Біосфера як цілісна система, її структура та межі. Біогенний кругообіг.

Біосфе́ра — природна підсистема географічної оболонки, що являє собою глобальну планетарну екосистему (населена живими організмами). Маса біосфери — близько 0,05% маси Землі.

Біосфери на інших планетах, окрім Землі, невідомі.

Перші уявлення про біосферу як «область життя» та зовнішню оболонку Землі належать Ж.-Б. Ламарку. Термін «біосфера» вперше застосував австрійський геолог Е.Зюсс (1875), називаючи ним окрему оболонку Землі, наповнену життям. Біосфера охоплює нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, всю гідросферу і верхній шар літосфери до глибини 3-11 км на суші й 0,5-1,0 км під дном океану. Товщина біосфери на полюсах Землі близько 10 км, на екваторі — 28 км

Атмосфера Землі — найбільш легка оболонка Землі, що межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом. Переважні елементи хімічного складу атмосфери: азот — N₂ (78%), кисень — O₂ (21%), аргон — Ar (1%), вуглекислий газ — CO₂ (0,03%)^[3].

Гідросфера — водяна оболонка Землі. У наслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найчистіші атмосферні води містять від 10 до 50 мг/л розчинних речовин. Переважні елементи хімічного складу гідросфери окрім власне води: йони натрію — Na⁺, магнію — Mg²⁺, кальцію Ca²⁺, хлору — Cl⁻, сірка — S, вуглець — C. Найважливіша роль в житті живих організмів належить таким елементам, як азот — N, фосфор — P, калій — K, магній — Mg та сірка — S, що засвоюються ними. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану

Літосфера — зовнішня тверда оболонка Землі, що складається з осадових і магматичних порід. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральною (неорганічною), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази. Педосфера— ґрунтова оболонка планети, повністю просякнута живими організмами та складається з продуктів їх життєдіяльності. Переважні елементи хімічного складу літосфери: кисень — O, кремній — Si, алюміній — Al, залізо — Fe, кальцій — Ca, магній — Mg, натрій — Na, калій — K

Діяльність живих організмів супроводжується вилученням з навколишнього їх неживої природи велику кількість мінеральних речовин.
Після смерті організмів складові їх хімічні елементи повертаються в навколишнє середовище. Так виникає біогенний кругообіг речовин у природі,тобто циркуляція речовин між атмосферою, гідросферою, літосферою і живими організмами.

Кругообіг води. Під дією енергії Сонця вода випаровується з поверхні водойм і повітряних течій-ями переносяться на великі відстані. Випадаючи на поверхнею суші у вигляді опадів, вона сприяє зруйнуванню гірських порід і робить складові їх мінерали доступними для рослин, мікроорганізмів і тварин. Вона розмиває верхній ґрунтовий шар і йде разом з розчинними в ній хімічними сполуками, органічними і неорганічними частками в моря й океани. Циркуляція води між океаном і сушею найважливіша ланка в підтримці життя на Землі.

Біоценоз та природна система. Трофічна і просторова структури біоценозу. Екологічні ніші.

Біоцено́з сукупність рослин, тварин і мікроорганізмів, що населяють певну ділянку суші або водоймища і характеризуються певними відносинами як між собою, так і з абіотичними факторами середовища. Термін «біоценоз» був запропонований німецьким біологом К. Мебіусом (1877). Біоценоз — комплекс організмів біогеоценоза, що формується в результаті боротьби за існування, природного відбору та інших факторів еволюції. За участю в біогенному кругообігу речовин в біоценозі розрізняють три групи організмів. 1) Продуценти (виробники) — автотрофні організми, що створюють органічні речовини з неорганічних; основні продуценти у всіх біоценозах — зелені рослини. Діяльність продуцентів визначає вихідне накопичення органічних речовин в біоценозі. 2) Консументи(споживачі) — гетеротрофні організми, які харчуються за рахунок автотрофних. Консументи 1-го порядку— травоїдні тварини, а також паразитичні бактерії, гриби та інші безхлорофільні рослини, що розвиваються за рахунок живих рослин. Консументи 2-го порядку— хижаки і паразити рослиноїдних організмів. Бувають консументи 3-го і 4-го порядків (надпаразити, суперпаразити тощо), але всього в ланцюгах харчування не більше 5 ланок. На кожному наступному трофічному рівні кількість біомаси різко знижується. Діяльність консументів сприяє перетворенням і переміщенням органічних речовин в біоценозі, частковій їх мінералізації, а також розсіюванню енергії, накопиченої продуцентами. 3) Редуценти (відновники) — тварини, які харчуються залишками організмів, що розкладаються (сапрофаги), і особливо непаразитуючі гетеротрофні мікроорганізми — сприяють мінералізації органічних речовин, їх переходу в стан, коли можливе їх засвоєння продуцентами.

Розрізняють насичені і ненасичені біоценози. У насиченому біоценозі всі екологічні ніші зайняті і вселення нового виду неможливе без знищення або подальшого витіснення будь-якого компонента біоценоза. Ненасичені біоценози характеризуються можливістю вселення в них нових видів без знищення інших компонентів.

Можна розрізняти первинні біоценози, сформовані без впливу людини і вторинні, змінені діяльністю людини. Найважливішими кількісними характеристиками біоценозів є біорізноманітя (сукупна кількість видів в біоценозі) та біомаса (сукупна маса всіх живих організмів даного біоценозу).

Просторова структура

Просторову структуру біоценозу може характеризувати вертикальна ярусність. Вертикальна ярусність у рослин визначається тим, як високо над землею та чи інша рослина виносить свої фотосинтезуючі частини (тіньолюбна рослина чи світлолюбна).Вертикальну ярусність у тварин можна розглянути на прикладі комах (можлива так само ярусність птахів, наприклад, один і той же вид птахів може проживати на різних ярусах однієї рослини):

Геобії (мешканці грунтів) Герпетобіі (мешканці поверхневого шару) Бріобіі (мешканці мохів)

Філлобіі (мешканці травостою) Аеробії (мешканці вищих ярусів)

Горизонтальна структурованість спільноти (мозаїчність, неоднорідність).

Трофічна структура біогеоценозу

Основу трофічної (харчової) структури біогеоценозу складають ланцюги живлення.

Екологічна ніша – це загальна сума всіх вимог організму до умов існування, включаючи простір, який він займає, функціональну роль у співтоваристві (наприклад, трофічний статус) та його толерантність відносно факторів середовища – температури, вологості, кислотності, складу ґрунту та ін. Три критерії визначення екологічної ніші можна визначити як просторову, трофічну та багатовимірну ніші. Просторова ніша може бути названа «адресою» організму. Трофічна ніша характеризує особливості живлення і, відповідно, роль організму у співтоваристві. Багатовимірна ніша – це ділянка гіперпростору, вимірами якого є різні екологічні фактори. Вона охоплює діапазони толерантності з кожного фактора. Два види не можуть займати одну й ту саму екологічну нішу (принцип Гаузе). Цей принцип дав змогу збагнути, що для існування видів у конкурентних співтовариствах необхідні якісь відмінності їхніх екологічних ніш. Оскільки для кожної з конкуруючих сторін уникнення взаємодії вигідне, конкуренція відіграє роль потужного еволюційного фактора, що призводить до розподілу ніш, спеціалізації видів і виникнення видового різноманіття. Явище розподілу екологічних ніш у результаті міжвидової конкуренції називають екологічною диверсифікацією. Екологічна диверсифікація між існуючими разом видами здебільшого здійснюється за такими параметрами: просторовим розміщенням, раціоном живлення та розподілом активності в часі. Досить одного з перелічених параметрів, аби послабилась чи повністю зникла конкуренція.