Основная терминология в области подтверждения соответствия

Біоценози – сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів у локальному середовищі існування. У сукупності із оточуючим середовищем існування, обмінюючись з нею речовиною та енергією, біоценози утворюють нові системи – біогеоценози. Біогеоценоз є природною моделлю біосфери в мініатюрі, включаючи в себе всі ланки біотичного кругообігу: від зелених рослин, які створюють органічну речовину, до їх споживачів, які перетворюють її знову на мінеральні елементи. Інакше кажучи, біогеоценоз є елементарною складовою біосфери. Таким чином, у сукупності всі живі організми та їх сукупності утворюють суперсистему – біосферу.

Додаткова інформація

З позицій кібернетики, в сучасному розумінні біосфера також розглядається як глобальна відкрита система зі своїм "входом" (потік сонячної енергії, який надходить з космосу) і "виходом" (утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, які з різних причин "випали" із біологічного кругообігу, так званий вихід "в геологію" - кам'яне вугілля, нафта, осадові породи тощо). Ця велетенська система, як і її складові - біогеоценози, описується як "чорний ящик". Процеси, що відбуваються всередині нього, закодовані природою. Можна із впевненістю сказати, що система в її основних рисах є саморегульованою, самоорганізованою. Екологи пояснюють самоорганізацію системи – інформацією, яка пронизує екосистему. Вона міститься в живих організмах, в їх генетичному коді і здатності адаптуватися до змін умов середовища. Отже, саморегулювання екосистеми забезпечується живими організмами. Такий підхід дає підстави вважати біосферу централізованою кібернетичною системою, оскільки в ній один елемент (підсистема) - живі організми - відіграє домінуючу, центральну роль у функціонуванні системи в цілому.

Згідно із законом необхідної різноманітності Віннера - Шеннона -Ешбі, який вважають основним кібернетичним законом, кібернетична система лише тоді володіє стійкістю для блокування зовнішніх і внутрішніх збурень, коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття. Це різноманіття, в основному і створюється живими організмами. Досить сказати, що сьогодні на Землі існує близько 2 млн. видів організмів, з них частка рослин становить 500 тис. видів, а тварин - 1,5 млн. видів (табл. 1.).

Виходячи із екосистемних уявлень, видове різноманіття - це не просто якась арифметична величина, нижче якої не мав би опускатися живий світ, а реальна потреба буквально кожного сущого на планеті виду в трофічних ланках біогеоценозів і біосфери в цілому. Ці види необхідно зберегти заради нормального функціонування сучасної біосфери, яка й сьогодні еволюціонує, збагачуючи видове різноманіття.

За даними українського палеоботаніка О.П. Фесуненка, кількість родів вищих рослин становила: в силурі (близько 400 млн. років тому) - 1 рід, в девоні (350 млн.) - 36, в інтервалі від карбону до тріасу (200 млн.) - 150-200, від юри до неогену (150 млн. до нинішніх днів) - 250-330. Отже, збагачення видового різноманіття, що добре ілюструють наведені факти, - це загальна тенденція сучасного розвитку біосфери, яка сприяє усуненню зовнішніх і внутрішніх перешкод і підтримці системи в стані гомеостазу.

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом алогенних (зовнішніх) сил, таких як геологічні і кліматичні зміни й автогенних (внутрішніх) процесів, зумовлених активністю живих компонентів екосистеми.

Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гегеротрофами, які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Потім відбувався, за образним висловом Ю. Одума, "популяційний вибух" автотрофних водоростей, який перетворив атмосферу із відновлюваної в кисневу. ….

 

Таблиця 1.

Чисельність різних груп організмів в біосфері

 

Група Кількість видів (приблизно) Група Кількість видів (приблизно)
Всього Всього
В тому числі   В тому числі  
Водорості Найпростіші
Бактерії Губки
Гриби   Кишковопорожнинні
Лишайники Черв'яки
Вищі   Молюски
Мохоподібні Членистоногі
Плавунові (без комах)  
Хвощеві Комахи
Папоротеподібні Голкошкірі
    Хордові
Голонасінні (включаючи хребетних)  
Покритонасінні з них  
    Птахи
    Ссавці

 

Для самостійного ознайомлення…

Вчення В.І. Вернадського про ноосферу.

Людина, як частина природи повинна підпорядковуватись її законам, а не намагатись їх змінити (ойкуменічний світогляд).

В.І. Вернадський ще в першій половині ХХ сторіччя передбачав, що біосфера розвинеться в ноосферу (термін запропонував у 1927 році французький вчений Е. Леруа та П.Т. де Шерден). Спочатку В.І. Вернадський розглядав ноосферу (від грецького ноос - розум) як особливу “розумову” оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов до висновку, що ноосфера – це стан біосфери, за якою розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку. Зокрема він зазначав, що біосфера переходить в новий етап – ноосферу під впливом наукової думки і людської праці. Людство все більше відрізняється від інших компонентів біосфери, як нова небувала біогенна сила. Завдяки своїй науковій думці втілений у технічних досягненнях, людина освоює ті частини біосфери, куди вона раніше не проникала.

Для ноосфери, як нового якісного етапів розвитку біосфери, характерний тісний зв‘язок законів природи і соціально-економічних чинників суспільства, оснований на науково обґрунтованому раціональному використанні природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність кругообігу речовин та потоку енергії. Характерною рисою ноосфери є екологізація всіх сфер людського життя. До вирішення будь-яких проблем людина повинна підходити з позиції екологічного мислення, тобто збереження і поліпшення стану природного середовища.

Отже, ноосфера – це якісно нова форма організації біосфери, яка формується в наслідок її взаємодії із людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи і людини.

Термін «ноосфера» був запропонований у1927 році французьким математиком і філософом Э.Леруа. «Noos» - давньогрецька назва людського розуму.

Перша створена людиною культура-палеоліт (кам'яний вік) - продовжувалася приблизно 20-30 тисяч років. Вона збігалася з тривалим періодом зледеніння. Економічною основою життя людського суспільства було полювання на великих тварин: шляхетного і північного оленя, шерстистого носорога, осла, коня, мамонта, туру. На стоянках людини кам'яного віку знаходять численні кісти диких тварин - свідчення успішного полювання. Інтенсивне винищування великих травоїдних тварин привело до порівняно швидкого скорочення їхньої чисельності і зникнення багатьох видів. Якщо дрібні травоїдні могли заповнити втрати від переслідування мисливцями високою народжуваністю, то великі тварини в силу еволюційної історії були позбавлені цієї можливості. Додаткові труднощі виникли внаслідок зміни природних умов наприкінці палеоліту. 10-12 тисяч років тому наступило різке потеплення, відступив льодовик, ліси поширилися в Європі, вимерли великі тварини. Це створило нові умови життя, зруйнувало сформовану економічну базу людського суспільства. Закінчився період його розвитку, що характеризувався тільки використанням їжі, тобто чисто споживчим відношенням до навколишнього середовища.

У наступну епоху - епоху неоліту (новий кам'яний вік) - поряд з полюванням, рибним ловом і збиранням усе більшого значення набуває процес виробництва їжі. Робляться перші спроби одомашнювання тварин і розведення рослин, зароджується виробництво кераміки. Уже 9-10 тисяч років тому існували поселення, серед залишків яких виявляють пшеницю, ячмінь, сочевицю, кістки домашніх тварин - кіз, свиней, овець. Розвиваються зачатки землеробського і скотарського господарства. Широко використовується вогонь і для знищення рослинності в умовах підсобного землеробства, і як засіб полювання. Починається освоєння мінеральних ресурсів, зароджується металургія.

Виникнення антропоценозів.

Ріст населення, якісний стрибок у розвитку науки і техніки за останні два сторіччя, і особливо в наші дні, привели до того, що діяльність людини стала фактором планетарного масштабу, що направляє силою подальшої еволюції біосфери. Виникли антропоценози (від грецького anthropos - людина, koinos - загальний, спільність) - співтовариства організмів, у яких людина є домінуючим видом, а його діяльність - визначальний стан усієї системи. В.И.Вернадський вважав, що вплив наукової думки і людської праці обумовили перехід біосфери в новий стан - ноосферу (сферу розуму). Зараз людство використовує для своїх нестатків дуже велику частину території планети і усі великі кількості мінеральних ресурсів.

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 вільно мислячого людства як єдиного цілого. Цей новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємося, і є ноосферою".

Поняття ноосфери (від грец. пооз — розум) також має свою історію. Вважається, що його ввів у XIX ст. французький учений Е. Леруа (1870—1954), розвивав далі Тейяр де Шарден (1881— 1955). Вони розуміли під цим терміном особливу оболонку Землі, що розглядається як певний "мислячий шар" над біосферою, в який включається індустріальне суспільство з атрибутами цивілізації (мовою, релігією та ін.). Проте В.І. Вернадський розглядав ноосферу як нове геологічне явище на Землі, і людина в ній вперше стає могутньою геологічною силою. Як і все живе на Землі, вона може мислити і діяти тільки в області розповсюдження життя, тобто в біосфері, з якою нерозривно пов'язана і з якої піти не може. Вернадський вважав, що на сучасному етапі еволюції біосфери людина буде вимушена не тільки виправляти виниклі в результаті її діяльності порушення в стані природи, а й запобігати подібним порушенням у майбутньому.

Нині вельми відчутні наслідки науково-технічного прогресу, що поставили під загрозу існування людства на Землі, привели до необхідності передбачення наслідків людської діяльності у всіх країнах з метою збереження біосфери, тобто життя на Землі. Тому охорона біосфери має бути турботою всього людства, що живе на Землі, як керівників держав, так і окремих людей. Для цього кожному треба знати будову біосфери, взаємозв'язки процесів, що відбуваються в ній, і вплив діяльності людського суспільства на зміни, які виникають у біосфері. Видатний учений і мислитель В.І. Вернадський був упевнений, що знання процесів, які відбуваються в біосфері, і розумна організація життя і всієї діяльності людства приведуть до створення на нашій планеті ноосфери.

Для ноосфери як сучасного етапу розвитку біосфери характерні такі якісно нові форми впливу людини.

1. Безперервне видобування матеріалів із земних глибин і насичення ними біосфери. Щороку із земних надр видобувається близько 100 млрд. т різних корисних копалин. Це майже в чотири рази перевищує кількість поверхневого (із завислими твердими частинками) стоку у Світовий океан.

2. Використання продуктів фотосинтезу в енергетичних цілях. При цьому хімічна рівновага в біосфері зміщується в напрямі, проти¬лежному фотосинтезу. На відміну від біосфери ноосфера сприяє розсіюванню енергії Землі, а не її акумуляції.

3. Зміни біогеохімічних циклів і включення до них нових, раніше невідомих в біосфері речовин, у тому числі групи трансуранових елементів. Насичення ними біосфери може призвести до істотних змін у генопласті біосфери.

Проте необхідно зазначити, що, крім уявлень про неминучість переходу біосфери в ноосферу, викладених у вченні В.І. Вернадського про біосферу, в науковому світі є й інші погляди на перспективи розвитку біосфери.

· Еволюція біосфери (оглядово)

Усі компоненти біосфери тісно взаємодіють між собою, складаючи цілісну, складно організовану систему, що розвивається по своїх внутрішніх законах і під дією зовнішніх сил, у тому числі космічних (сонячного випромінювання, гравітаційних сил, магнітних полів Сонця, Місяця й ін. небесних тіл). За сучасними уявленнямих, розвиток безжиттєвої геосфери, тобто оболонки, утвореної речовиною Землі, відбувалося на ранніх стадіях існування нашої планети, мільярди років тому. Зміни вигляду Землі були зв'язані з геологічними процесами, що відбувалися в земній корі, на поверхні й у глибинних кулях планети і знаходили прояв у виверженнях вулканів, землетрусах, переміщеннях земної кори, гороутворенні. Такі процеси відбуваються і зараз на безжиттєвих планетах сонячної системи і їхніх супутників - Марсі, Венері, Місяці.

З виникненням життя ( стійких форм, які самі розвиваються), спочатку повільно і слабко, потім в русі швидше і значніше стало виявлятися вплив живої матерії на геологічні процеси Землі.

Діяльність живої речовини, що проникнули в усі куточки планети, привела до виникнення нового утворення - біосфери - тісно взаємозалежної єдиної системи геологічних і біологічних тіл і процесів перетворення енергії і речовини. Розміри перетворень, здійснюваних живою матерією, досягли планетарних масштабів, істотно видозмінивши вигляд і еволюцію Землі.

Так, наприклад, у результаті процесу фотосинтезу - діяльності зелених рослин, утворився сучасний газовий склад атмосфери, у ній з'явився кисень. У свою чергу на активність фотосинтезу істотно впливає концентрація вуглекислого газу в атмосфері, наявність вологи і тепла.

Ґрунт є цілком результатом діяльності живої речовини у відсталому (неживому) середовищі. Вирішальна роль у цьому процесі належить клімату, топографії, діяльності мікроорганізмів, рослин і материнських порід. Біосфера, виникнувши і сформувавшись 1-2 млрд. років тому (до цього часу відносяться перші виявлені залишки живих організмів), знаходиться в постійній динамічній рівновазі і розвитку.

У біосфері, як і у будь-який екосистемі, відбувається кругообіг води, планетарні переміщення повітряних мас, а також біологічний кругообіг, що характеризується ємністю - кількістю хімічних елементів, розміщених одночасно в складі живої речовини в даній екосистемі, і швидкістю - кількістю живої речовини, що утворюється і розкладається в одиниці часу. У результаті на Землі підтримується великий геологічний кругообіг речовин, де для кожного елементу характерна своя швидкість міграції у великих і малих циклах. Швидкості всіх циклів окремих елементів у біосфері найтіснішим чином пов’язані між собою.

Сталі за багато мільйонів років кругообіг енергії і речовини в біосфері самопідтримуються в глобальних масштабах, хоча локальні (місцеві) зміни структури й особливостей окремих екосистем (біогеоценозів), що складають біосферу, можуть бути значними.

Ще на ранніх етапах еволюції жива речовина поширилася по безжиттєвих просторах планети, займаючи всі потенційно доступні для життя місця, змінюючи їх і перетворюючи в місця проживання. І вже в древні часи різні життєві форми і види рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів зайняли всю планету. Живу органічну речовину можна знайти й у глибинах океану, і на вершинах найвищих гір, і у вічних снігах Приполяр'я, і в гарячих водах джерел вулканічних районів. Таку здатність до поширення живої речовини В.І. Вернадський назвав «повсюдністю життя».

Еволюція біосфери йшла по шляху ускладнення структури біологічних співтовариств, збільшення числа видів і удосконалювання їхньої пристосованості. Еволюційний процес супроводжувався збільшенням ефективності перетворення енергії і речовини біологічними системами: організмами, популяціями, співтовариствами.

Вершиною еволюції живого на Землі є поява людини, що як біологічний вид на основі численних змін придбав не тільки свідомість (особливу форму відображення навколишнього світу), але і здатність виготовляти і використовувати у своєму житті знаряддя праці.

За допомогою знарядь праці людство стало створювати фактично штучне середовище свого проживання (поселення, житла, одяг, продукти харчування, машини і багато чого іншого). З цього часу еволюція біосфери вступила в нову фазу, де людський фактор ставши могутньою природною рушійною силою.

 

2. Межі біосфери, її структрура, властивості.

· Межі біосфери

Термін і поняття біосфери включає в себе як живі організми ("жива речовина"), так і середовище їх існування.

Біосфера охоплює нижню частину атмосфери (аеробіосфера) до висоти 25...30 км (до озонового шару), всю гідросферу (гідробіосфера) тобто річки, моря, океани та ін., верхню частину земної кори (террабіосфера) до глибини 3...5 км і верхні шари літосфери (літобіосфера). По останнім даним, товщина біосфери складає 40...50 км.

Ту частину біосфери, де живі організми зустрічаються в даний час, називають сучасною біосферою або нообіосферой, а стародавні біосфери відносять до колишніх біосфер, інакше палеобіосфер або мегабіосфер. Приклади останніх - мляві накопичення органічних речовин (поклади вугілля, нафти, газу та ін) або запаси інших сполук, що утворилися при безпосередній участі живих організмів (вапняки, черепашники, освіти крейди, ряду руд і багато іншого). Верхня межа теоретично визначається озоновим шаром. Для нообіосфери - це нижня межа озонового шару (близько 20 км), послабляє до прийнятного рівня згубний космічне ультрафіолетове випромінювання, а для палеобіосфери - це верхня межа того ж шару (близько 60 км), бо кисень в атмосфері Землі є результат переважно життєдіяльності рослинності. У більшості випадків в якості верхньої теоретичної межі біосфери вказують озоновий шар без уточнення її меж. Практично ж максимальна висота над рівнем моря, на якій може існувати життя, обмежені рівнем, до якого зберігаються позитивні температури і можуть жити рослини. Вище, до «лінії снігів», мешкають лише павуки і деякі кліщі. Ще вище живі організми можуть потрапляти лише випадково. На висотах 7500-8000м критично низького для абсолютної більшості організмів значення досягає інший абіотичний фактор - абсолютний атмосферний тиск. Найбільш залежні від величини тиску птиці і літаючі комахи, переважно займають нижню зону.

Вся товща Світового океану за сучасними уявленнями повністю зайнята життям. Нижня межа існування активного життя традиційно визначається дном океану 11022м (максимальна глибина Маріанської западини) і глибиною літосфери, яка характеризується температурою 100 градусів С (близько 6000 м, за даними надглибокого буріння на Кольському півострові). В основному життя в літосфері поширена лише на кілька метрів углиб, обмежуючись грунтовим шаром. Осадові породи, що практично всі зазнали переробки живими організмами, визначають нижню межу колишніх біосфер, яка, тим не менш, не опускається на материках нижче найбільших глибин океану.

У цілому екологічний діапазон поширення живої речовини дуже великий.

1. У 1977 р. в океані на глибині кількох кілометрів були виявлені гарячі вулканічні зони, в яких при температурі 350 ° С існують численні термофільні бактерії.

2. В експериментах американського дослідника Камерона синьо-зелені водорості протягом кількох місяців не втрачали життєздатності в умовах, які відповідали Маріанським.

3. Живе речовина не гине в рідкому азоті.

4. Деякі види, наприклад, ті ж синьо-зелені водорості, не гинуть під дією потужного іонізуючого випромінювання і поселяються в епіцентрі ядерного вибуху вже після кількох днів його дії.

5. Жива речовина може зберігатися навіть в умовах відкритого космосу. Так, третя експедиція американських астронавтів забула на Місяці телекамеру. Коли через півроку її повернули на Землю, на внутрішній стороні кришки були виявлені земні бактерії, які без будь-яких шкідливих наслідків пережили тривале перебування за межами рідної планети.

· Структрура біосфери

Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших геосфер, зосереджена в порівняно невеликому прошарку - біостромі. Біострома лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні знаходиться 98% всієї живої речовини планети.

Біосфера сформована з різних речовин. В.І.Вернадський виділив такі головні речовини біосфери:

ü Жива речовина, що представлена організмами різних видів.

ü Біогенна (нежива) речовина, що є продуктом життєдіяльності організмів (органічні та органікомінеральні продукти, створені живими організмами протягом геологічної історії – кам‘яне вугілля, нафта, торф, та ін.).

ü Нежива (косна) речовина, в утворенні якої живі організми не брали участі (горні породи неорганічного походження і вода).

ü Біокосна речовина, що сформована за рахунок взаємодії живої та косної речовин. Основним видом біокосної речовини є ґрунт, а також, наприклад, мул.

Також виділяють специфічні види речовин:

ü Радіоактивна речовина.

ü Космічна речовина (наприклад, метеорити).

 

За іншими поглядами, у структурі біосфери просто виділяють абіотичну та біотичну частину.

Абіотична частина представлена:

1) Грунтом і підстилаючими її породами до глибини, де ще є живі організми, що вступають в обмін з речовиною цих порід і фізичним середовищем порового простору.

2) Атмосферним повітрям до висот, на яких можливі ще прояви життя.

3) Водним середовищем - океани, річки, озера і т.п.

Біотична частина складається з усіх живих організмів.

Об’єм біосфери – 10•109 км³ (0.4% об’єму Землі), маса біосфери 3•1018 т – близько 0,05% маси землі (5,96•1027 г).

· Властивості біосфери

Біосфері, як і її складовим – іншим екосистемам більш низького рангу, властива система властивостей, які забезпечують її функціонування, саморегулювання, стійкість та інші параметри. Основні з них:

1. Біосфера – централізована система.

Центральною ланкою її виступають живі організми (живу речовину).

2. Біосфера - відкрита система.

Її існування немислиме без надходження енергії іззовні. Вона потребує впливу космічних сил, перш за все, сонячної активності.

3. Біосфера - саморегулююча система, для якої, як зазначав Вернадський, характерна організованість.

В даний час це властивість називається гомеостазом, розуміючи під цим здатність повертатися в початковий стан, гасити виникаючі збурення системи включенням ряду механізмів. Біосфера за свою історію пережила ряд таких збурень (виверження вулканів, зустрічі з астероїдами, землетруси, горотворення тощо), завдяки дії гомеостатичних механізмів і, зокрема, принципу Ле-Гіателье-Брауна: при дії на систему сил, що виводять її зі стану стійкої рівноваги, останнє зміщується в тому напрямку, при якому ефект цього впливу послаблюється.

Небезпека сучасної екологічної ситуації пов'язана насамперед з тим, що порушується лінія механічного гомеостазу і принцип Ле-Гіателье-Брауна, якщо не в планетарних, то у великих регіональних масштабах. Результат - розпад екосистем, або поява нестійких, практично позбавлених властивостей гомеостазу систем типу агроценозу або урбанізованих комплексів.

4. Біосфера - система, що характеризується великою різноманітністю.

Різноманітність – найважливіша властивість всіх екосистем. Біосфера є глобальною екосистемою, що характеризується максимальною серед інших систем різноманітністю. Різноманітність розглядається як основна умова стійкості будь екосистеми і біосфери в цілому. Це умова так універсальна, що сформована в якості закону.

5. Найважливіша властивість біосфери - наявність у ній механізмів, що забезпечують кругообіг речовини і пов'язану з ним невичерпність окремих хімічних елементів і їх сполук.

 

При загальному розгляді біосфери, як планетарної екосистеми, особливого значення набуває уявлення про її живу речовину, як про загальну живої маси планети….

 

3. “Жива речовина”, її властивості, функції, маса.

· Поняття про живу речовину.

«На земній поверхні немає хімічної сили, могутнішою за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому».

Що принципово відрізняє нашу планету від будь-якої іншої планети Сонячної системи? Наявність життя. «Якби на Землі не було життя, обличчя її було таким же незмінним і хімічним інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил».

Жива речовина біосфери є сукупність всіх її живих організмів. Як учений, В.І. Вернадський розуміє, що об'єкт його досліджень потребує деяких характеристик, а тому зазначає: «Я буду називати сукупність організмів, зведених до маси, хімічного складу і енергії, живою речовиною». Жива речовина в його розумінні - це форма активної матерії, і її енергія тим більша, чим більше маса живої речовини.

Поняття «жива речовина» ввів у науку В.І. Вернадський і розумів під ним сукупність всіх живих організмів планети.

 

· Властивості живої речовини

1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією, яку можна було б порівняти хіба що з вогненним потоком лави, але енергія лави не довготривала.

Енергія живої речовини біосфери насамперед проявляється у здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на планеті має значну стійкість до змін інтенсивності різних екологічних факторів, що визначає межі біосфери. У стані анабіозу організми можуть витримувати значні коливання температури (від абсолютного нуля до +1800), тиску (від сотих часток атмосфери на значних висотах до 1000 атмосфер і більше на великих океанічних глибинах). Вважалося, що організмів немає лише в товщі льодовиків та у кратерах діючих вулканів, однак сучасні дослідження довели існування специфічних форм життя навіть у таких екстремальних умовах.

2. У живій речовині, завдяки присутності ферментів, хімічні реакції відбуваються в тисячі, а іноді і в мільйони разів швидше, ніж у неживій. Для життєвих процесів характерне те, що отримані організмом речовини і енергія переробляються і віддаються в значно більших кількостях. Наприклад, маса комах, яких з'їдає синиця за день, дорівнює її власній масі, а деякі гусениці вживають і переробляють за добу в 200 разів більше їжі, ніж важать самі.

3. Окремі хімічні елементи (білки, ферменти, а іноді й окремі мінеральні сполуки) синтезуються тільки в живих організмах.

4. Жива речовина прагне заповнити собою весь можливий простір.

В.І. Вернадський називає дві специфічні форми руху живої речовини:

а) пасивну, яка здійснюється розмноженням, і властива як тваринам, так і рослинним організмам;

б) активну, яка здійснюється за рахунок спрямованого руху організмів (меншою мірою характеру для рослин).

5. Жива речовина проявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність, ніж нежива.

У природі відомо понад 2 млн. органічних сполук, які входять до складу живої речовини, тоді коли кількість мінералів неживої речовини становить близько 2 тис., тобто на три порядки нижче.

6. Живе речовина представлено дисперсними тілами - індивідуальними організмами, кожен з яких має свій власний генезис, свій генетичний склад.

Розміри окремих організмів коливаються від 2 нм у найменших до 100 м. Найбільшими з рослин вважаються секвої, а з тварин - кити. На думку Вернадського, мінімальні і максимальні розміри організмів визначаються граничними можливостями їх газового обміну з середовищем.

6. Жива речовина ніколи не існує на Землі в морфологічно чистій формі, (наприклад у вигляді популяційного виду).

Вона може існувати тільки у вигляді біоценозу: «... навіть простенький біоценоз якогось сухого соснячка на пісочку є угрупованням, яке складається приблизно з тисячі видів живих організмів».

8. Принцип Реді (флорентійський академік, лікар і натураліст, 1626-1697 р.р.): «Все живе з живого» - є відмінною особливістю живої речовини, яка існує на Землі у формі безперервного чергування поколінь і характеризується генетичним зв'язком з живою речовиною всіх минулих геологічних епох. Неживі абіогенні речовини, як відомо, надходять в біосферу з космосу, ним же виносяться порціями з оболонки земної кулі. Вони можуть бути аналогічними за складом, але генетичного зв'язку в загальному випадку у них немає.

9. Жива речовина в особі конкретних організмів, на відміну від неживого, здійснює протягом свого історичного життя грандіозну роботу. В.І. Вернадський відвів живим організмам роль найголовнішої перетворюючої сили планети Земля, враховуючи діяльність організмів не тільки в даний час, але і в минулому. По суті, тільки біогенні речовини метабіосфери - це інтеграл маси живої речовини, тоді як маса неживого речовини земного походження є величиною постійною в геологічній історії: 1 г архейського граніту і сьогодні залишається 1 г того ж речовини, а та ж маса живої речовини, тобто 1 г, протягом мільярдів років існувала за рахунок зміни поколінь і весь цей час виконувала геологічну роботу.

 

· Функції живої речовини в біосфері:

ü Газова

Газова функція живої речовини полягає у впливові живих організмів у процесі своєї життєдіяльності на газовий склад атмосфери, Світового океану та грунту. Всі аеробні істоти під час дихання поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ, тоді як зелені рослини та ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Життєдіяльність організмів, наприклад бактерій, може впливати на концентрацію інших газів (сірководню, метану, азоту тощо). Окремо, як частину цієї функції, можна назвати киснева функцію, тобто «виробництво» кисню для всієї планети і дихання людини у тому числі.

ü Окислювально-відновна функція полягає в тому, що за допомогою живих організмів у грунті, воді та атмосферному повітрі окислюються (наприклад, залізобактерії здатні окислювати сполуки заліза, сіркобактерії – сполуки сірки тощо), або відновлюються (наприклад, денітрофікуючі бактерії здатні відновлювати нітрати та нітрити до молекулярного азоту або його оксидів) певні сполуки.

ü Концентраційна

Концентраційна функція полягає у поглинанні живими істотами певних хімічних елементів з навколишнього середовища і накопичення їх у своїх організмах. Так, молюски, форамініфери, десятиногі раки, хребетні тварини можуть накопичувати в своїх організмах неорганічні сполуки кальцію та фосфору, радіолярії – стронцію та кремнію, бурі водорості – йоду тощо.

ü Руйнування органічних речовин

ü Метаболізму і дихання організмів

 

· Маса «живої речовини»

Загальна сукупність живих організмів, виражена в масі на одиницю площі (суші, акваторії, дна водоймища) або об'єму (води, ґрунту, опадів), прийнято називати біомасою. Отже, поняття "жива речовина" біосфери еквівалентно біомасі всієї Землі. За сучасними оцінками, суха маса живої речовини біосфери становить всього 2—3 трлн т, у тисячу разів менше за масу тропосфери, в десять мільйонів разів — маси земної кори і в мільярд разів — маси Землі. Саме її дуже малі розміри тривалий час заважали геологам зрозуміти виняткову роль життя на Землі в геологічних процесах, на що і звернув увагу В.І. Вернадський.

Розподіл маси живої речовини (біомаси) в біосфері украй нерівномірний. У живій речовині абсолютно переважає фітомаса; набагато менша роль зоомаси і мікроорганізмів. Загальна вага живої речовини на Землі оцінюється в трильйон тонн. Переважна частина фітомаси зосереджена на материках, 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 в пустелях (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 близький до пустель (3 т/га), але в ньому спостерігаються зони різкого згущування життя — в Саргасовому морі, на мілинах шельфу, у коралових рифах і т. ін. Щорічна продукція живої речовини на Землі — 230 млрд. т, з них на материках — 170 млрд., в океані — 60 млрд. т. На материках щорічна середня продукція біомаси — 11,5 т/га, в океані — 1,7 т/га. Сумарна біомаса суші становить 97 % всієї біомаси Землі. На океан припадає лише 3 % біомаси Землі, але інтенсивність життєвих циклів в океані значно вища, ніж на суші. Незважаючи на дивно малу величину біомаси, яка щорічно виробляється на Землі, накопичена за мільйони років в осадових товщах земної кори похована органічна речовина привела до утворення таких корисних копалини, як кам'яне вугілля, нафта, газ, фосфорити та ін.

 

Для порівняння кількості живих організмів використовують поняття “біомаса”, “продукція живих організмів” тощо.

Біомаса (гр. bios – життя + massa - тісто) – загальна маса особин одного виду, груп або всього угруповання живих організмів на одиницю площі або об’єму. В середньому на 1 см² земної поверхні припадає 580 мг сухої органічної речовини. До складу цієї біомаси входить біомаса рослин, тварин, грибів, бактерій. У біосфері біомаса розподілена нерівномірно і змінюється від нуля (крига Антарктиди) до 60 кг/м² (тропічні ліси). Біомаса всієї біосфери – приблизно 1841…2440 млрд. т, що становить близько 0,00001% маси земної кори.

Біологічна продукція – відтворення біомаси рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, які входять до складу екосистеми, за певний період часу.Найчастіше біопродукція виражається як маса сухої речовини за рік на одиницю площі, або об’єму (води, ґрунту). Розрізняють первинну і вторинну біопродукцію.
Первинна, або валова первинна, продукція – це маса органічної речовини та енергії, яка утворюється в процесі фотосинтезу рослин. Валова продукція частково (до 50%) витрачається на дихання самих рослин, решту становить чиста первинна продукція. Щорічно частину чистої продукції (7…10% у наземних і до 40% у морських екосистемах) поїдають гетеротрофи – рослиноїдні тварини та паразити рослин, частина використовується мінералізаторами, частина іде на приріст біомаси.

Чиста продукція і біомаса не завжди перебувають у прямій залежності. Тільки в однорічників співвідношення їх 1:1. У багаторічників співвідношення біомаси і чистої продукції змінюється у широких межах: у лісах вона може досягти 50:1, у лугових і степових угрупованнях – 3:1. В молодих екосистемах біомаса невелика, а чиста продукція переважає. У зрілих екосистемах біомаса досягає максимуму, а чиста продукція – мінімуму. У Світовому океані біомаса рослин невелика (3,9 млрд. т), а чиста продукція у 14 разів більша (55 млрд. т). Треба підкреслити, що “мета” у природи і мета людини різна: природа збільшує валову продукцію, а людина – чисту продукцію.

Величина чистої первинної біопродукції біосфери оцінюється авторами по-різному: від 50 млрд. т сухої органічної речовини за рік. Причому, 2/3 її виробляється на суші, 1/3 – в океані. Майже 70% чистої продукції утворюється в лісах Землі. Проте людина інтен­сивно знищує ліси: 20 га за хвилину; 15 млн. га щороку вирубується. Це у 18 разів більше, ніж приріст лісів за той самий час.

Розподіляється чиста первинна продукція на Землі дуже нерівномірно і змінюється від 0 до 45 кг/м² у рік: в тундрі – 0,1…3,0 (в середньому – 0,6), в степах – 0,2…5,0 (1,6), напівпустелях – 0,10…4,0 (0,7) кг/м² у рік. Велика маса чистої первинної продукції спостерігається у певних районах Землі. На континентах – у тропіках, в океанах між 40° і 60° північної і південної широт. Саме у цих районах рослини одержують тепло, воду і поживні речовини в оптимальному співвідношенні. Але в загальному плані чиста первинна продукція на земній кулі зменшується із зниженням температури, тобто від екватора до полюсів. Майже 60% усієї продукції суші утворюється в тропіках, 20% - у субтропіках, і 20% на решті територій.

Вторинна біопродукція – маса живої речовини, виробленої гетеротрофами.

Існують певні закономір­ності розподілу біомаси організмів на суходолі та в океані:

ü в океані загальна біомаса організмів значно нижча, ніж на суходолі;

ü основна біомаса рослин зосереджена на суходолі;

ü біомаса тварин в океані більша, ніж біомаса тварин на суходолі;

ü на суходолі біомаса рослин перевищує біомасу тварин.

Таблиця 1

Біомаса рослинних угруповань природних зон
(за А.Г. Вороновим)

Природні зони Біомаса, ц/га Щорічна продукція ц/га
Підземних органів Наземних органів Всього
Тундра
Хвойні ліси
Широколистяні ліси
Степи
Вологі тропічні ліси


Таблиця 2

Біомаса організмів на Землі
(за М.І. Базилевич, Л.Є. Родіним, М.М.Розовим)

Середовище Групи організмів Маса, т Співвідношення, %
Континенти Зелені рослини 2,4·1012 99,2
  Тварини і мікроорганізми 0,02·1012 0,8
  Разом 2,42·1012
Океани Зелені рослини 0,0002·1012 6,3
  Тварини і мікроорганізми 0,0030·1012 93,7
  Разом 0,0032·1012
  Всього 2,4232·1012  

 

4. Кругообіг речовин у біосфері (оглядово, самостійно)

 

Фотосинтез і кругообіг речовин — основні чинники існування біосфери. Фотосинтез є єдиним на Землі процесом, в якому зеленими рослинами з бідних енергією неорганічних речовин (вуглекислого газу, води, мінеральних солей) за допомогою сонячної енергії у величезних масштабах утворюються складні, багаті енергією органічні сполуки. Ці сполуки, здатні до різноманітних хімічних перетворень, — основа життя всіх інших організмів біосфери. Всі види живих істот, що мешкають на Землі, використовують урешті-решт одну форму енергії хімічних зв'язків. Будь-який прояв життя на нашій планеті пов'язаний з утворенням і споживанням цієї біохімічної енергії.

Джерело енергії для фотосинтезу (сонячна радіація) і головний інструмент фотосинтезу (живий організм) перетворюють вуглекислий газ, воду і мінеральні солі на біохімічну енергію. Організми, що фотосинтезують та використовують сонячну енергію для утворення органічних речовин з неорганічних сполук і вуглекислого газу називають автотрофами (такими, що самохарчуються). Вони перетворюють енергію сонячного світла в біохімічну енергію, запасаючи її у вигляді енергії хімічних зв'язків у складних органічних молекулах. Інші організми біосфери (більшість бактерій, гриби, тварини), яким потрібні для зростання і розвитку готові органічні сполуки, — гетеротрофи, тобто ті, що харчуються іншими організмами.

Окрім фотосинтезу, іншим найважливішим для існування життя процесом у біосфері є кругообіг речовин, що відбувається завдяки наявності в біосфері автотрофів, які створюють органічні речовини з неорганічних, і гетеротрофів, які використовують ці органічні речовини і знову перетворюють їх на неорганічні сполуки, поповнюючи запас останніх у біосфері. Отже, фотосинтез і кругообіг речовин — це два основні чинники існування біосфери Землі.

 

Життя – це кругообіг елементів між організмами і середовищем. Причина кругообігу – обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів. Тільки завдяки кругообігу живі організми тепер – через 4 млрд. років після своєї появи – не зазнають дефіциту основних біогенних елементів.

Розрізняють два види кругообігу речовин та енергії у біосфері:

ü геологічний (великий), який відбувається між сушею та океаном;

ü біологічний (малий), який відбувається або на суші, або в океані.

 

Біологічний кругообіг включає як горизонтальну, так і верти­кальну міграцію та складається з двох протилежних процесів:

· синтез органічної речовини з неорганічної за допомогою сонячної енергії;

· мінералізація органічних решток і виділення енергії.

 

ü Біологічний кругообіг – це багаторазова участь хімічних еле­ментів у процесах, які протікають у біосфері. В зв’язку з цим біосфе­ру визначають як область Землі, де протікають три основні про­цеси: кругообіг вуглецю, азоту, сірки, в яких беруть участь 5 елементів (H, O, C, N, S), що рухаються через атмосферу, гідро­сферу, літосферу. У природі кругообіг здійснюють не речовини, а хімічні елементи. Ці 5 елементів рухаються і окремо, і в таких сполу­ках, як вода, нітрати, двооксид вуглецю, двооксид сірки.

Кругообіг вуглецю.

У біосфері вуглецю багато – 12000 млрд. т. Це пояснюється тим, що еволюція життя на Землі – це еволюція сполук вуглецю, які безперервно виникають, змінюються і розкла­даються. Кругообіг вуглецю відбувається фактично між живою речо­виною та двооксидом вуглецю. У процесі фотосинтезу, здійснюва­ного рослинами, СО2 і вода з допомогою енергії сонячного світла перетворюються на різні органічні сполуки. Щорічно вищі рослини і водорості поглинають при фотосинтезі 200 млрд. т вуглецю. Якби вуглець повертався в атмосферу, його запас (700 млрд. т) у ній швидко б вичерпався. Але він повертається в результаті процесу дихання рослин і тварин. Відмерлі рослинні і тваринні організми розкладаються грибами і мікроорганізмами до СО2, який теж повер­тається в атмосферу. Повний цикл обміну атмосферного вуглецю здійснюється за 300 років. Але частина вуглецю вилучається у вигляді торфу, нафти, вугілля, вапняку, мармуру – викопних відкла­дів і осадових порід.

Вважають, що на кругообіг вуглецю часом дуже впливає діяльність людини. Використання викопного палива і автомобілізація порушили динамічну рівновагу між кількістю виділеного і поглинутого вуглецю у бік його збільшення в атмосфері. У наш час людство виробляє стільки ж СО2, як і всі організми фотосинтезом. Збільшення вуглекислого газу збільшує, викликає підвищення (внаслідок парникового ефекту) середньої глобальної температури на 3…6°С ,що може викликати підняття рівня морів і океанів, відповідно – затоплення найбільш заселених районів планети, найбільш родючих низинних земель… До того ж потепління високоширотних зон зменшить перепад температур – головного двигуна циркуляції повітряних мас атмосфери. Внаслідок цього вологі області Землі стануть ще більш вологими, а сухі – більш сухими….

Кругообіг кисню. Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд. т кисню. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях в атмосфері, літосфері, гідросфері. Циркулюючи через біосферу, кисень перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний кисень. Весь кисень атмосфери (2,8·1014 – 1,2·1015 т) за кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство без­поворотно втратило близько 273 млрд. т кисню. У наш час щорічно на спалення вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається 13∙109 т кисню. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку на 6%. Майже 3 млрд. років рослини збагачували атмосферу киснем. Але при збереженні нинішніх темпів його споживання вже через два століття концентрація кисню можливо знизиться до критичного рівня. Основні поглиначі кисню – промисловість і автомашини. Кожній людині на добу потрібно 80 л. кисню, автомашині ж для згоряння 1 л. бензину – 200 л. ……..

Кругообіг азоту, фосфору, сірки.

Діяльність людини прискорює кругообіг цих елементів. Головна причина цього прискорення – використання фосфору в добривах, що призводить до еутрифікації – надудобрення. Еутрифікація в першу чергу діє на континентальні водойми. При еутрифікації відбувається бурхливе розмноження водоростей – цвітіння води. Це призводить до зменшення кількості розчиненого у воді кисню. Продукти обміну водоростей знищують рибу та інші організми. Сформовані екосистеми при цьому руйнують­ся. Процес еутрифікації змогла б зменшити нестача азоту і сірки. Але індустрія і вихлопи двигунів внутрішнього згоряння викидають щорічно багато нітратів і сульфатів. Потрапляючи на землю разом з дощами, вони засвоюються рослинами.

Кругообіг води. На Землі води багато – гідросфера становить 1/4000 її маси. Вода покриває ¾ поверхні Землі. За 1 хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується до 1 млрд. т води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у ґрунт. Ґрунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин джерела, наноси, тощо. Швидкість циркуляції води досить велика: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтова вода – за рік, річкова за 12 діб, пара в атмосфері – за 9 діб. Двигуном кругообігу є енергія Сонця.

Щорічно для створення первинної продукції рослини біосфери використовують при фотосинтезі 1% води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для побутових і промислових потреб використовує 20 мм опадів – 2,5% загальної їх кількості за рік, Безповоротний щорічний водозабір тепер становить 5,5 тис. м³. Щорічно він збільшується на 4…5%. Якщо такий приріст збережеться, то до 2100 р. людство вичерпає запаси прісної води на Землі.

 

 

 

Основные понятия и термины
Оценка соответствия -прямое или косвенное определение соблюдение требований, предъявляемых к объекту
Декларирование соответствия - форма подтверждения соответствия продукции требованиям технических регламентов
Орган по сертификации - юридическое лицо или индивидуальный предприниматель, аккредитованные для выполнения работ по сертификации
Система сертификации - совокупность правил выполнения работ по сертификации, ее участников и правил функционирования системы сертификации в целом
Сертификация - форма осуществляемого органом по сертификации соответствия объектов требованиям технических регламентов, положениям стандартов или условиям договоров
Идентификация продукции - установление тождественности характеристик продукции ее существенным признакам
Аккредитация - официальное признание органом по аккредитации компетентности физического или юридического лица выполнять работы в определенной области оценки соответствия
Знак соответствия - обозначение, служащее для информирования приобретателей о соответствии объекта сертификации требованиям системы добровольной сертификации или национальному стандарту
Схема подтверждения соответствия - перечень действий участников подтверждения соответствия, результаты которых рассматриваются ими в качестве доказательств соответствия объектов установленным требованиям  
Подтверждение соответствия -документальное удостоверение соответствия объектов, процессов, выполнения работ или оказания услуг требованиям технических регламентов, положениям стандартов или условиям договоров