Біологія
Розмноження та індивідуальний розвиток організмів
Основи екології
Біосфера, її структура і функції
Структура і властивості біосфери
Засновником науки про біосферу є В. І. Вернадський (1863-1945). Біосфера – оболонка Землі, у межах якої існує життя. Біосфера об’єднує тропосферу, гідросферу й верхні шари літосфери.
В. І. Вернадський
Живі організми населяють нижній шар атмосфери – тропосферу. На висоті близько 20 км під дією ультрафіолетового випромінювання кисень перетворюється
Води океанів, морів, річок і озер, які займають близько 70 % земної кулі і утворюють гідросферу, практично повсюдно заселені різноманітними рослинами
Життя присутнє і у верхніх шарах літосфери – твердої оболонки Землі. Найпримітивніші організми – бактерії виявлені в товщі Землі на глибині 3 км, у зоні залягання нафти.
До складу біосфери входять такі компоненти:
1) жива речовина, тобто самі живі організми;
2) біогенна речовина, що утворюється у процесі життєдіяльності живих організмів;
3) інертна речовина, що утворюється без участі живих організмів,- базальт, граніт, породи метеоритів і т. д.;
4) біоінертна речовина – результат взаємодії живих організмів з інертною речовиною, наприклад з речовиною літосфери.
До біогенних речовин відносять: 1) кисень і вуглекислий газ атмосфери, які утворилися за рахунок фотосинтезу, дихання і руйнування загиблих рослин і тварин; 2) кам’яне вугілля і торф, що виникли в результаті мінералізації стародавніх або сучасних рослин; 3) вапняк, що утворився з черепашок, скелетів водних тварин та інших викопних залишків.
Жива речовина біосфери безпосередньо впливає на формування виду Землі, виконуючи ряд важливих функцій:
1) газова – утворення атмосфери, до складу якої входять кисень, що виділяється зеленими рослинами при фотосинтезі (20,9 %), і діоксид вуглецю (0,03 %), що утворюється при диханні живих організмів, бродінні і гнитті органічних залишків. Основний компонент атмосфери азот (69 %) залучається до біотичного кругообігу завдяки діяльності азотфіксуючих бактерій;
2) концентраційна – поглинання і акумуляція живими організмами хімічних елементів, розсіяних у навколишньому середовищі. Рослини акумулюють при фотосинтезі елементи з грунту (K, P, H, N та ін.) і повітря (C), включаючи їх до складу органічних речовин, з яких складаються живі клітини;
3) окисно-відновна – перетворення хімічних елементів із змінною валентністю (Fe, S, Mn, N та ін.), наприклад у процесі хемосинтезу грунтових бактерій. У результаті діяльності цих бактерій утворюються
, деякі види залізняку, оксиди азоту.Основні властивості біосфери:
1) безперервність розвитку органічного світу;
2) мозаїчність будови (біосфера складається з окремих екосистем);
3) швидке відновлення живої речовини;
4) кругообіг хімічних елементів, що входять до складу живих організмів.
Кругообіг речовин і енергії в біосфері
Біотичний кругообіг хімічних елементів – це постійна циркуляція речовин між грунтом, гідросферою, атмосферою і живими організмами. Він відбувається за участю всіх живих організмів, які населяють Землю. Завдяки кругообігу можливе існування і розвиток життя при обмеженому запасі речовин, необхідних для забезпечення життєдіяльності.
На Землі запаси необхідних і доступних організмам хімічних елементів не нескінченні. Якби вони тільки споживалися, життя рано чи пізно повинно було б припинитися. Проте в природі відбувається природний кругообіг. Зелені рослини утворюють органічні речовини, а інші організми їх руйнують. З мінеральних сполук, що утворилися, зелені рослини будують нову органічну речовину.
Головним джерелом енергії, що забезпечує кругообіг речовин на Землі, є Сонце. Близько 42 % його енергії відбивається в космос; 58 % поглинається атмосферою і грунтом, з них 20 % випромінюється у вигляді теплоти, а 10 % витрачається на випаровування води. Випаровуючись з поверхні водоймищ і грунту, вода переноситься повітряними потоками на великі відстані й випадає у вигляді опадів, які руйнують поверхневий шар гірських порід, сприяючи грунтоутворенню. Опади вимивають з грунту водорозчинні хімічні сполуки, які переміщаються річками на великі відстані і потрапляють в моря й океани. Тут ці речовини беруть участь у життєдіяльності морських організмів і накопичуються в глибинах. Незважаючи на те, що циркуляція води в біосфері в цілому пов’язана з такими фізичними явищами, як випаровування за рахунок енергії Сонця і конденсації, кругообіг води між сушею і Світовим океаном має вигляд найважливішої ланки в підтримці життя на Землі.
Та частина сонячної енергії, яка витрачається на нагрівання атмосфери, гідросфери і грунту, створює сприятливі умови для життя організмів. Близько 0,1-0,2 % сонячної енергії, що досягла поверхні Землі, використовується земними рослинами в процесі фотосинтезу.
У кругообігу речовин беруть участь основні компоненти екосистеми – консументи, продуценти та редуценти. Особливу роль виконують бактерії. Ці мікроорганізми мають унікальні ферментні системи, завдяки яким вони здатні руйнувати практично всі органічні сполуки, брати участь у циклах біологічно важливих елементів і забезпечувати ключові реакції кругообігу речовин у біосфері (нітрифікація, окиснення і відновлення сполук Сульфуру).
Кругообіг Карбону
Єдиним джерелом Карбону, який використовується автотрофними організмами для синтезу органічної речовини, є вуглекислий газ СО2, що входить до складу атмосфери або розчинений у воді. У процесі фотосинтезу СО2 засвоюється зеленими рослинами – продуцентами, перетворюється на органічні речовини (вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти), які переходять по ланках ланцюгів живлення до консументів і редуцентів. Гниття рослинних і тваринних залишків при обмеженому доступі повітря й під тиском призводить до утворення пластів кам’яного вугілля, торфу, нафти. Повернення СО2 в атмосферу відбувається під час дихання, бродіння і спалювання палива.
Кругообіг Нітрогену
Основними формами Нітрогену на Землі є газоподібний молекулярний азот атмосфери і зв’язаний азот літосфери. Молекулярний азот не засвоюється вищими рослинами, але може переходити в доступну для них форму завдяки діяльності азотфіксуючих бактерій. Ці бактерії вступають з рослинами (переважно з родини бобових) в симбіотичні взаємовідношення. Рослини поставляють бактеріям поживні речовини, а бактерії фіксують атмосферний азот 
, переводять його в розчинну форму 
, яка поглинається корінням. Дуже незначна частина газоподібного азоту може перетворюватися на катіони амонію 
або нітрати 
в результаті електричних розрядів в атмосфері й потрапляти в грунт з атмосферними опадами.
Лише невелика частина літосферного Нітрогену зосереджена в грунті і доступна рослинам. Цей Нітроген представлений іонами амонію і нітратами. Органічний азот рослинних і тваринних залишків (основна частина грунтового азоту) не може поглинатися корінням рослин і повинен бути заздалегідь перетворений на форму 
. Такі реакції здійснюються амоніфікуючими бактеріями. При цьому Нітроген органічних сполук спочатку перетворюється на амоніак
, далі на нітрити 
і нітрати 
. Нітроген, поглинений рослинами у складі розчинних солей, включається в структуру амінокислот, нуклеотидів, коферментів, хлорофілу та інших сполук. Із тканин рослин у складі нітрогенвмісних органічних сполук Нітроген потрапляє до організму тварин. При розпаді білків і амінокислот він виводиться в навколишнє середовище у вигляді сечовини, сечової кислоти або амоніаку. Діяльність денітрифікуючих бактерій, у протилежність фіксаторам, спрямована на перетворення нітратів і нітриту у вільну форму – 
. Цей азот повертається в атмосферу.
Кругообіг Фосфору
Основні запаси Фосфору містяться в гірських породах, які поступово віддають свої фосфати наземним біогеоценозам. Фосфати споживаються рослинами (продуцентами) і використовуються ними для синтезу органічних речовин. В організм первинних консументів фосфоровмісні сполуки (АТФ, фосфатна кислота, нуклеїнові кислоти, фосфоліпіди) потрап-ляють з тканин рослин. Вторинні консументи одержують Фосфор при поїданні первинних. При розкладанні трупів організмів бактеріями (редуцентами) фосфати повертаються в грунт і знову використовуються рослинами. Частина фосфатів виноситься в гідросферу, де забезпечує розвиток планктону й існування ланцюгів живлення, які залежать від нього. Частина Фосфору гідросфери може повернутися на сушу по ланцюгах живлення.
Вплив діяльності людини на стан біосфери
Ще з давніх-давен люди вибірково знищували деякі види тварин у кількості, більшій, ніж необхідно було для харчування. Приручення й одомашнення тварин, землеробство привели до серйозніших зрушень у біосфері. Природні біогеоценози змінилися штучними, почалося перетворення ландшафтів. Ера науково-технічної революції, що почалася понад 100 років тому, супроводжується швидкою перебудовою всієї природи, змінами тваринного та рослинного світу. У даний час людство стоїть перед реальною загрозою екологічної кризи – такого стану середовища існування, яке стає несприятливим для життя.
Ерозія грунтів
Ерозія грунтів – одна з найскладніших глобальних проблем, які загрожують майбутньому біосфери. Через неї щорічно втрачаються мільйони гектарів орних земель. У результаті природного геологічного кругообігу, вивітрювання гірських порід грунту утворюються постійно, але швидкість цього процесу дуже мала, для формування грунтового шару завтовшки 2,5 см необхідно декілька століть. У результаті людської діяльності грунтовий шар у деяких районах світу був зруйнований за значно коротший час.
Підвищення рівня грунтових вод
Зміна гідрологічних умов людиною супроводжувалася рядом небажаних побічних ефектів. Один з них – підвищення рівня грунтових вод у результаті зрошування оброблюваних земель. Вода, яка використовується для зрошування, просочується в грунт і накопичується; в результаті підвищується рівень грунтових вод. Це викликає не лише затоплення коріння, що перешкоджає росту рослин, але й засолювання грунту, оскільки після випаровування води в її верхньому шарі залишаються концентровані відкладення солей.
Зменшення запасів корисних копалин
На Землі відбувається великомасштабний кругообіг енергії. Сонячна енергія потрапляє на поверхню Землі, мала частина її використовується зеленими рослинами, які створюють багаті енергією органічні сполуки. Деякі з них накопичуються в земній корі у вигляді викопного палива. Вивільняючи енергію хімічного палива, людина прискорює повільні природні кругообіги.
Уже зараз цілком очевидно, що неможливо відновити викопне паливо за осяжний проміжок часу.
Забруднення атмосфери
Енергію з викопного палива одержують в результаті його спалювання, при якому в атмосферу виділяються вуглекислий газ та інші компоненти, серед яких особливо поширені чадний газ, сульфур оксиди, вуглеводні, нітроген оксиди і тверді частинки.
Наслідком швидкого зростання вмісту вуглекислого газу в атмосфері може стати підвищення температури на Землі через парниковий ефект – вуглекислий газ поглинає енергію, яка випромінюється земною кулею в космос, внаслідок чого нагріваються нижні шари атмосфери.
Сульфур, що міститься у вигляді домішок у викопному паливі, належить до ряду найнебезпечніших забруднювачів повітря. Вимиті дощами з атмосфери сполуки Сульфуру підвищують кислотність дощової води. У результаті випадання кислотних опадів закисляються грунти і води малих озер і річок, що ставить під загрозу їхні екосистеми.
Реагуючи у присутності ультрафіолетового випромінювання з Нітроген оксидами, вуглеводні утворюють фотохімічний смог.
Забруднення гідросфери
Людство майже повністю залежить від поверхневих прісних вод суші – річок і озер. Води річок і озер покривають потреби людей у питній воді, використовуються для зрошування полів і плантацій, у промисловості, служать для охолоджування атомних і теплових електростанцій. Небезпека полягає в забрудненні водоймищ промисловими і транспортними відходами й отрутохімікатами, мінеральними добривами. Ці речовини викликають загибель риби, накопичуються в мулі та тканинах організмів, що становлять ланцюги живлення. При потраплянні до організму людини вони викликають важкі отруєння і вади розвитку.
Відходи хімічної і важкої промисловості виносяться в прибережні зони з потоком річок. Через аварії танкерів і нафтовидобувних установок в океан потрапляє до 5 млн тонн нафти на рік, викликаючи загибель багатьох видів риби і морських птахів.
Знищення тварин і рослин
Промислова й сільськогосподарська діяльність, освоєння нових територій призводять до витіснення тварин і рослин з їхнього природного середовища існування. Пристосування, вироблені ними за мільйони років до певних умов, стають неефективними, наслідком чого є вимирання видів.
(2 votes, average: 3,50 out of 5)