Структура біосфери, запропонована Реймерсом

 

Н. Ф. Реймерс запропонував схему сучасної побудови біосфери. Відповідно до цієї схеми, біосферу можна розбити на 3 подсфери:

1. Аеробіосферу, населену аеробіонтами;

2. Гідробіосферу, населену гідробіонтами;

3. Геобіосферу, населену геобіонтами.

У свою чергу, аеробіосфера складається з:

1а) тропобіосфери – нижній прошарок;

1б) альтабіосфери – розріджені прошарки, населені

мікробіонтами;

1в) парабіосфери – високі прошарки, туди організми заносяться, але не розмножуються.

Гідросфера складається з:

2а) сфери морів та океанів – моренобіосфери;

2б) сфери прісних вод – аквабіосфери. У свою чергу кожна з підсистем ділиться на:

фотосферу – область куди добре потрапляє світло;

дісфотосферу – область куди світло потрапляє погано;

афотосферу – область куди світло не потрапляє.

Геобіосфера поділяється на:

3а) террібіосферу – поверхневі і грунтові прошарки Землі;

3б) літобіосферу – нижче грунтів.

Питання для самоконтролю:

1.Що таке біосфера, які основні типи речовини в ній?

2.Основні положення навчання В. И. Вернадского про біосферу.

3.Яка структура біосфери?

4.Що таке атмосфера, гідросфера, літосфера; їхня сполука?

5.Які живі організми відносяться до продуцентів, які до макроконсументам, які до микроконсументам або редуцентам?

6.Яка структура біосфери, запропонована Реймерсом?

 

 

Лекція 4

Тема лекції: ЗАКОНИ ФУНКЦІОНУВАННЯ екосистем І БІОСФЕРИ

План:

·Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини в екосистемах

· Стійкість і саморегуляція екосистем

· Функціонування біосфери.

·Функції живої речовини в біосфері.

· Складові енергетичного балансу в біосфері

· Біохімічні кругообороты речовини

· Стабільність біосфери

· Самоорганізація біосфери

Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини в

Екосистемах

 

Функціонування екосистеми будь-якого рівня здійснюється лише за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища. Визначальною характеристикою життя як особливої форми існування матерії є обмін речовин.

Обмін речовин окремих організмів із навколишнім середовищем у процесі подиху, харчування, різноманітних виділень, або в більш загальному виді - кругообіг речовини в екосистемах можливий лише в процесі використання й передачі енергії.

В екосистемі, як і у біосфері в цілому, основними потоками енергії є потоки концентрованої (в основному Сонячної) і розсіяної енергії (теплової). Живі організми, у деякому змісті, можна порівнювати зі своєрідними машинами, що виробляють біомасу. Розрахунки показали, що КПД рослинної машини не більше 1%, тобто тільки 1% сонячної енергії, запасено в рослинній продукції. Куди ж витрачаються інші 99%?

Достатньо велика кількість (30-40%) променистої енергії не проникає в листя і відбивається від їхньої поверхні. Велика частина (60-70%) витрачається на подих, випар, екскрецію, перетворюючись у тепло.

Потік сонячної енергії перетвориться рослинами в процесі фотосинтезу в енергію хімічних зв'язків, яка послідовно переходить із їжею від рослин до тварин - консументів першого порядку, від них – до консументів другого і більш високих порядків, а по мірі загибелі організмів або виділення ними покидьків - до редуцентів.

Фотосинтез – це синтез рослинами органічних речовин (білків, жирів та вуглеводів) із СО₂, Н₂О, мінеральних солей азоту, фосфору й інших елементів за допомогою енергії світла.

Реакцію фотосинтезу можна записати у вигляді:

У перерахунку на глюкозу, реакцію фотосинтезу можна записати у вигляді:

Особливістю перетворення енергії в екосистемах є її одностороння спрямованість - промениста енергія, пройшовши ряд перетворень, у значній мірі розсіюється у вигляді тепла. Таким чином, для нормального функціонування екосистеми необхідна постійна й достатня притока концентрованої енергії, спроможної перетворюватися в роботу, при цьому ентропія навколишнього середовища збільшується, тому обов'язково необхідний стік теплової енергії з екосистем (рис. 4.1).

Ряд організмів, у якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальших має назву трофічного (харчового) ланцюга. Довжина трофічного ланцюга, не може бути занадто великою. Вона, як правило, не перевищує п'яти - семи рівнів.

1 - сонячне світло, 2 – потік речовин, 3 – теплова енергія, З.Е. - запасена енергія, З.Р. - запас речовини, П - продуценти, К - консументи, Р - редуценти

 

Рисунок 4.1- Потоки енергії і речовини в екосистемах

 

Це обумовлено тим, що до кожного наступного організму трофічного ланцюга переходить тільки мала доза енергії споживаної на попередньому рівні, інша йде на підтримку життєвих процесів і значна частина розсіюється у виді тепла. При переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої передається тільки 10-20% зв'язаної енергії, а 80-

90% її розсіюється у виді тепла. Тому, загальна маса живої речовини, наступної харчової ланки, різко зменшується.

В екології співвідношення чисельності організмів, або їх біомас, або зв'язаної у біомасі енергії, звичайно, зображують у формі екологічних пірамід.

Живі організми екосистем взаємозалежні з навколишнім середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біологічні структури й кругообіг речовини між живою й неживою частинами екосистеми.

Під біологічним кругообігом розуміється надходження хімічних елементів із ґрунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки й повернення їх потім у ґрунт, атмосферу, гідросферу в процесі життєдіяльності з щорічними опадами частини органічної речовини й переробки її редуцентами - розкладання на прості хімічні елементи.

Рівняння розкладання має вигляд:

У перерахунку на глюкозу, реакцію розкладання можна записати у вигляді:

Біогеохімічні кругообіги речовини - частина біологічного кругообігу, складена обмінними циклами хімічних речовин, тісно пов'язаних із життям (головним чином, вуглецю, води, азоту, фосфору, сірки і біогенних катіонів).