що включають живі організми й середовище їхнього перебування;
—      кора вивітрювання, тобто зона руйнування йперетворення гірських порід, їхніх мінерально-геохімічних змін у верхнійчастині земної кори під впливом різних факторів;
—      давня біосфера (палеобіосфера) — комплекс гірськихпорід, рельєфу й інших ландшафтних компонентів, що залягають нижче сучасноїбіосфери й похованих під її новітніми утвореннями. Це гірські породи, рудні йнерудні мінерали, хімічні елементи, широко використовувані в промисловості;
—      численні мінерали верхньої частини земної кори йбіосфери: глини, вапняки, боксити й т.д.;
—      природні води осадової оболонки;
—      мільйони органічних й органо-мінеральних з'єднань:вугілля, графіт, гумусові речовини, нафта, природні гази;
—      мінеральні ресурси біосфери й земної кори,розповсюджені у формі вільних елементів: міді, срібла, золота, вісмуту, платиний т.д. Всі вони — головне джерело сировини для металургії, хімічноїпромисловості й багатьох інших галузей. Їхній видобуток і використання векономіці ростуть рік у рік.
Зі сказаного випливає, що біосфера є результатом складного механізмугеологічного й біологічного розвитку косної й біогенної речовини. З одногобоку, це середовище життя, а з іншого боку — результат життєдіяльності. Головнаспецифіка сучасної біосфери — це чітко спрямовані потоки енергії й біогенний(пов'язаний з діяльністю живих істот) круговорот речовин.
Розробляючи вчення про біосферу, В. І. Вернадський прийшов до висновку,що головним трансформатором космічної енергії є зелена речовина рослин. Тількивони здатні поглинати енергію сонячного випромінювання й синтезувати первинніорганічні сполуки. Для пояснення великої сумарної енергії біосфери вченийзробив розрахунки, які дійсно показали величезне значення фотосинтезуючихрослин у створенні загальної органічної маси. Учений підрахував, що поверхняЗемлі становить менше однієї десятитисячної поверхні Сонця. Загальна ж площатрансформаційного апарата зелених рослин залежно від пори року становить ужевід 0,86 до 4,2% площі поверхні Сонця. Різниця колосальна. Цей зеленийенергетичний потенціал і лежить в основі збереження й підтримки всього живогона нашій планеті.
В. І. Вернадський так само, як і Ламарк 140 років тому спробував датиголовні вичерпні ознаки кожного царства живого. І чим більше він вникав упроблему, тим більше ясно ставало, що вимальовується новий розріз світу. В. І. Вернадськийсклав таблицю з 16-ти пунктів, де розглянув відмінність живого й неживого уфізичному, хімічному й термодинамічному змісті.
Аналіз таблиці показував, що в природі немає ніяких переходів віднеживого до живого: вони настільки суперечливі, що живе ні при яких умовах неможе походити від неживого. Організм і косну матерію розділяє непрохідна стіна.Принцип італійського натураліста й лікаря Франческо Реді говорить, що живепоходить тільки від живого, між живою й неживою речовиною проходить різкаграниця, хоча і є постійна взаємодія, — одержав своє підтвердження .
1.3 Гіпотези виникнення біосфери та етапи її еволюції
Біосфера має довгу історію, тісно пов'язану з еволюцієюЗемлі. Еволюцію Землі можна умовно поділити на кілька фаз.
—    Перша фаза. Формуванняранньої земної кори, атмосфери та гідросфери. Виникнення геологічногокругообігу речовин.
Згідно з найпоширенішою серед астрономів і астрофізиківгіпотезою, Всесвіт виник близько 20 млрд років тому внаслідок Великого вибуху.Потім утворилася наша Галактика (8 млрд років тому).
Близько 6 млрд років тому у віддаленій частині одного зрукавів Галактики розтягнута на трильйони кілометрів газопилова хмара під дієюгравітаційних сил поступово ущільнилася й перетворилася на водневий диск, щоповільно обертався. З його центральної частини утворилося Сонце, де занадзвичайно високих температури й тиску початися реакції ядерного синтезу, вході яких водень перетворювався на гелій і виділялася величезна кількістьенергії. Периферичні залишки диска також зближувалися під дією сил взаємногопритягання, поступово ущільнювалися, доки не перетворилися на суцільні сфери —планети Сонця. Потім поверхні таких сфер тверднули, утворюючи первиннупланетарну кору.
Первинна кора нашої планети — Землі — утворилася приблизно4,6 млрд років тому. Відтоді на її поверхні осідали метеорити й космічний пил.Завдяки ізотопному аналізові таких метеоритних залишків (метеоритного свинцю)вдалося визначити час виникнення земної кори, тобто дату народження нашоїпланети. З тріщин тонкої кори неперервно вивергалася розжарена лава, а разом ізнею — гази. Утримувані гравітаційними силами, ці гази утворили первиннуатмосферу планети. Вона складалася з метану, аміаку, водяної пари, вуглекислогогазу, сірководню, ціанистого водню й практично не містила кисню та озону.
Коли поверхня планети охолола, водяна пара почалаконденсуватися в атмосфері й випадати першими дощами, розчинюючи численнімінерали земної кори. Поступово вода накопичувалася, утворюючи океани. Напланеті сформувалася гідросфера. Циркуляція атмосферних мас, води й розчинениху ній мінералів, переміщення магматичних продуктів на поверхню планети й зновув її надра породили великий, або геологічний, кругообіг речовин. Закінчуваласяперша фаза еволюції нашої планети.
—    Друга фаза. Передбіологічна(хімічна) еволюція.
Протягом цієї фази (4,6—3,8 млрд років тому) на Землівідбувалися процеси синтезу й накопичення простих органічних сполук, необхіднихдля існування життя: амінокислот і простих пептидів, азотистих основ, простихвуглеводів. Ці сполуки, «цеглинки життя», виникли внаслідок процесівабіотичного синтезу.
Гіпотезу про можливість виникнення таких сполук абіотичнимшляхом, тобто без участі живої речовини, висловив у 1923 р. російськийбіохімік, академік О. І. Опарін, а вперше експериментально перевірив у 1953 р.американський аспірант С. Міллер. У своїх дослідах С. Міллер зімітував умови давньоїЗемлі: в стерильний реактор він помістив водень, метан, аміак та воду, і крізьцю суміш пропускав електричні розряди, імітуючи блискавки в первиннійатмосфері. За тиждень у реакторі було виявлено кілька амінокислот, деякі простівуглеводи, інші органічні сполуки, які входять до складу живої речовини.Експерименти С. Міллера, повторені й підтверджені в багатьох іншихлабораторіях, довели: майже всі мономери біополімерів могли синтезуватисьабіотичним шляхом. Цікаво, що в зразках місячного реголіту (поверхневої породи,яка не має аналогів на Землі) також знайдено «цеглинки життя»: деякіамінокислоти й прості вуглеводи, пурини й піримідини — одні з основнихкомпонентів нуклеїнових кислот. Органічні речовини нагромаджувалися в океані,утворюючи так званий «первинний бульйон».
Релігія розглядає виникнення життя на Землі як акт творінняГоспода, даючи часом досить витончені тлумачення опису цього акту Книгою Буттяй різко критикуючи наукові гіпотези природного походження життя.
«Одні вірять у біблійну історію створення, інші — вдоводи сучасного природознавства, але всі згодні, що життя зародилося в океані.Ні Бог, ні природа не могли б створити людину з безживної вулканічної породи.Довгий і складний розвиток, вінцем якого стала людина, починався в товщі океану,коли енергія Сонця вперше перетворила гази й продукти вивітрювання гірськихпорід на протоплазму й живі клітини.»
Т. Хейєрдал,
норвезький етнограф,
географ, археолог, мандрівник
Релігія розглядає виникнення життя на Землі як акт творінняГоспода, даючи часом досить витончені тлумачення опису цього акту Книгою Буттяй різко критикуючи наукові гіпотези природного походження життя.
Деякі вчені (в тому числі видатні — В. І. Вернадський, Ф.Крик) вважають, що живі організми були занесені на Землю з Космосу або зметеоритами й космічним пилом (гіпотеза панспермії), або «зародки життя»розсилатися на зорі геологічної історії Землі якоюсь космічною надцивілізацієюдля запліднення безживних, але потенційно придатних для життя планет(спрямована панспермія). [2]
Проте більшість біологів та еволюціоністів вважають, що життяна Землі виникло природним шляхом, у результаті процесів абіогенного синтезу.Сьогодні на основі цього припущення висунуто цілу низку наукових гіпотез, які,конкуруючи між собою, все ж мають спільні принципові позиції:
а) виникненню життя передувало нагромадження в Світовомуокеані органічних речовин, синтезованих абіогенним шляхом;
б) у зонах концентрації цих речовин виникли молекули, здатнідо самокопіювання (стосовно живого цей процес називають реплікацією, отже Р.Докінз запропонував називати такі молекули реплікаторами);
в) на основі реплікаторів сформувалися реакції й механізми матричногосинтезу (в тому числі біосинтез білків), генетичний код, що й зумовиловиникнення на планеті клітин живої речовини. Перше твердження вже доведеноекспериментально, а для другого й третього — фізиками, математиками, біологамий хіміками запропоновано низку моделей, кілька з яких мають непряміекспериментальні підтвердження.
Слід зазначити, що жодну з гіпотез (ні створення, ніпанспермії, ні абіогенного походження) прямими експериментами не доведено, хочапріорі деякі з них здаються переконливими. Яку з гіпотез прийняти — це питаннясвободи совісті, ерудиції й навіть (за висловом американськоївченої-еволюціоністки Л. Маргеліс) — справа смаку.
Незалежно від того, яким шляхом з'явилося життя на нашійпланеті, жива речовина докорінно змінила її зовнішній вигляд: на Землі виниклабіосфера.
—    Третя фаза. Давня біосфера.Еволюція ирокаріотичного світу. Виникнення біологічного кругообігу речовин.Формування кисневої атмосфери.
Ця фаза еволюції нашої планети почалася приблизно 3,8—4 млрдроків тому. Рештки перших живих організмів (їхній вік становить 3,8 млрд років)дійшли до нас у вигляді так званих строматолітів — вапнякових рештоксиньо-зелених водоростей і актиноміцетів, а також у вигляді осадових порід, укотрих шари двовалентного заліза чергуються з шарами окисненого тривалентного,подібно до того, як це нині спостерігається в «мікробних матах» наузбережжях багатьох субтропічних морів.
Перші живі організми мали примітивну — прокаріотичну —будову, були анаеробами, тобто організмами, які існують у безкисневомусередовищі. Вони жили в морях, «ховаючись» на глибині від згубногоультрафіолетового випромінювання Сонця, оскільки на планеті ще не існувалозахисного озонового шару. Необхідні для життя енергію й речовини перші мешканціЗемлі діставали, використовуючи готові органічні сполуки первинного бульйону,тобто були гетеротрофами. Така «споживацька» стратегія життя, що ґрунтуваласяна використанні обмежених запасів органічних речовин, нагромаджених протягомтривалої передбіологічної історії, могла б призвести до цілковитої переробкивсього низькоентропійного й енергетично цінного матеріалу у відходи йурешті-решт — до загибелі всього живого.
Проте криза не настала, бо серед величезної різноманітностіспособів добування енергії й поживних речовин, які «випробовувалися»в давньому світі прокаріот, швидко з'явився принципово новий тип живлення — автотрофний.Організми-автотрофи для побудови своїх клітин не використовували готовіорганічні речовини, а самі синтезували їх з неорганічних — вуглекислого газу,води, азотовмісних і фосфоровмісних сполук. Такі процеси потребували значнихенергетичних затрат. Необхідну енергію автотрофи діставали або за рахунококисних реакцій — у процесі хемосинтезу, або в результаті прямого вловлювання йперетворення променистої енергії Сонця — фотосинтезу.
Перші автотрофні організми, мабуть, були хемосинтезуючими йдіставали потрібну енергію, окислюючи або сірку в сірководні до молекулярноїсірки, або двовалентне залізо до тривалентного й т. п. Але справжня революція вюній біосфері почалася з появою фотосинтезуючих бактерій — ціанобактерій (синьо-зеленихводоростей), які «навчилися» використовувати найпотужніше йнайстабільніше в планетарному масштабі джерело енергії — сонячне світло.
З появою автотрофів на планеті замкнувся цикл біологічногокругообігу речовин, і на мільярди років відступила загроза енергетичного йхарчового голоду. Автотрофи, що здатні синтезувати органічні речовини знеорганічних, дістали загальну назву — продуценти, а гетеротрофи, якірозкладають органічні сполуки до неорганічних, — редуценти. Водночас виникла щеодна група організмів, котрі використовували готові органічні речовини, нерозкладаючи їх до мінеральних, а трансформуючи в інші органічні речовини. Цюгрупу споживачів-трансформаторів готової органіки називають консументами. Першимиконсументами були бактерії, що живились органікою загиблих продуцентів (такзваний сапротрофний тип живлення) або вели паразитичний спосіб життя всерединіклітин продуцентів чи консументів-сапротрофів.
Відтоді естафету життя розпочинали автотрофи-продуценти, якіз вуглекислого газу й води за допомогою сонячного світла чи то енергіїокисно-відновних реакцій створювали молекули простих цукрів. Далі цукриполімеризувалися в полісахариди або трансформувалися в амінокислоти,нуклеотиди, жирні кислоти, гліцерин тощо, з яких утворювалися білки, нуклеїновікислоти, жири та інші необхідні для клітини компоненти. З погляду другогозакону термодинаміки, продуценти створювали низькоентропійні сполуки,використовуючи для цього поглинуту променисту енергію.
Ці низькоентропійні, а отже, високоенергетичні сполуки —органічні речовини — в подальшому споживалися консументами. Зазвичай консументиспочатку поглинали складні органічні речовини, а потім частково розкладали їхна простіші, наприклад, полісахариди — на прості цукри, звільняючи енергію,потрібну для підтримання своєї життєдіяльності. Добута енергія витрачалася натрансформацію залишків використаних складних органічних речовин в іншінеобхідні речовини й на підтримання процесів метаболізму організмів-споживачів.
І нарешті, органічна речовина відмерлих продуцентів і консументівспоживалася редуцентами. Давні редуценти, на відміну від консументів, виділялив зовнішнє середовище ферменти (так звані екзоферменти), що розкладали складніорганічні сполуки на простіші, а потім поглинали ці прості сполуки. Всерединіклітин більшу частину поглинутих простих органічних сполук редуценти окиснювалидо мінеральних речовин, одержуючи необхідну енергію, а із залишків створювалипотрібні для себе складніші органічні речовини.
Отже, жива речовина (біота) — продуценти, консументи йредуценти — утворила ланцюг живлення (трофічний ланцюг), який через неживуречовину — мінеральні сполуки — замкнувся в коло. Відтоді продуцентисинтезували органічні речовини з неорганічних, консументи їх трансформували, аредуценти розкладали до мінеральних сполук, які потім знову споживалися продуцентамидля процесів синтезу. З потоку речовин у цьому колі утворився біологічнийкругообіг речовин.
Геологічний і біологічний кругообіги речовин разом склали біогеохімічнийкругообіг, з'єднавши в ньому водночас величезну потужність першого йнадзвичайні швидкість та активність другого. Біогеохімічний кругообіг «налагоджувався»приблизно 1,5-2 млрд років, потім стабілізувався, суттєво не змінюючисьпротягом більш як 2 млрд років — дотепер.
Поява фотосинтезуючих продуцентів, окрім усього іншого, малаодин важливий наслідок — на Землі сформувалася киснева атмосфера, яка визначилаподальші етапи еволюції планети й біосфери.
Майже всі первинні прокаріотичні організми були анаеробами.Кисень, життєво необхідний переважній більшості видів, що існують нині, длядавніх організмів був однією з найсильніших отрут. Надзвичайно активнийокиснювач, вільний кисень, руйнував, дезактивував, «спалював»більшість ферментів давніх бактерій-анаеробів, тому вони діставали енергію лишеза рахунок безкисневих і низькоефективних процесів бродіння й розщепленняпростих цукрів — шляхом гліколізу. Однак саме кисень виділяли в процесіфотосинтезу первинні продуценти-фотоавтотрофи — синьо-зелені водорості.Оскільки через високу вулканічну активність планети давні моря були дужетеплими, то лише незначна кількість цього кисню розчинялась у воді Світовогоокеану. Основна маса кисню нагромаджувалася в атмосфері, де зрештою окиснюваламетан і аміак у вуглекислий газ, вільний азот та його оксиди. З дощамивуглекислий азот і азотні сполуки потрапляли в океан і там споживалисяпродуцентами. Поступово кисень замістив у атмосфері метан і аміак. Частинакисню під впливом сонячного світла й електричних розрядів у атмосфері перетворюваласяна озон. Молекули озону, концентруючись у верхніх шарах атмосфери, прикрилиповерхню планети від згубної дії ультрафіолетового випромінювання, що йшло відСонця. У цей час у Світовому океані серед бактерій виникли види, здатніспочатку тільки захищатися від розчиненого у воді кисню, а в подальшому «навчилися»використовувати його для окиснення глюкози й одержання додаткової енергії, Назміну низькоефективним процесам бродіння й гліколізу прийшов енергетичнонабагато вигідніший процес кисневого розщеплення простих цукрів. Організми, щодіставали енергію цим шляхом, не лише не отруювалися киснем, а навпаки, маливід нього користь. Такі організми названо аеробними. Оскільки шар озону захищавтепер клітини від ультрафіолетового випромінювання, аероби почали колонізаціюбагатих на кисень поверхневих шарів Світового океану та його мілководь —шельфу. Жива речовина заселила всю гідросферу.
—    Четверта фаза. Виникненняеукаріот. Заселення суші. Сучасна біорізноманітність органічного світу.
Ця важлива фаза в розвитку нашої планети та її біосфери ознаменуваласявиникненням істот принципово нового типу — побудованих з еукаріотичних клітин. Еукаріотичніклітини значно складніші за прокаріотичні. Вони диференційовані на системи певнихорганоїдів (ядро, мітохондрії, ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі,лізосоми, хлоропласти тощо), здатні до мітозу, мейозу й статевого процесу,можуть живитися шляхом фагоцитозу й пінозитозу і т. д. Завдяки здатності достатевого процесу еукаріоти еволюціонують набагато швидше за прокаріот і маютьбільший адаптивний потенціал, а отже, краще пристосовуються до змін умовіснування. Вважають, що еукаріотична клітина виникла приблизно 1,2 млрд років томув результаті серії симбіозів різних прокаріотичних клітин, одні з яких далипочаток клітині-хазяїну, інші — трансформувалися в мітохондрії та хлоропласти.Перші еукаріоти були гетеротрофними одноклітинними організмами. Вони, шляхомзалучення до своєї клітини прокаріотичних фото-автотрофів, поклали початок еукаріотичнимодноклітинним водоростям. У подальшому від автотрофних і гетеротрофних еукаріотвідокремилося кілька груп грибів. Окрім того, одноклітинні гетеротрофні прокаріотиє родоначальниками багатоклітинних безхребетних тварин.
За порівняно короткий час — кілька десятків мільйонів років —еукаріоти «перевідкрили» багатоклітинність, «відкрили»тканинну будову, і близько 430—415 млн років тому перші рослини — нащадкиводоростей, а слідом за ними й різноманітні тварини та гриби вийшли на сушу,завершуючи колонізацію всієї поверхні нашої планети.
З виходом живої речовини на сушу прискорилися процесививітрювання гірських порід. Відтоді не лише коливання температури, дощі тавітри руйнували гірські масиви, а й величезна армія рослин, бактерій, грибів ілишайників подрібнювала, розпушувала, розчиняла мінерали. Консументи-тварини,споживаючи продуцентів, швидко переносили вміщені в органічній речовиніелементи на значні відстані, редуценти вивільняли, розкладали, перевідкладалиорганіку консументів. Частина вивільнених мінеральних і напівпереробленихорганічних речовин трансформувалася в гумус, утворюючи родючі біокосні системи— ґрунти. Те, що не поверталося в біологічний кругообіг або не запасалося вґрунті, змивалося дощами в річки й виносилося в Світовий океан, де споживалося,концентрувалось або перевідкладалось у вигляді осадових порід мешканцямигідросфери. Тектонічні переміщення земної кори повільно виносили осадові породина поверхню, роблячи нагромаджені в них речовини знову доступними для живоїречовини літосфери. [10]
Більшість авторів гіпотез про походження життя на Земліприпускали, що протягом величезного проміжку часу наша планета була інертною іна її поверхні, в атмосфері і океані відбувався повільний абіогенний синтезорганічних сполук, який привів до утворення перших примітивних організмів.Встановилося майже традиційне уявлення про те, що на Землі відбувалася тривалахімічна еволюція, яка передувала біологічній і охоплювала інтервал часу неменше 1 млрд. років.
Фосилізовані (такі, що скам'яніли) залишки організмівзустрічаються у відкладеннях етапів геологічної історії, що охоплюють 570 млн.років. За ініціативою американського геолога Ч. Шухерта цей період названийфанерозойським еоном, або фанерозоєм (від грец. phaneros— очевидний, чіткий і zое — життя). До фанерозою належать триостанні ери в історії земної кори: палеозойська, мезозойська і кайнозойська.
Стародавня і найтриваліша частина геологічної історії названакриптозоєм (від грец. kriptos — прихований), що охоплює величезнийпроміжок часу — 570—4500 млн. років тому. Вона позначається як докембрій. Цейпервинний етап геологічної історії біосфери прийнято поділяти на два послідовніперіоди:
а) архейська ера тривалістю близько 1900 млн. років,
б)протерозойська ера тривалістю близько 2000 млн. років.Геохронологічна шкала викликає інтерес в аспекті розгляду послідовності етапіврозвитку біосфери, оскільки дає змогу датувати історію виникнення видіворганізмів. Так, архей — це час примітивних одноклітинних бактерій, протерозой —час різноманітних бактерій і водоростей. З початком палеозою пов'язують першупояву численних безхребетних, що мають мушлю, окам'янілі останки яких знаходятьу гірських породах повсюди. У палеозої з'явилися перші хребетні близько 450 млн.років тому (ордовицький період), перші комахи — 350 млн. років тому (девон), першірептилії — 300 млн. років тому (кам'яновугільний період), перші хвойні — 220 млн.років тому (пермський період). З мезозоєм пов'язана поява перших динозаврів іперших ссавців (200 млн. років тому в тріасі) і перших птахів, і соснових дерев(160 млн. років тому в юрському періоді).
Кисень в атмосфері. У розвитку біосфери найважливішуроль відіграло поступове зростання концентрації кисню в атмосфері, яке створилоумови для формування озонового шару в атмосфері, переходу на сушу життя, щозародилося в океані, і появи надалі вищих тварин. Первинна атмосфера була майжебез кисню (0,1 % від сучасного рівня). Зміна складу атмосфери почаласяприблизно 2 млрд. років тому, коли з'явилися перші фотосинтезуючі організми.Цей процес розвивався до появи 1,5 млрд. років тому сучасних хлорофілових «кліток»,які стали виділяти велику кількість кисню і поглинати вуглекислий газ. Їхпопередники — прокаріоти (клітина без ядра) були першими фотосинтезуючимиорганізмами (ймовірно, це були синьо-зелені водорості, виявлені вдокембрійських відкладеннях в Онтаріо).
Приблизно 1 млрд. років тому кількість кисню становила 1% відсучасного рівня. У цю епоху важливою була роль фотосинтезуючої активностіфітопланктону, з'явився озоновий шар, який затримує згубні для організмівультрафіолетові промені, що сприяло подальшому розвитку органічного життя вповерхневому шарі води.
Близько 600 млн. років тому почався важливий біосфернийпроцес: заселення материків живими істотами — з'явилися нижчі автотрофнірослини, потім складніші види рослин, що супроводжувалося різким збільшеннямвмісту кисню в атмосфері (від 3 % від сучасного рівня 700 млн. років тому до 50% до початку крейдяного періоду 140 млн. років тому).
Основні етапи розвитку біосфери. Можна умовно виокремити такіпослідовні етапи еволюції біосфери: синтез простих органічних сполук, біогенез,антропогенез, техногенез і ноогенез.
1. Синтез простих органічних сполук (хімічна еволюція) вгеосферах Землі здійснювався під дією ультрафіолетової радіації: метану,аміаку, водню, пари води. Початок етапу — 3,5—4,5 млрд. років тому.
2. Біогенез — перетворення речовини геосфери Землі в живуречовину біосфери (утворення високомолекулярних органічних сполук з простихсполук під дією геофізичних чинників). Початок етапу — 2,5—3,5 млрд. років тому(поява живої речовини біосфери).
3. Антропогенез — поява людини і перетворення її на соціальнуістоту, формування суспільної організації людських співтовариств у процесівиробничої трудової діяльності. Початок етапу — 1,5—3 млн. років тому (появалюдини).
4. Техногенез — перетворення природних комплексів біосфери впроцесі виробничої діяльності людини і формування техногенних іприродно-технічних комплексів, тобто техносфери, як складової біосфери. Початокетапу — 10—15 тис. років тому (поява міських поселень).
5. Ноогенез — процес перетворення біосфери в стан розумовокерованої соціально-природної системи (ноосфери). Її можна схарактеризувати якстан біосфери, за якого здійснюються:
а) раціональне використання природи, тобто раціональнеприродокористування;
б) стійкий розвиток світової людської спільноти.
Слід зазначити, що важливий вплив на еволюцію біосферисправив дрейф континентів, у результаті якого еволюція різних груп організмівпішла різними шляхами. Згідно з теорією дрейфу континентів, висунутою АльфредомВегенером у 20-х роках XX ст., сучасні континенти виникли з єдиного масиву сущі, що одержав назву Пангея,який існував на нашій планеті ще в палеозої як острів у Світовому океані.Приблизно 200—250 млн. років тому наприкінці палеозою — на початку мезозоюПангея «розкололася» на два великі масиви суші, які стали«розходитися», що зумовило формування нових океанів. Індія іконтиненти, що знаходяться зараз у Південній півкулі (Південна Америка, Африка,Антарктида, Австралія), утворювали разом єдиний материк Гондвана. НинішняПівнічна Америка, Європа і Азія утворили материк Лавразія.
В юрський період Гондвана і Лавразія відокремилися одна відодної. На той час еволюція динозаврів досягла досить високого ступеня, хвойніліси існували вже впродовж мільйонів років, з'явилися перші птахи і ссавці. Щедо того як почався поділ Гондвани на південні континенти й Індію, що існуютьнині, динозаври і хвойні ліси зайняли панівне становище серед живих організмів.Після поділу Гондвани еволюція видів на різних континентах пішла різнимишляхами. Так, сумчасті ссавці досягли великої різноманітності в Австралії іПівденній Америці, тоді як плацентарні ссавці зайняли домінуюче становище наінших континентах.
Приблизно в цей же час відбувся поділ Лавразії, де вжеіснували хижі, копитні гризуни, примати і багато інших ссавців. Тому не дивно,що північноамериканські, азіатські і європейські види ссавців пов'язані міжсобою ближчою спорідненістю, ніж із ссавцями Австралії і Південної Америки.Нинішні континенти сформувалися в основному наприкінці мезозою, близько 110 млн.років тому, хоч Індія, переміщаючись на північ, з'єдналася з Азією тільки 20—30млн. років тому. [5]
1.4 Будова біосфери
Планета Земля унікальна. На ній серед інших планет Сонячноїсистеми в тонкому шарі, де взаємодіють вода (гідросфера), земля (літосфера) іповітря (атмосфера), мешкають живі організми. Цей шар називається біосферою(від грец. bios— життя, sphaira— куля).
Біосфера (за В.І. Вернадським) — область планети, в якійіснує або коли-небудь існувало життя і яка постійно піддається або піддаваласядії живих організмів.
Погляди видатного вченого про провідну роль живої речовини вутворенні сучасного хімічного складу атмосфери, гідросфери і частини літосфериотримали різностороннє підтвердження.
Біосфера є єдиним місцем існування людини та інших живихорганізмів. З побудов В. І. Вернадського та інших учених випливає законнезамінності біосфери.
За цим законом, кінцеве завдання охорони природи — цезбереження біосфери як єдиного місця існування людського суспільства. Сучасніфілософські концепції зводяться до того, що процес взаємодії суспільства ібіосфери має бути керованим і не повинен призвести до деградації біосфери яксередовища існування суспільства. На відміну від біогенезу цей етап еволюціїбіосфери розглядають як етап розумного розвитку, тобто ноогенезу. Відповідновідбувається поступове перетворення біосфери в ноосферу. Під цим терміноммається на увазі особлива оболонка Землі, що включає суспільство з індустрією,мовою, господарською діяльністю, релігією. Ноосфера розглядалась як«мислячий пласт», що розгортається над біосферою, зовні її.
Біосфера неминуче перетвориться на ноосферу, тобто сферу, дерозум людини відіграватиме домінуючу роль у розвитку системи «людина —природа». Цей закон справедливий, хоча деякі сучасні учені розглядаютьйого як соціальну утопію. Водночас очевидно, що якщо людство не почнерегулювати свою чисельність, управляти власними діями на природу, спираючись наїї закони, то воно приречене на загибель. Тому значення закону ноосфери бачитьсяв тому, що люди управлятимуть не природою, а перш за все собою.
В. І. Вернадський вважав, що ноосфера — це нове геологічнеявище на Землі. В ній вперше людина стає могутньою геологічною силою. Алемислити і діяти людина, як і все живе, може тільки в області розповсюдженняжиття, тобто в біосфері, з якою вона нерозривно пов'язана і з якої не можепіти.
Біосфера — це геологічна земна оболонка, яка не тількиохоплена життям, а й структурно ним організована. При цьому біосфера якпланетна система входить у більшу надсистему Землі, якій властива єдність взаємодіїземних і космічних процесів.
Таким чином, найважливішими особливостями біосфери є її організованістьі стійка динамічна рівновага. Організованість означає, що біосфера — не хаосрозрізнених складових, а деяке єдине і пов'язане ціле.
Наприклад, термодинамічний рівень організованості біосферивиражається в наявності двох взаємопов'язаних шарів: верхнього, освітленого(фотобіосфера), де існують фотосинтезуючі організми, і нижнього, ґрунтового(афотобіосфера), де розміщена зона підземного життя.
Сучасна біосфера разом із живою речовиною включає повністюгідросферу, верхню частину літосфери і нижню частину атмосфери.
Гідросфера. Ця геосфера є сукупністю океанів, морів, озер,річок, боліт, підземних вод і льодовиків. Вона утворює переривисту водну оболонкуЗемлі, що займає більше 70% її поверхні. Маса гідросфери розподілена вкрайнерівномірно: 98,3% її становить Світовий океан, 1,6% зв'язано в материковихльодах і лише 0,1% припадає на води материків.
Вода — один із найважливіших, незамінних природних ресурсів, хімічна сполукаводню і кисню. Найпростішу формулу — Н2О — має водяна пара. Молекуларідкої води складається головним чином зі сполуки двох простих молекул (Н2О)2.Лід — сполука трьох простих молекул – (Н2О)3. Вода — цеєдина речовина на Землі, що існує в природі в усіх трьох агрегатних станах:рідкому, твердому, газоподібному.
Гідросфера — компонент неживої матерії, але з нею пов'язаножиття на Землі. Там, де є вода, є і життя. Вода — найважливіша складовабудь-якої живої клітини. Біохімічні реакції протікають у воді, оскількибільшість органічних сполук із біологічної підмножини водорозчинні. На зорівиникнення життя летючі органічні сполуки розсіювалися в атмосфері йрозпадалися. Ті, що не розчинялися у воді, занурювалися на дно, а у водізалишалися переважно водорозчинні речовини, які й брали участь у подальшійеволюції життя.
Функції води дуже різноманітні. Вода порівняно з рештоюречовин земного походження має унікальні й аномальні властивості, наприклад,термодинамічні (теплоємність, константи паротворення і кристалізації) іфізико-хімічні (в'язкість, досягнення максимальної щільності при 4°С,нестисливість, високий коефіцієнт поверхневого натягу, плавучість льоду,розчинювальна здатність, можливість формування лужного, нейтрального і кислогосередовища).
Різноманітність скупчень і рухів води в різних її фазовихстанах — це хмари, водоспади, річки, озера, засніжений ліс, льодовики, морськийприбій, тобто естетичний ресурс планети Земля.
Світовий океан, що є основною частиною гідросфери, — цесередовище існування величезної кількості найрізноманітніших представниківрослинного і тваринного світу і світу мікроорганізмів. Всі морські організмиподіляють на три великі групи: планктон, нектон і бентос. Планктон (від грец. planktos — ширяючий, блукаючий та оп — живе) —найбільша за числом видів група організмів, що включає рослини і тварин, які нездатні самостійно пересуватися, «ширяючих» у товщі води іпереміщуваних течіями. Планктон поділяють на фіто- і зоопланктон. Основна масафітопланктону зосереджена в поверхневому (60 – 80-метровому) шарі води океанів, де для фотосинтезу достатньо сонячногосвітла. До нектону (від грец. nektos — плавний) належать тварини,здатні самостійно пересуватися у воді (риби, водні ссавці, кальмари та ін.).Організми, прикріплені до дна водоймищ, що повзають по ньому і зариваються внього, відносять до бентосу (від грец. benthos— глибина), який поділяється нафітобентос (різноманітні багатоклітинні водорості) і зообентос (губки, хробаки,молюски та інші безхребетні).
Маса живої речовини в гідросфері розподілена вкрайнерівномірно. Найбільшу біомасу має фітопланктон, області концентрації якогозаймають близько 10% площі Світового океану і в основному розташовані нашельфах. Оскільки для більшості представників нектону і зообентосу фітопланктонє основним або єдиним джерелом їжі, розподіл областей їх концентраціїприурочений до ареалів фітопланктону.
Літосфера. У сучасному розумінні літосфера (від грец. litos — камінь та sphaira — куля) — верхня тверда оболонкаЗемлі, товщина якої коливається в межах 50—200 км. Верхня частина літосфериутворює земну кору, а нижня — верхню частину мантії Землі. Земна кора, що є, навідміну від гідросфери, суцільною оболонкою планети, складається із трьохшарів: осадового, гранітного і базальтового. Осадовий шар в основному складенийосадовими породами (глинами, пісковиками, вапняками, доломітом, гіпсом та ін.),що утворилися на поверхні Землі в основному в результаті відкладення продуктіввивітрювання і руйнування стародавніх порід, хімічного і механічного випаданняосаду з води, а також продуктів життєдіяльності організмів. Потужністьосадового шару вкрай мінлива: в одних місцях його немає, в інших він досягаєтовщини 20—26 км. Загальний об'єм цього шару становить близько 10 % від обсягувсієї земної кори, причому основна частина порід, що його складають, припадаєна материки і шельфи океанів.
Нижня межа біосфери проходить у верхній частині земної кори.Виразне розповсюдження життя простежується тут лише до глибини в декількадесятків метрів, проте з підземними водами мікроорганізми розповсюджуються доглибин 2-3 км, хоча відомі випадки виявлення мікроорганізмів у нафтових водах інафті, видобутих при бурінні свердловин з глибин більше 4 км.
З погляду концентрації живої речовини в біосфері особливийінтерес становить ґрунтовий шар, товщина якого в різних ландшафтних ікліматичних зонах змінюється в широких межах (від декількох сантиметрів до 1—1,5м). Практично вся рослинність суші, а отже, і весь її тваринний світ пов'язаніз ґрунтом як необхідним джерелом їжі.
Ґрунт. Тверда земна кора, на якій ми мешкаємо (літосфера), маєскладну будову. Верхні шари літосфери (до 2—4км) називають літобіосферою, а поверхневий шар — ґрунтом. У глибину Землі живіорганізми проникають на невелику відстань. Найбільша глибина, на якій у породахземної кори були знайдені бактерії, становить 4 км, на дні океанів — до 11 км.
Ґрунт є найважливішою ланкою, що зв'язує біотичні й абіотичнікомпоненти наземних екосистем. У цьому полягає особлива роль ґрунту в біосфері.Процес утворення ґрунту отримав назву ґрунтоутворення. Наука про ґрунтиназивається ґрунтознавством. Ґрунтоутворення — результат фізичного, хімічного ібіологічного перетворення гірських порід. Воно є трифазним середовищем, щомістить тверді, рідкі й газоподібні компоненти. Найважливішою властивістю ґрунтує його родючість.
Василь Васильович Докучаєв (1846—1903) — видатний російськийучений — вперше представив ґрунт як динамічне, а не інертне середовище вкласичній роботі «Російський чорнозем», де розглянув ґрунти Росії іїх утворення. В.В. Докучаєввиявив головні ґрунтотвірні чинники — клімат, геологічну основу (материнськапорода), топографію (рельєф), живі організми і час. Всі ці чинники належать доекологічних (чинників середовища існування).
Родючість ґрунту визначається як здатність ґрунту забезпечитиорганічне і мінеральне живлення рослин. Надлишок або нестача гумусу, а такожедафічні чинники визначають родючість ґрунту.
Едафічні чинники (від грец. edaphos— ґрунт) — сукупність фізичних і хімічних властивостейґрунту.
Гумус, або перегній, — це складний комплекс органо-мінеральнихсполук, що утворилися з органічних залишків рослин і тварин шляхом розкладанняостанніх за допомогою мікроорганізмів.
Ріст рослин залежить від вмісту потрібних поживних речовин уґрунті і від його структури.
До складу ґрунту входять чотири важливі структурнікомпоненти: мінеральна основа (зазвичай50—60 % загального складу ґрунту), органічна речовина (до 10 %), повітря (15—22%) і вода (25—35 %). Мінеральний кістяк ґрунту — це неорганічний компонент,який утворився з материнської породи внаслідок її вивітрювання.
Структура ґрунту. Мінеральні фрагменти, що утворюють речовину ґрунтовогокістяка, різні — від валунів і каміння до піщаних крупинок і найдрібнішихчастинок глини. Матеріал кістяка зазвичай довільно розділяють на дрібний ґрунт(частинки
Структура ґрунту має велике значення для сільськогогосподарства. Середньо-дрібноструктурні ґрунти, такі як глина, суглинки йалеврити, містять достатньо поживних речовин і здатні утримувати воду.Піскуваті ґрунти швидше дренуються і втрачають поживні речовини черезвилуговування, але їх вигідно використовувати для отримання ранніх урожаїв: їхповерхня висихає ранньою весною швидше, ніж у глинистих ґрунтів, що сприяєкращому прогріванню. Ступінь каменистості ґрунту теж має значення, оскількивпливає на швидкість зносу сільськогосподарських знарядь, а також на дренаж. Зізбільшенням вмісту каміння в ґрунті зменшується його здатність утримувати воду.
Ідеальний ґрунт має містити приблизно рівні кількості глини іпіску в поєднанні з частинками проміжних розмірів. У цьому випадку утворюєтьсяпориста, крупчаста структура, і ґрунти називаються суглинками. Вони зазвичаймають переваги двох крайніх типів ґрунтів і не мають їх недоліків. Таким чином,легко здійснюваний механічний аналіз ґрунту дає корисне уявлення про йоговірогідні властивості.
Земля необхідна людині для різних цілей, які інколинесумісні. Зростає зневага до істинної цінності землі. Це нерідко призводить дотого, що в ролі «годувальниці» вона цінується нижче, ніж як«основа для бетонного фундаменту». Земля — слово особливе. Такназивається наша планета. Йдучи на чужину, наші предки брали із собою жменюрідної землі і берегли її як святиню.
Світ ґрунтів — «душі ландшафту», за висловом В. В.Докучаєва, мінливий, ранимий. Створений рослинами і тваринами, він управляєбіогеоценозом, відновлюючи його зональний тип. Динамічність ґрунтів цілкомпов'язана з динамічністю біосфери, і цей зв'язок може зіграти з людьми злийжарт, якщо ми не враховуватимемо ті численні процеси, які протікають у«четвертій стихії» — ґрунті.
Атмосфера. Третя геосфера Землі, з якою пов'язана біосфера, —це атмосфера, що є газовою оболонкою Землі, яка складається з азоту (78,08 %об'єму), кисню (20,95 %), аргону (0,93 %) і вуглекислого газу (0,03 %). Начастку решти газів припадає близько 0,01 % загального об'єму атмосфери. Звіддаленням від поверхні Землі щільність атмосфери поступово зменшується довисоти близько 3 тис. км, де стає рівною щільності міжпланетного простору.Звичайно атмосферу представляють у вигляді сукупності шарів — тропосфери,стратосфери та іоносфери. Тропосфера, що містить у собі близько 80 % маси всієїатмосфери і практично всю водяну пару, сягає висоти приблизно 9 км (на полюсах) — 17 км (на екваторі). У нижній частині стратосфери, що простягається від верхньоїмежі тропосфери до висоти близько 50 км, розташовується озоновий шар, для якогохарактерний підвищений вміст озону. Концентрація озону на висотах розміщенняозонового шару 15—26 км більш ніж у 100 разів перевищує його концентрацію біляповерхні Землі.
Озон О3 утворився в результаті реакції міжатомарним (О) і молекулярним (О2) киснем під дією ультрафіолетовоговипромінювання Сонця.
Ультрафіолетове випромінювання Сонця — це електромагнітні хвилі сонячноговипромінювання з довжиною хвилі менше 400 нм, а видиму частину сонячногоспектра становить проміння з довжиною хвилі 400—760 нм. Вище озоносфериіснування життя неможливе без спеціального захисту через жорсткеультрафіолетове випромінювання Сонця.
Вплив атмосферних чинників на біологічні процеси величезний —це саме життя. Атмосфера — один із продуктів процесу виникнення і розвиткуЗемлі. Кисень і дихання — синоніми життя. «Поки дихаю — сподіваюся» (Овідій).У міру переходу до більш високоорганізованих форм життя залежність від киснюзбільшується: анаероби (мікроорганізми) можуть жити без нього завжди, жаби —кілька днів, люди — кілька хвилин.
В атмосфері знаходиться приблизно 1 % від загальної кількостіводи на планеті, але цього достатньо, щоб дощі підтримували життя на Землі.
Горизонтальні й вертикальні переміщення повітряних масвідіграють провідну роль у формуванні погоди і клімату. Основними силами, щовизначають горизонтальний рух повітря, є перепади тиску, сили Коріоліса ітертя. Нерівномірний нагрів атмосфери Сонцем створює перепади тиску. [5]

2. Роль живої речовини
2.1 Жива речовина планети
Одним із центральних ланок концепції біосфери є вчення про живуречовину. Досліджуючи процеси міграції атомів у біосфері, В.І.Вернадськийпідійшов до питання про генезис (походження, виникнення) хімічних елементів уземній корі, а після цього й до необхідності пояснити стійкість з'єднань, зяких складаються організми. Аналізуючи проблему міграції атомів, він прийшов довисновку, що «ніде не існують органічні сполуки, незалежні від живоїречовини». Пізніше він формулює поняття «живої речовини»: «Живаречовина біосфери є сукупність її живих організмів… Я буду називатисукупність організмів, зведених до їхньої ваги, хімічному складу й енергії,живою речовиною». Головне призначення живої речовини і його невід'ємнийатрибут — нагромадження вільної енергії в біосфері. Звичайна геохімічна енергіяживої речовини виробляється насамперед шляхом розмноження.
Наукові ідеї В. І. Вернадського про живу речовину, про космічність життя,про біосферу й перехід її в нову якість — ноосферу своїми коріннями йдуть в XIX — початок XX ст., коли філософи й натуралісти робилиперші спроби осмислити роль і завдання людини в загальній еволюції Землі. Самеїхніми зусиллями людина почала своє просування до вершин природної еволюціїживого, поступово займаючи екологічну нішу, відведену йому природою.
В 30-і роки В.І.Вернадський із загальної маси живої речовини виділяєлюдство як його особливу частину. Таке відокремлення людини від усього живогостало можливим по трьох причинах. По-перше, людство є не виробником, аспоживачем біогеохімічної енергії. Така теза вимагала перегляду геохімічнихфункцій живої речовини в біосфері. По-друге, маса людства, виходячи з данихдемографії, не є постійною кількістю живої речовини. І по-третє, йогогеохімічні функції характеризуються не масою, а виробничою діяльністю. Характерзасвоєння людством біогеохімічної енергії визначається розумом людини. З одногобоку, людина — це кульмінація несвідомої еволюції, «продукт»спонтанної діяльності природи, а з іншого боку — зачинатель нового, розумноспрямованого етапу самої еволюції.
Які ж характерні риси властиві живій речовині? Насамперед,це величезна вільна енергія. У процесі еволюції видів біогенна міграція атомів,тобто енергія живої речовини біосфери, збільшилася в багато разів і продовжуєрости, тому що жива речовина переробляє енергію сонячних випромінювань, атомнуенергію радіоактивного розпаду й космічну енергію розсіяних елементів, щоприходять із нашої Галактики. Живій речовині властива також висока швидкістьпротікання хімічних реакцій у порівнянні з речовиною неживою, де схожі процесийдуть у тисячі й мільйони разів повільніше. Приміром, деякі гусениці за добуможуть переробити їжі в 200 разів більше, ніж важать самі, а одна синиця задень з'їдає стільки гусениць, скільки важить сама.
Для живої речовини характерно те, що її хімічні з'єднання, складають,найважливіші з них білки, стійкі тільки в живих організмах. Після завершенняпроцесу життєдіяльності вихідні живі органічні речовини розкладаються дохімічних складових частин.
Жива речовина існує на планеті у формі безперервного чергуванняпоколінь, завдяки чому знову утворене генетично пов'язане з живою речовиноюминулих епох. Це головна структурна одиниця біосфери, що визначає всі іншіпроцеси поверхні земної кори. Для живої речовини характерна наявністьеволюційного процесу. Генетична інформація будь-якого організму зашифрована вкожній його клітині. В. І. Вернадський класифікував живу речовину на одноріднуй неоднорідну. Перша в його уявленні — це родова, видова речовина й т.п., адруга представлена закономірними сумішами живих речовин. Це ліс, болото, степ,тобто біоценоз. Характеризувати живу речовину вчений пропонувала на основітаких кількісних показників, як хімічний склад, середня вага організмів ісередня швидкість заселення ними поверхні земної кулі..
В.І.Вернадський приводить середні цифри швидкості «передачі життяв біосфері». Час захоплення даним видом всієї поверхні нашої планетирізними організмів може бути виражено наступними цифрами (кількість діб):
ü  Бактеріяхолери 1,25
ü  Інфузорія10,6 (максимум)
ü  Діатомові16,8 (максимум)
ü  Зеленийпланктон 166-183 (середнє)
ü  Комахи366
ü  Риби2159 (максимум)
ü  Квітковірослини 4076
ü  Птахи(кури) 5600-6100
Ссавці:
ü  пацюк2800
ü  дикасвиня 37600
ü  слоніндійський 376000 [3]
Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 доби, а фітомаса(тобто маса рослин) – щодня.
В. І. Вернадський говорив, що, концентруючи сонячну космічнуенергію і трансформуючи її в активну (вільну) енергію земних процесів, живіорганізми виявляють прагнення до максимального прояву цієї діючої енергії впроцесах обміну, у кругообігах і біохімічних циклах.
Жива та нежива речовина на Землі становлять гармонійне ціле,що, власне, й називається біосферою. Крім тих живих істот, що живуть сьогодніна Землі, В. І. Вернадський включав у біосферу істоти минулих епох, від яких донашого часу дійшли товщі гірських порід органічного походження (такі, яквапняки чи вугілля), їх вчений називав «палео-біосферами».
Узагальнюючи результати досліджень у галузі геології,палеонтології, біології та інших природничих наук, В. І. Вернадський дійшоввисновку, що біосфера — це «стійка динамічна система, рівновага в якійвстановилася в основних своїх рисах… з археозою й незмінно діє протягом 1,5-2млрд. років». Стійкість біосфери, за Вернадським, виявляється в сталостіїї загальної маси (1019 т), маси живої речовини (1015 т),енергії, пов'язаної з живою речовиною (1018 ккал) і середньогохімічного складу всього живого.
Оскільки всі функції живих організмів у біосфері не можутьвиконуватись організмами якогось одного виду, а лише їх комплексом (подібно дотого, як якась клітина в організмі не може діяти сама по собі, а лише в складівсього організму), то звідси випливає важливе положення, розробленеВернадським: біосфера Землі від самого початку сформувалася як складна системаз великою кількістю видів організмів, кожен з яких виконував свою роль узагальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати, тобтостійкість біосфери була з самого початку обумовлена її складністю.
Величезна кількість живих істот (2 млн. видів) знаходиться внадзвичайно складних взаємовідносинах між собою й неживою речовиною.
Біосферні зв'язки складалися протягом тривалого часу, уприроді немає видів небажаних, непотрібних. Система зв'язків у біосфері покирозшифрована лише в загальних рисах. Найголовнішою ланкою управління біосфероює енергія Сонця, другорядною – енергія Землі, енергія радіоактивного розпадуелементів. Неживою речовиною біосфери керують продуценти, ними — консументи,діяльність яких визначають зворотні зв'язки, що йдуть від продуцентів, і т.д. Уцілому біосфера схожа на єдиний гігантський супер-організм, в якому автоматичнопідтримується гомеостаз — динамічна сталість фізико-хімічних та біологічнихвластивостей внутрішнього середовища та стійкість основних його функцій,
В. І. Вернадському належить відкриття й такого основногозакону біосфери: «Кількість живої речовини є планетною константою з часівархейської ери, тобто за весь геологічний час». За цей час живий світЗемлі морфологічно змінився невпізнанно, але ці зміни не впливали ні назагальну кількість живої речовини, ні на її валовий склад.
Однією з найважливіших особливостей біосфери єрізноманітність живих організмів, яка утворилась протягом тривалої еволюції іпривела біосферу до стабільності в часі. У природі живі організми перебувають упостійній взаємодії як всередині одного роду, так і в біоценозі. Другоюособливістю біосфери є нерівномірність, мозаїчність її структури, так бимовити, її абсолютна асиметрія. Асиметричним є розподіл і співвідношенняматериків та океанів, гірських хребтів, великих водо акумулятивних рівнин ігідрографічної системи; розподіл життя і живої речовини на суходолі та в океанітакож нерівномірний. Найбільша концентрація живої речовини характерна длямілководних зон і поверхневих шарів води, які включають нашарування планктону вморях і океанах, а також вологі, помірні субтропічні і тропічні пояси на суші.Найменшою концентрація живої речовини є в полярних і субполярних та посушливихрайонах і в пустелях, високо в горах і в океанських глибинах. Життя ватмосфері, як правило, зустрічається дуже рідко. На континентах жива і біогеннаречовина в основному сконцентрована в низинах та рівнинах, у заплавах і гирлахрічок, у мілких озерах, вологих лісах, преріях, степах та ін.
Розрізняють кілька рівнів організації живої речовини наЗемлі. Рівень — це сфера дії специфічних законів, що виражаються у виглядірізних біосистем, що якісно відрізняються одна від одної. В усьому різноманіттіживої матерії виділяють шість основних рівнів її організації: молекулярний,клітинний, організменний, популяційно-видовий, біогеоценотичний (екосистемний)і біосферний. Деякі автори називають основними тільки три структурніпідрозділи: клітинні, організменні і популяційно-біоценотичні. Інші вважають занеобхідне виділити не шість, а більше рівнів, додавши до них ще такі, яктканинний, органний, популяційний окремо від видового і біоценотичний окремовід біогеоценотичного. Рівнева ієрархія, яка склалася в результаті тривалоїеволюції біосфери, обумовлює стійкість і цілісність органічного світу.
Крім того, життя на нашій планеті існує в неклітинній і клітиннійформах.
Неклітинна форма живоїречовини представлена вірусами, які позбавлені подразливості й власного синтезубілка. Найпростіші віруси складаються лише з білкової оболонки й молекули ДНКабо РНК, що становить серцевину вірусу. Іноді віруси виділяють в особливе царствоживої природи – Vira. Вони можуть розмножуватися тільки усередині певних живихклітин. Віруси повсюдно поширені в природі і є загрозою для всього живого.Поселяючись у клітинах живих організмів, вони викликають їхню смерть. Описаноблизько 500 вірусів, що вражають теплокровних хребетних, і близько 300 вірусів,що знищують вищі рослини. Більше половини хвороб людини зобов'язані своїмрозвитком дрібним вірусам (вони в 100 разів менше бактерій). Це поліомієліт,віспа, грип, інфекційний гепатит, жовта лихоманка й ін.
Клітинні форми життя представлені прокаріотами йеукаріотами. До прокаріотів відносять різні бактерії. Еукаріоти — це всі вищітварини й рослини, а також одноклітинні й багатоклітинні водорості, гриби йнайпростіші. [3]
Зазначимо головні особливості основних шести рівнів організації життя.
1. Молекулярний рівень життя. Елементарні структурні одиниці цьогорівня – хімічні речовини. Серед них ті, що несуть спадкову інформацію молекулиДНК, РНК, ферменти, амінокислоти, високоенергетичні речовини (АТФ, цукри) таін. Основні явища молекулярного рівня життя — біосинтез, реплікації, мутації,передача інформації, фізико-хімічні реакції, акумуляція в хімічних зв'язкахенергії. Виявлення суті процесів, що відбуваються на цьому рівні, допомагає зрозумітидеякі явища на наступних рівнях організації живого. Основна стратегія життя намолекулярному рівні – здатність створювати живу речовину і кодувати інформацію,набуту в умовах навколишнього середовища, що змінюються.
2. Клітинний рівень життя. Структурними елементами тутвиступають різні органоїди. Здатність до самовідтворення собі подібних,включення різних хімічних елементів Землі у вміст клітини, регуляція хімічнихреакцій, запасання і витрачання енергії — основні процеси даного рівня.Функціональна спеціалізація клітини (нервової, видільної, провідної, покривноїчи іншої тканини) є регулятором функціонування даної біосистеми. Основнастратегія життя клітинного рівня — залучення хімічних елементів Землі і енергіїсонячного випромінювання до живих біосистем.
Клітина є цілісною системою, яка має специфічні властивостіданого рівня. Разом з тим, вона в усьому розмаїтті форм і функцій є частиноюбагатоклітинного організму і виступає основним структурним елементоморганізменного рівня організації живого.
3. Організменний рівень організації життя притаманний багатоклітиннимбіосистемам. Тут життя представлене у вигляді рослин, тварин, у тому числілюдини, грибів і різноманітних мікроорганізмів. Всі вони є структурнимиодиницями цього рівня.
У будь-якого представника організменного рівня виявляютьсятакі «нові» властивості порівняно з попереднім рівнем, які завждиототожнювалися з поняттям живої матерії. До цих властивостей належать живлення,дихання, подразнення, рухомість, виділення, розмноження, ріст, розвиток, поведінка,тривалість життя, плодючість, спосіб життя, взаємовідносини з навколишнімсередовищем. Всі названі процеси характеризують організм як ціліснусаморегульовану біосистему. В основі процесів управління (регулювання)організмів лежить біологічна (вірніше, генетична) інформація, яка визначаєтенденцію функціонування і розвитку в онтогенезі, забезпечуючи гармонійнувідповідність особини і середовища існування.
Всі процеси управління в організмі мають подвійнуспрямованість: стратегічну (еволюційну) і оперативну (адаптаційну). Це зумовлюєподвійність основної стратегії життя: 1) орієнтація організму (особини) навиживання в умовах навколишнього середовища, що постійно змінюються; 2)орієнтація на забезпечення тривалого існування його популяції, виду.
4. Популяційно-видовий рівень організації життя. Об'єднання споріднених особин упопуляції, а популяцій у види приводить до виникнення нових властивостейсистеми, які відрізняються від попередніх рівнів організації живого. На цьомурівні властивості індивідів лише пояснюють, ілюструють картину групової формижиття популяції та виду. Основні ознаки виражаються в «надорганізменних»характеристиках: народжуваність, смертність, структура (статева, етологічна,вікова, просторова та ін.), щільність, чисельність, функціонування в природі.
Основна стратегія життя популяційно-видового рівнявиявляється:
1) у більш повному використанні можливостей середовищаіснування і накопиченні у зв'язку з цим «досвіду» в інформаційнійсистемі;
2) у прагненні до якнайдовшого (до нескінченності) існуванняу світі;
3) у збереженні властивостей виду і самостійного розвитку зурахуванням «досвіду».
5. Біогеоценотичний рівень організації життя. Популяції та види — цілісні природніутворення. Але вони як частини, як структурні одиниці органічно включаються вбіосистеми більш високого рангу — біогеоценози. Даний рівень характеризуєтьсябагатьма надорганізменними властивостями. До них належать структура екосистеми,видовий і кількісний склад населення, типи біотичних зв'язків, харчові ланцюги,біомаса, трофічні рівні, продуктивність, енергетика, стійкість та багатоіншого. Організуючі властивості виявляються в кругообігу речовин і потоціенергії, саморегулюванні й динамічній стійкості, автономності, відкритості(замкненості) системи, сезонних змінах, історичності. Основними функціональнимиодиницями тут виступають популяції (види), харчові зв'язки і піраміди енергії.
Основна стратегія життя біогеоценотичного рівня — активневикористання всього різноманіття можливостей навколишнього середовища і створеннясприятливих умов розвитку і процвітання життя в усьому його розмаїтті.
6. Біосферний рівень організації життя. Основними структурними елементами тутвиступають біогеоценози, оточуюче їх середовище, тобто географічна оболонкаЗемлі (атмосфера, ґрунт, гідросфера, сонячна радіація, космічне випромінюваннята ін.), антропогенний вплив. У загальному вигляді В. І. Вернадський основнимиструктурними компонентами біосфери назвав живу, косну і біокосну речовину з їхунікальними життєво важливими функціями. Для цього рівня організації характерні:активна взаємодія живої і неживої речовин планети; біологічний кругообігречовин і потоки енергії з геохімічними циклами, що входять до нього; активнаматеріально-енергетична і біогеохімічна участь живої речовини в усіх ланкахкругообігу; господарська і етнокультурна діяльність людини.
Основна стратегія життя біосферного рівня — прагненнязабезпечити динамічну стійкість біосфери як найбільшої екосистеми на планетіЗемля.
Різноманіття форм і рівнів організації життя виявляється нетільки в їх різному складі, будові і функціональних зв'язках. Головнавідмінність між рівнями організації живої матерії полягає в їх основнихстратегічних властивостях. У них відбивається, з одного боку, принциповавідмінність істотних якостей окремих рівнів, з іншого — глибокевзаємопроникнення структурних рівнів. [4]
2.2 Функції живої речовини
Поняття «жива речовина», як уже говорилося вище,введене В. І. Вернадським. У порівнянні з іншими речовинами біосфери (біогенною,косною, біокосною, радіоактивним, розсіяними атомами й речовиною космічногопоходження) жива речовина відіграє найбільшу роль і виконує ряд найважливішихфункцій. В. І. Вернадський відзначав, що між косною, безжиттєвою частиноюбіосфери, косними природними тілами й живими організмами, що її населяють, ідебезперервний обмін енергією й речовиною. Біосфера на нашій планеті виконує рядважливих функцій, які обумовлюють властивості й відносну стабільність природиЗемлі:
— закріплення рухомих елементів поверхні літосфери (пісок,глина, гравій, дрібна галька, ґрунти різних типів);
— регуляція кругообігу води шляхом сповільнення поверхневогостоку і переведення його в підземний, зволоження повітря, зниженнявипаровуваності з поверхні внаслідок затемнення і зменшення швидкості вітру;
— зв'язування вуглекислоти, що виділяється тваринами та вході хімічних перетворень у неживій природі;
— виділення кисню в процесі фотосинтезу наземними і воднимирослинами;
— переведення в прості хімічні речовини величезної масивідмерлих організмів і їх виділень;
— участь в утворенні і відновленні ґрунтів, в очищенніатмосфери і води від різноманітних забруднень, в утворенні місцевого клімату іпогоди;
— переміщення по планеті (суша, річки, моря і океани) масирізноманітних, хімічних елементів і речовин;
— участь в утворенні багатьох гірських порід, частина яких єкорисними копалинами (кам'яне вугілля, крейда, вапняки та ін.);
— акумуляція і трансформація сонячної енергії, яка втрансформованому вигляді включається в кругообіг енергії Землі. [4]
Проте виділяють чотири основні функції живої речовини:енергетичну, руйнівну, накопичувальну й середовищеутворюючу (Лапо, 1987).
Енергетична функція виконується насамперед рослинами, які в процесіфотосинтезу акумулюють сонячну енергію у вигляді різноманітних органічнихсполук. За словами Вернадського, зелені хлорофільні організми, зелені рослини,є головним механізмом біосфери, що вловлює сонячний промінь і створюєфотосинтезом хімічні тіла — своєрідні сонячні консерви, енергія яких надалістає джерелом діючої хімічної енергії біосфери, а значною мірою — всієї земноїкори.
Всередині екосистеми ця енергія у вигляді їжі розподіляєтьсяміж тваринами. Частково енергія розсіюється, а частково накопичується у відмерлійорганічній речовині й переходить у викопний стан. Так утворилися поклади торфу,кам'яного вугілля, нафти й інших горючих корисних копалин, які слугують в нашчас енергетичною базою для життя й роботи людей. Рослини — головне джерело їжідля людей і тварин.
Руйнівна (деструктивна) функція полягає в розкладанні, мінералізаціїмертвої органічної речовини, хімічному розкладанні гірських порід, залученнімінералів, що утворилися, у біотичний кругообіг.
Мертва органічна речовина розкладається до простихнеорганічних з'єднань (вуглекислого газу, води, сірководню, метану, аміаку йт.д.), які знову використаються в початковій ланці кругообігу. Цим займаєтьсяспеціальна група організмів – редуценти (деструктори).
Особливо слід звернути увагу на хімічне розкладання гірськихпорід. Завдяки живій речовині біотичний кругообіг поповнюється мінералами, щовивільняють із літосфери. Наприклад, пліснявий грибок у лабораторних умовах затиждень вивільняв з вулканічної гірської породи 3 % кремнію, що втримується вній, 11 % алюмінію, 59 % магнію, 64 % заліза.
Піонери життя на скелях — бактерії, синьо-зелені водорості,гриби й лишайники – мають на гірські породи найсильніший хімічний впливрозчинами цілого комплексу кислот — вугільною, азотної, сірчаною йрізноманітних органічних. Розкладаючи з їхньою допомогою ті або інші мінерали,організми вибірково витягають і включають у біотичний кругообіг найважливішіживильні елементи — кальцій, калій, натрій, фосфор, кремній, мікроелементи.
Загальна маса зольних елементів, що утягує щорічно вбіотичний круговорот тільки на суші, становить близько 8 млрд т. Це в кількаразів перевищує масу продуктів виверження всіх вулканів світу протягом року.Завдяки життєдіяльності організмів-деструкторів створюється унікальнавластивість ґрунтів — їхня родючість.
Накопичувальна (концентраційна) функція полягає у вибірковому нагромадженніпри життєдіяльності організмів атомів речовин, розсіяних у природі. Здатністьконцентрувати елементи з розведених розчинів — це характерна риса живоїречовини. Найбільш активними концентраторами багатьох елементів є мікроорганізми.Наприклад, у продуктах життєдіяльності деяких з них у порівнянні із природнимсередовищем зміст марганцю збільшений в 1 200 000 разів, заліза — в 65 000,ванадію — в 420 000, срібла — в 240 000 разів.
Морські організми активно концентрують розсіяні мінерали дляпобудови своїх кістяків або покривів. Існують, наприклад, кальцієві організми(вапняні водорості, молюски, корали, моховатки, голкошкірі, і т. д.) ікремнієві (діатомові водорості, кремнієві губки, радіолярії). Особливу увагуварто звернути на здатність морських організмів накопичувати мікроелементи,важкі метали, у тому числі отруйні (ртуть, свинець, миш'як), радіоактивніелементи. Їхня концентрація в тілі безхребетних і риб може в сотні тисяч разівперевершувати зміст у морській воді.
Внаслідок цього морські організми корисні як джереломікроелементів, але разом з тим уживання їх у їжу може загрожувати отруєннямважкими металами або бути небезпечним у зв'язку з підвищеною радіоактивністю.
Середовищеутворююча функція полягає в трансформації фізико-хімічнихумов середовища (літосфери, гідросфери, атмосфери) в умови, сприятливі дляіснування організмів.
Можна сказати, що середовищеутворююча функція є спільнийрезультат всіх розглянутих вище функцій живої речовини: енергетична функціязабезпечує енергією всі ланки біотичного кругообігу (у ході фотосинтезу рослинивиконують газову функцію: поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень);деструктивна і концентраційна сприяють витягу із природного середовища йнагромадженню розсіяних, але життєво важливих для організмів елементів.
Середовищеутворюючі функції живої речовини створили йпідтримують баланс речовини й енергії в біосфері, забезпечуючи стабільністьумов існування організмів, у тому числі людини. Разом з тим жива речовиназдатна відновлювати умови перебування, порушені в результаті природнихкатастроф або антропогенного впливу.
Цю здатність живої речовини до відновлення сприятливих умовіснування виражає принцип Лє Шательє, запозичений з області термодинамічноїрівноваги. Він полягає в тому, що перебудова будь-яких змінних у системі увідповідь на зовнішні впливи відбувається в напрямку компенсації виробленихвпливів. У теорії керування аналогічне явище зветься негативні зворотнізв'язки. Завдяки цим зв'язкам система повертається в первісний стан, якщовироблені впливи не перевищують граничних значень. Наприклад, на підвищеннязмісту вуглекислого газу в атмосфері біосфера відповідає посиленнямфотосинтезу, що знижує концентрацію СО/>.Таким чином, стійкість біосфери виявляється явищем не статичним, а динамічним.
У результаті середовищеутворюючої функції в географічнійоболонці відбулися наступні найважливіші події: був перетворений газовий складпервинної атмосфери; змінився хімічний склад вод первинного океану; утвориласятовща осадових порід у літосфері; на поверхні суші виник родючий ґрунтовийпокрив (також родючі води океану, рік й озер).
Чистота морських вод — результат фільтрації, здійснюваноїрізноманітними організмами, але особливо зоопланктоном. Більшість із цихорганізмів добуває їжу, відціджуючи з води дрібні частки. Робота їх настількиінтенсивна, що весь океан очищається від суспензії за 4 роки. Озеро Байкалвинятковою чистотою своїх вод багато в чому зобов'язано веслоногому рачковіепішурі, що за рік тричі проціджує його воду.
Вернадський пояснює парадокс: чому, незважаючи на те, щозагальна маса живої речовини — плівка життя, що покриває Землю, мізерно мале,результати життєдіяльності організмів позначаються на складі й літосфери, ігідросфери, і атмосфери? Якщо жива речовина розподілити на поверхні Землірівним шаром, її товщина складе всього 2 см. При такій незначній масі організми здійснюють свою планетарну роль завдяки досить швидкому розмноженню, тобтодосить енергійному круговороту речовин, пов'язаному із цим розмноженням.
Маса живої речовини, що відповідає даному моменту часу, ізтруднощами зіставляється з грандіозною її кількістю, що робила свою роботупротягом сотень мільйонів років існування організмів. Якщо розрахувати всю масуживої речовини, відтвореного за цей час біосферою, вона виявиться рівної 2,4 ∙1020т. Це в 12 разів перевищує масу земної кори.
На земної поверхні немає хімічної сили, що більш постійнодіє, а тому й більше могутньої по своїх кінцевих наслідках, чим живі організми,узяті в цілому. Глини, вапняки, доломіти, бурі залізняки, боксити — це всепороди органогенного походження. Нарешті, властивості природних вод, солоністьСвітового океану й газовий склад атмосфери визначаються життєдіяльністю істот,що населяють планету.
Розглянемо вплив середовищеутворюючої функції організмів навміст кисню й вуглекислого газу в атмосфері. Нагадаємо, що підвищенняконцентрації СО2 в атмосфері викликає «парниковий ефект» ісприяє потеплінню клімату. Вільний кисень виділяється при фотосинтезі. Упершена Землі масовий розвиток фотосинтезуючих організмів – синьо-зелених водоростей- мало місце 2,5 млрд років тому. Завдяки цьому в атмосфері з'явився кисень, щодало імпульс швидкому розвитку тварин. Однак інтенсивний фотосинтезсупроводжувався посиленим споживанням СО2 і зменшенням його змісту ватмосфері. Це привело до ослаблення «парникового ефекту», різкомупохолоданню й першому в історії планети (гуронському) заледенінню. У наші днінагромадження в атмосфері вуглекислого газу від спалювання палива розглядаєтьсяяк тривожна тенденція, що веде до потепління клімату, таненню льодовиків ізагрожую чого підвищенням рівня Світового океану більш ніж на 100 м. У зв'язку із цим слід зазначити функцію захоплення й поховання надлишкової вуглекислотиморськими організмами шляхом переводу її в з'єднання вуглекислого кальцію, атакож шляхом утворення біомаси живої речовини.[9]
Існує й інший підхід до виділення функцій живої речовини. У1928-1930 рр. В. І. Вернадський дав уявлення про 5 основних біогеохімічнихфункцій біосфери.
Перша – газова. Більшість газів верхніх шарів планетипороджені життям. Підземні горючі гази – продукти розпаду органічних речовинрослинного походження, раніше похованих в осадових товщах.
Друга – концентраційна.
Третя – окиснювально-відновна. Вона грає важливу роль вісторії багатьох хімічних елементів з перемінною валентністю. В процесіжиттєдіяльності і після смерті організми, що живуть у водоймах, регулюютькисневий режим і цим самим створюють умови, сприятливі для розчинення іосідання ряду хімічних елементів з перемінною валентністю (V, Mn, Fe).
Четверта – біохімічна. Ця функція пов’язана із ростом,розмноженням и переміщенням живих організмів у просторі. Розмноження призводитьдо швидкого поширення живих організмів, «розповзанню» їх в різнігеографічні області.
П’ята – біогеохімічна діяльність людини. Вона охоплює всебільшу кількість речовини земної кулі для потреб промисловості, транспорту,сільського господарства. Ця функція посідає особливе місце в історії планети іпотребує окремого вивчення. [3]
Отже можна відмітити, що багато функцій за Вернадськимспівпадають з функціями, виділеними Лапо.
Крім зазначених, до функцій живої речовини в біосфері вартовіднести також водну, котра пов'язана з біогенним круговоротом води, що маєважливе значення в круговороті води на планеті.
Виконуючи перераховані функції, жива речовина адаптується донавколишнього середовища й пристосовує її до своїх біологічних потреб. Прицьому жива речовина й середовище її перебування розвиваються як єдине ціле,однак контроль над станом середовища здійснюють живі організми. [8]
2.3 Біологічний кругообіг речовин
З життєдіяльністю живої речовини тісно пов’язаний біологічнийкругообіг.
Вивчення екосистем полягає, перш за все у дослідженні великихбіогеохімічних циклів (кругообігів). Мова йде про циркуляцію хімічних елементівабіотичного походження, які потрапляють із навколишнього середовища в живі організмиі з організмів у навколишнє середовище. Неорганічні елементи вносяться втканини рослин і тварин у процесі їх росту і розвитку і там входять до складуорганічних речовин. Після смерті організму ці елементи зазнають складнихперетворень, після чого потрапляють у нові організми. В. І. Вернадськийзазначав, що біогенна міграція атомів зумовлюється трьома різними процесамижиття:
1) метаболізмом живого організму — його диханням, живленням,різними відходами;
2) ростом організмів;
3) розмноженням, збільшенням кількості організмів. Усі трипроцеси взаємопов'язані, проте кожен із них вносить у біосферу різний длякожного виду організмів запас геохімічної енергії.
Розрізняють біогенні міграції атомів: 1-го роду — длямікроорганізмів і 2-го роду — для багатоклітинних організмів. Біогенна міграціяодноклітинних незрівнянно більша за міграцію атомів багатоклітинних організмів.Із появою людини на Землі виникла міграція атомів 3-го роду, яка відбуваєтьсявнаслідок її діяльності.
До головних циклів, що мають місце в біогеоценозах(екосистемах), відносять біогеохімічні цикли кисню, вуглецю, води, азоту,фосфору, сірки, біогенних катіонів. Розглянемо детальніше ці цикли.
Генезис і кругообіг кисню. Приблизно четверта частина атомівусієї живої матерії припадає на частку кисню. Він не завжди входив до складуживої атмосфери. Кисень з'явився одночасно з першими хлорофіловими організмами.По мірі утворення під дією ультрафіолетової радіації кисень трансформувався возон. Шар озону швидко став достатнім, щоб хлорофілові організми (головнимчином, фітопланктон) могли рости і вивільнювати кисень.
На наявність кисню на земній поверхні вже приблизно двамільярди років тому вказує присутність залізистих окислів у відповіднихгеологічних відкладеннях. Але лише в останні двадцять мільйонів років вмістйого в атмосфері Землі досяг приблизно 20%.
Вільний кисень у великих кількостях поглинається при диханні,використовується для підтримання горіння та застосовується в різнихтехнологічних процесах. Вільний кисень регенерується в процесі фотосинтезузелених рослин. Джерелом кисню є вода і вуглекислий газ, його утвореннявідбувається за допомогою сонячної енергії.
Існує відносна рівновага між киснем, що утворюється, ікиснем, який витрачається для забезпечення життєдіяльності і виробництва.
Кругообіг вуглецю. Джерела вуглецю в природі численні й різноманітні. Міжтим, тільки вуглекислота, яка знаходиться в газоподібному стані та у воді, єтим джерелом, яке служить основою для переробки вуглецю в органічну речовинуживих істот. Захоплена рослинами вуглекислота в процесі фотосинтезуперетворюється на вуглеводи. Під час інших процесів біосинтезу вонаперетворюється на протеїни, ліпіди і т.д.
З іншого боку, всі організми дихають і виділяють в атмосферувуглець у формі вуглекислоти. Коли ж настає смерть, то сапрофаги і редуцентирозкладають і мінералізують трупи, утворюючи ланцюги живлення, у кінці якихвуглець знову надходить у кругообіг у формі вуглекислоти. Мертві рослинні ітваринні залишки, що накопичуються, сповільнюють кругообіг вуглецю. Тварини-сапрофагиі мікроорганізми, які живуть у ґрунті, перетворюють накопичені на його поверхнізалишки в нове утворення органічної матерії — гумус. Швидкість впливуорганізмів на гумус зовсім не однакова. Іноді ланцюг буває коротким і неповним:ланцюг сапрофагів позбавляється можливості функціонувати через нестачу киснюабо внаслідок дуже високої кислотності; органічні залишки накопичуються у форміторфу і утворюють торф'яні болота. Тут призупиняється кругообіг вуглецю.Скупчення викопних органічних сполук у вигляді кам'яного вугілля і нафтисвідчить про те саме, оскільки вуглекислота накопичується у вигляді карбонатукальцію (крейда, вапняки) хімічного чи біогенного походження. Часто ці масивуглецю залишалися поза кругообігом упродовж цілих геологічних періодів, покикарбонат кальцію у вигляді гірських хребтів не піднімався над поверхнею моря. Зцього моменту починалося надходження вуглецю і кальцію в кругообіг. Воноздійснювалося внаслідок вилуговування вапняку атмосферними опадами чи підвпливом лишайників, а також коренів квіткових рослин. Вуглець, який накопичивсяв ґрунті чи гірських породах, може бути звільнений і в процесі горіння,викликаного людською діяльністю — опалення, промисловість та ін.
Кругообіг азоту. Повітря містить більше 80% азоту, воно безперервно і врізних формах забезпечує його кругообіг. Електричні розряди, які супроводжуютьгрози, синтезують (з атмосферного азоту і кисню) оксиди азоту; ці оксидипотрапляють у ґрунт разом з дощовою водою. Таким шляхом в екосистемі у форміселітри чи азотної кислоти накопичується від 4 до 10 кг азоту на 1 га за рік. Відбувається і фотохімічна фіксація азоту. Але найбільша кількість цьогоелементу надходить в екосистему в результаті діяльності мікроорганізмів — азотфіксаторів, які здатні використовувати енергію свого дихання для прямогозасвоєння атмосферного азоту і синтезування протеїдів. Таким чином у ґрунтвноситься ще близько 25 кг азоту на 1 га. Найбільш ефективними в цьому відношенні є азотфіксуючі бактерії, які живуть у симбіозі з бобовими рослинами вбульбочках на коренях цих рослин.
Азот із різноманітних джерел надходить до коренів у формінітратів, які абсорбуються і транспортуються в листя, де використовуються для синтезуванняпротеїнів. Ці протеїни є основою азотного живлення тварин. Протеїни рослинногоі тваринного походження також є продуктом харчування й різних мікроорганізмів.Трупи організмів розкладаються редуцентами. Кожна група редуцентівспеціалізується на якійсь одній ланці цього процесу. Ланцюг закінчуєтьсядіяльністю амоніфікуючих організмів, що утворюють аміак, який далі може ввійтив цикл нітрифікації — одні бактерії його окислюють у нітрити, а інші — нітритив нітрати,
З іншого боку, бактерії-денітрифікатори постійно віддаютьазот в атмосферу: вони розкладають нітрати до азоту. Але вони активні лише вґрунтах, які багаті азотом і вуглецем, і розкладають щонайбільше 20% загальногоазоту (щорічно в атмосферу його надходить до 50-60 кг з 1 га).
Азот може вийти з кругообігу, якщо досягне океану, де вінакумулюється в глибоководних відкладеннях. Перш ніж азот потрапляє в абісальнівідкладення, частина його захоплюється організмами морського фітопланктону,після чого він, як і фосфор, входить у цикл живлення м'ясоїдних, якийзакінчується рибами, що є кормом для птахів і ссавців. Ця частина азотупотрапляє з їхніми екскрементами на поверхню материка.
Втрати азоту, який залишається в абісальних відкладеннях,компенсуються азотом із вулканічних газів.
Кругообіг води. Вода не тільки джерело кисню, але й найбільш значнаскладова частина тіла живих організмів. Великий кругообіг води на поверхніземної кулі добре відомий – випаровування, створюване сонячною енергією, даєатмосферну воду. Ця вода конденсується у формі хмар. Охолодження хмар викликаєопади, які поглинаються ґрунтом або стікають по його поверхні. Таким шляхомвода повертається в моря і океани. У межах екосистем можна виділити такі фазикругообігу води: перехоплення, евакотранспірацію, інфільтрацію і стікання.
Рослинність виконує важливу екрануючу функцію, перехоплюючичастину опадів до того, як волога досягне ґрунту, і випаровуючи її в атмосферу.Це перехоплення, яке буває максимальним при слабких дощах, може в помірнихширотах сягати до 25% від загальної суми опадів. Вода, яка проникає крізь крониу формі крапель з листя, або стікає по стеблах і стовбурах, сягає ґрунту,просочується в нього, або приєднується до поверхневого стоку. Частинаінфільтраційної води затримується в ґрунті, причому тим сильніше, чим значнішимє ґрунтовий колоїдний комплекс. Та частина води, яка промиває ґрунт на глибину20-30 см, може знову піднятися на його поверхню по капілярах і випаруватися.Корені рослин здатні всмоктувати ґрунтову воду зі значно більшої глибини, ніж20-30 см; ця вода доставляється в листя і транспортується в атмосферу.
Евакотранспірацією називають віддавання екосистемою води ватмосферу; вона включає і фізично випарувану воду, і воду, яка біологічнотранспірується.
Кількість води, що транспірується рослинами, є доситьвеликою. Одна береза випаровує за день 75 л води, бук — 100 л, липа -200 л, а 1 га лісу — від 20 до 50 тис. л. Транспірація посилюється з покращаннямводопостачання. Пшениця за період вегетації використовує з 1 га 3 750 т води, що відповідає 375 мм опадів, а продукує 12,5 тонн (сухої маси) рослинної речовини.
Величина евакотранспірації, яка складається з сумарноїкількості води, що транспортується рослинами і випаровується ґрунтом, для СередньоїЄвропи становить приблизно 1 тис. тонн на 1 га за рік.
Рослинність адаптується до місцевого кругообігу води. Якщокількість дощової води, яка просочується в ґрунт, перевищує його максимальнувологоємкість, то вона досягає рівня ґрунтових вод. Об'єм води, щопросочується, пропорційний вологості клімату і водопроникності ґрунту, тобтозбільшується в більш легких піщаних ґрунтах і зменшується в ґрунті, який сильнопереплетений коренями рослин з підвищеною транспіраційною здатністю.Просочування атмосферних опадів до рівня ґрунтових вод сприяє вилуговуваннюбіогенних елементів і колоїдів ґрунту. Втрати, викликані поверхневим стоком,підвищуються при збільшенні крутизни схилу і при зменшенні щільності рослинногопокриву.
Кругообіг фосфору. Кругообіг фосфору являє собою дуже простий незамкненийцикл. Фосфор здійснює кругообіг у наземних екосистемах як важлива і необхіднаскладова частина цитоплазми клітини. Редуценти мінералізують органічні сполукифосфору з відмерлих організмів у фосфати, які знову споживаються коренямирослин. Величезні запаси фосфору, накопичені за минулі геологічні епохи,містять гірські породи. У процесі руйнування ці породи віддають фосфатиназемним екосистемам, але значні кількості фосфатів виявляються залученими вкругообіг води, вилуговуються і потрапляють у море. Тут вони збагачують солоніводи, живлять фітопланктон і організми, які пов'язані з ними харчовимиланцюгами. Частина фосфатів використовується морськими екосистемами, іншачастина накопичується в океанічних відкладеннях. Часткове повернення фосфатівна землю забезпечують морські птахи.
Вважається, що кожного року повертається в кругообіг 60 тис.т фосфору, що зовсім не компенсує тих 2 млн. т фосфатів, які щорічнодобуваються з покладів і швидко вилуговуються при використанні у виглядідобрив.
Кругообіг сірки. Сірка, яка знаходиться в ґрунті, є продуктом розкладанняматеринських гірських порід, що містять пірити і халькопірити, а також продуктрозкладання органічних речовин рослинного походження. Органічні речовинитваринного походження містять мало сірки. Корені адсорбують ґрунтову сірку, якавходить у створювані рослиною сірчані амінокислоти (цистин, цистеїн, метіонін).
Після відмирання рослин сірка повертається в ґрунт. Цездійснюється численними організмами. Деякі з них відновлюють сірку органічнихсполук у сірководень і сірку, а інші організми окисляють ці продукти всульфати, які поглинаються коренями рослин. Таким чином підтримується кругообігсірки в природі. Крім сірки органічного походження, рослини можуть вводити вцикл значну кількість сірки, яка переноситься повітряними масами і дощовоюводою з промислових районів (дими). Це джерело забезпечує від 2,7 до 260 кг сірки на 1 га за рік. [4]

Висновок
Вивчення біосфери стає все більш важливим й актуальним завданням. Цевикликано безупинно зростаючим впливом людини на навколишнє середовище. Ужезараз ми повинні вміти ясно передбачати всі можливі наслідки нашого впливу наприроду. Можливість і правильність такого прогнозу залежать від глибини наших знаньпро будову й функціонування біосфери в цілому і її різних ділянок ікомпонентів. Особливо важливо мати уявлення про роль живих організмів — основної рушійної сили в біосфері.
Доля біосфери — проблема, що стосується не тільки всіх без виняткувчених, незалежно від їхньої спеціальності, але практично й кожного з нас.
У першому розділі роботі було висвітлено різні підходи до тлумаченняпоняття «біосфера», наведені її межі та будова. Особлива увага булаприділена працям засновника вчення про біосферу В. І. Вернадського. СамеВернадський вперше показав, що область системної взаємодії живої й косноїречовини являє собою найбільшу екосистему, надскладну оболонку Землі, а сукупнадіяльність живих організмів у біосфері проявляється як геохімічний факторпланетарного масштабу.
На основі робіт В. І. Вернадського й інших дослідників, які зробиливеликий внесок у вивчення біосфери планети, пропонується розрізняти три основніїї форми: біологічної систематики, біогеографічні, екологічні. Речовинний складбіосфери включає сім глибоко різнорідних, але геологічно не випадкових частин:живу речовину; біогенну речовину — народжуване й перетворене живими організмами(горючі копалини, вапняки й т.д.); косну речовину (утворену без участі живихорганізмів); біокосну речовину – косну речовину, перетворену живими організмами(вода, ґрунт, кора вивітрювання, мули); речовину радіоактивного розпаду(елементи й ізотопи уранового, торієвого й актиноуранового ряду); розсіяніатоми земної речовини й космічних випромінювань; речовину космічного походженняу формі метеоритів, космічного пилу й ін.
У будові й морфології біосфери винятково важливе значення для розвиткуживої речовини мають наступні її елементи (зверху вниз): шар живої речовини,так звана «плівка життя»; педосфера, або ґрунтовий покрив;ландшафтно-екологічні системи — функціональні системи, що включають живіорганізми й середовище їхнього перебування; кора вивітрювання, тобто зонаруйнування й перетворення гірських порід, їхніх мінерально-геохімічних змін уверхній частині земної кори під впливом різних факторів; давня біосфера(палеобіосфера) — комплекс гірських порід, рельєфу й інших ландшафтнихкомпонентів, що залягають нижче сучасної біосфери й похованих під її новітнімиутвореннями; численні мінерали верхньої частини земної кори й біосфери: глини,вапняки, боксити й т.д.; природні води осадової оболонки; мільйони органічних йоргано-мінеральних з'єднань: вугілля, графіт, гумусові речовини, нафта,природні гази; мінеральні ресурси біосфери й земної кори, розповсюджені у формівільних елементів: міді, срібла, золота, вісмуту, платини й т.д. Останні — головне джерело сировини для металургії, хімічної промисловості й багатьохінших галузей. Їхній видобуток і використання в економіці ростуть рік у рік.
Отже, зі сказаного випливає, що біосфера є результатом складногомеханізму геологічного й біологічного розвитку косної й біогенної речовини. Зодного боку, це середовище життя, а з іншого боку — результат життєдіяльності.Головна специфіка сучасної біосфери — це чітко спрямовані потоки енергії йбіогенний (пов'язаний з діяльністю живих істот) круговорот речовин.
Крім того, у розділі були розглянуті гіпотези виникнення біосфери таетапи її еволюції.
Другий розділ роботи присвячений ролі живої речовини на планеті.Спочатку вводиться поняття про живу речовину, як одну із центральних ланокконцепції біосфери, розглядаються наукові ідеї В. І. Вернадського про живуречовину. Далі наводиться коротка характеристика шести рівнів організації живоїматерії.
Найбільше уваги приділено функціям живої речовини, головнимиз яких за В. І. Вернадським є газова, концентраційна, окислювально-відновна,біохімічна та біогеохімічна діяльність людини. А. В. Лапо пізніше за свогоколегу (1987) використав інший підхід і виділив не 5, а 4 функції біострома:енергетичну, деструктивну, концентраційну та середовищеутворюючу. Але можнавідмітити, що багато функцій за Вернадським співпадають з функціями, виділенимиЛапо.
Роль живої речовини у географічній оболонці надзвичайноважлива. Більшість оболонок, що входять до складу географічної оболонки більшоюабо меншою мірою видозмінені життям, а окремі її елементи (грунт, органогенніосадові породи, окремі види корисних копалин та ін.) могли виникнути тількизавдяки живій речовині. Біосфера хоча й є найлегшою оболонкою геосфери, однакїї роль постійно збільшується протягом геологічної історії, відповідно,збільшується зростає і її роль у глобальних процесах, що відбуваються напланеті. На земної поверхні немає хімічної сили, що більш постійно діє, а томуй більш могутньої по своїх кінцевих наслідках, ніж живі організми, узяті вцілому. Цим і визначалася актуальність нашої теми.
Мета дослідження полягала в з’ясуванні характернихвластивостей живої речовини, рівнів організації, функцій, що їх виконує живаречовина у географічній оболонці.
При написанні курсової роботи поставлені завдання буливиконані, головна мета дослідження досягнута.

Список використаних джерел
1.      Баландин Р. К. «Вернадский: жизнь, мысль, бессмертие», — М.: Знание, 1988.
2.      БілявськийГ. О. та ін. Основи екології: Підручник / Г. О. Білявський, Р. С. Фурдуй, І. Ю.Костіков. – К.: Либідь, 2004.- 408.
3.      Г. В. Войткевич, В. А. Вронский. Основыучения о биосфере: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1989.-160 с.: ил., карт.
4.      Лапо А. В. «Следыбылых биосфер», М.: Знание, 1979
5.      Николайкин Н. И.Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. – 2-еизд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2003. – 624с.: ил.
6.      О. І. Федоренко,О. І. Бондар, А. в, Кудін. Основи екології: Підручник. – К.: Знання, 2006. –543с.
7.      Петров.К. Н. Биогеография с основами охраны биосферы.
8.      Р. П.Федорищак. Загальне землезнавство: Навч. посібник. – К.: Вища шк.., 1995. –223с.
9.      Чебышев Н. В., Гринева Г. Г., Козарь М.В., Гуленков С. И. Биология: Учебник. – М.: ВУНМЙ, 2000. – 592с.
10.   Ю. Д.Бойчук, Е. М. Солошенко, О. В. Бугай. Екологія і охорона навколишньогосередовища: Навчальний посібник. – Суми: ВТД «Університетська книга»,2002. – 284 с.