Biosfer adalah bagian alami dari organisasi kosmik. Organisasi dan stabilitas biosfer

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU FEDERASI RUSIA

UNIVERSITAS EKONOMI NEGARA VLADIVOSTOK DAN

MELAYANI

INFORMATIKA INOVASI DAN SISTEM BISNIS

DEPARTEMEN EKOLOGI DAN MANAJEMEN ALAM

020801.65 "Ekologi"

Vladivostok

penerbit VSUES

Program kerja Disiplin Akademik “Pengajaran Biosfer” disusun sesuai dengan persyaratan Standar Pendidikan Negara Pendidikan Profesi Tinggi.

Disusun oleh: , Associate Professor Departemen Ekologi

Disetujui pada rapat departemen EPP pada 01/01/2001, protokol No. 6, edisi 2014

© Rumah Penerbitan Vladivostok

Universitas Negeri

ekonomi dan jasa, 2014

PENGANTAR

Doktrin biosfer adalah disiplin ilmu alam yang bertujuan untuk mengembangkan pandangan dunia biosentris dan kemampuan untuk mengevaluasi kegiatan profesional mahasiswa ekologi dari sudut pandang penggunaan sumber daya alam dan perlindungan lingkungan secara rasional. Lingkungan alami biosfer memberi manusia bahan mentah, energi, berbagai bahan. Doktrin biosfer membantu untuk memahami hubungan organisme, populasi dengan habitat, hubungan ekosistem alami dan antropogenik, kondisi untuk keadaan ekosistem yang berkelanjutan, penyebab krisis ekologis, prinsip-prinsip lingkungan pengelolaan lingkungan yang memastikan kelestarian lingkungan. pembangunan berkelanjutan umat manusia. Mempelajari disiplin "The Doctrine of the Biosphere", mahasiswa ekologi menganggap biosfer sebagai ekosistem global, komposisinya, strukturnya, koneksi internal yang memastikan fungsi dan keberlanjutannya. Mereka memberikan penilaian tentang sumber utama polusi, menganalisis masalah lingkungan perkotaan. Mereka mempelajari cara untuk melindungi biosfer dari dampak teknogenik, mempertimbangkan masalah dan cara untuk melestarikan keanekaragaman hayati. Perhatian khusus diberikan pada masalah pengaruh manusia pada proses global dan iklim biosfer. Studi tentang berbagai proses biosfer memungkinkan mendidik kesadaran berorientasi lingkungan siswa dan membentuk stereotip perilaku "ekologis" di dalamnya. Disiplin "Pengajaran tentang Biosfer" ditujukan untuk mempelajari pola dasar fungsi sistem alam di berbagai tingkat biosfer, faktor-faktor yang menentukan stabilitas, produktivitas, dan energinya. Peran makhluk hidup dalam siklus biogeokimia terungkap, hubungan logis ditunjukkan antara studi tradisional tentang masalah interaksi antara alam - masyarakat - ekonomi dan konsep pembangunan berkelanjutan umat manusia, berjuang untuk solusi konstruktif untuk masalah lingkungan. Keadaan ekosistem global dan cara menstabilkan dan meningkatkan biosfer modern dinilai. Kajian mata kuliah ini erat kaitannya dengan disiplin ilmu seperti "Biologi", "Kimia", "Geografi", "Geologi", "Ilmu Tanah".

Fitur studi disiplin "Doktrin biosfer" adalah pendekatan terpadu untuk masalah lingkungan, yang memungkinkan siswa lingkungan memperoleh pengetahuan yang diperlukan, untuk memahami hubungan proses biogeokimia di biosfer. Untuk menguasai disiplin ilmu tersebut diperlukan pengetahuan dasar geografi, biologi, kimia, geologi, ekologi, dan ilmu tanah.

1. PETUNJUK ORGANISASI DAN METODOLOGI

1.1. Maksud dan tujuan disiplin

Tujuan disiplin adalah untuk membiasakan siswa dengan konsep dasar, masalah dan metode sains "Pengajaran tentang biosfer". Disiplin ini ditujukan untuk siswa dalam spesialisasi 020801.65 - Ekologi. Tugas utama disiplin- pembentukan keterampilan dan kemampuan dalam bidang kegiatan berikut:

· studi tentang dasar-dasar "Pengajaran tentang biosfer", batas-batasnya dan evolusinya;

· karakteristik migrasi biogenik, siklus biogeokimia zat, siklus spasial dan temporal elemen kimia;

· pengenalan dengan organisasi ruang-planet dari biosfer;

· pertimbangan orientasi termodinamika perkembangan biosfer, transformasi energi oleh materi hidup;

· studi tentang konsep noosfer sebagai dasar manajemen ilmiah;

pembentukan profesional kompetensi.

1.2. Daftar kompetensi yang diperoleh saat mempelajari disiplin ilmu

Disiplin ini membentuk pandangan profesional dari aspek geokimia, biogeokimia dan biologi biosfer. Konsep biosfer ditujukan untuk membentuk pandangan holistik tentang proses dan fenomena dalam ekosistem global, mekanisme dan pola keberadaan berkelanjutan sistem biologis dari berbagai tingkat dalam lingkungan yang kompleks dan dinamis. Pengetahuan yang diperoleh dalam proses mempelajari disiplin membentuk pandangan dunia ekologis, noosferik siswa dan mengembangkan pemikiran logis di semua tingkat organisasi makhluk hidup (organisme, populasi, ekosistem, biosfer).

1.3. Jenis utama kelas dan fitur perilaku mereka

Jumlah total disiplin untuk spesialisasi 020801.65 Ekologi adalah 200 jam, dimana 68 jam kerja kelas (34 jam kuliah, 34 jam kelas praktik) dan 132 jam kerja mandiri. Disiplin "Doktrin Biosfer" dipelajari pada semester 5, 4 jam seminggu, di mana 2 jam adalah kuliah, 2 jam adalah kelas praktik. Kursus diakhiri dengan ujian. Jenis pekerjaan utama: - kuliah, yang memberikan materi sistematis utama tentang struktur, organisasi, sifat dan fungsi biosfer; - kelas praktis berkontribusi pada pembentukan pemahaman siswa lingkungan tentang hubungan organisme dengan lingkungan, struktur biosfer, evolusinya, masalah lingkungan global. Seminar dan kelas praktis mengembangkan kemampuan untuk memprediksi hasil kegiatan profesional, dengan mempertimbangkan konsekuensi langsung dan tidak langsung untuk biosfer; - konsultasi termasuk bantuan dalam mempelajari materi secara mandiri; - pekerjaan mandiri meliputi: bekerja dengan literatur pendidikan dan ilmiah dalam persiapan untuk seminar praktis, tes dan penulisan makalah. Selama mempelajari disiplin ini, mahasiswa pecinta lingkungan mendengarkan ceramah, memperoleh keterampilan praktis di kelas praktis, belajar secara mandiri menggunakan literatur ilmiah, database elektronik perpustakaan dan Internet dalam persiapan untuk ujian dan dalam mempertahankan makalah.

1.4. Jenis kontrol dan pelaporan menurut disiplin

Studi disiplin berakhir dengan ujian di semester 5. Siswa harus menunjukkan dalam ujian basis pengetahuan aktual dari organisasi ruang-planet biosfer, kemampuan untuk membangun hubungan sebab-akibat, dan merumuskan kesimpulan. Jenis kontrol berikut digunakan: - sertifikasi saat ini, termasuk kinerja siswa dari tugas kontrol tertulis, pertanyaan lisan, laporan di seminar, menghadiri kuliah, pengujian.

1.5 Jenis pengendalian dan pelaporan menurut disiplin

Pengendalian kemajuan siswa dilakukan sesuai dengan sistem penilaian penilaian pengetahuan.

Kontrol kemajuan saat ini berisi tugas-tugas yang berkontribusi pada pengembangan kompetensi kegiatan profesional yang sedang dipersiapkan siswa dan meliputi:

Mengecek tingkat kesiapan mandiri sarjana dalam melaksanakan tugas individu, persiapan perkuliahan dan kerja praktek;

Partisipasi sarjana dalam diskusi tentang poin-poin utama dari topik yang dipelajari;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet explorer, atau sejenisnya.

b) dukungan teknis dan laboratorium

Kuliah dan kelas praktik diadakan di ruang kelas dengan menggunakan peralatan multimedia

7. DAFTAR ISTILAH DASAR

Antropogenesis adalah proses pembentukan historis dan evolusioner dari tipe fisik seseorang, perkembangan awal aktivitas kerjanya, ucapan, dan masyarakatnya.

Lingkungan- sejenis cangkang Bumi, yang berisi totalitas organisme hidup dan bagian dari substansi planet yang terus-menerus bertukar dengan organisme ini

biosentrisme- pendekatan ilmiah untuk perlindungan lingkungan, yang menempatkan kepentingan satwa liar (seperti yang tampak bagi manusia) di atas segalanya.

Pembangunan berkelanjutan- pembangunan yang serasi (benar, seimbang, seimbang) adalah suatu proses perubahan di mana eksploitasi sumber daya alam, arah penanaman modal, orientasi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, perkembangan individu dan perubahan kelembagaan dikoordinasikan satu sama lain dan memperkuat potensi saat ini dan masa depan untuk memenuhi kebutuhan dan aspirasi manusia.

Bencana ekologi - ini adalah peristiwa yang tiba-tiba, proses yang bergerak cepat yang membawa konsekuensi serius bagi ekosistem, kehancurannya, dan korbannya. Alasan untuk perubahan tersebut dapat berupa dampak eksternal pada sistem dan pelepasan tegangan internal yang telah melebihi kekuatan struktur.

Krisis ekologi- gangguan kondisi lingkungan regional atau lokal yang signifikan, yang mengarah pada pelanggaran total atau sebagian dari sistem ekologi lokal.

Organisme hidup memperkaya lingkungan dengan oksigen, mengatur jumlah karbon dioksida, garam dari berbagai logam dan sejumlah senyawa lain - dengan kata lain, mereka mempertahankan komposisi atmosfer, hidrosfer, dan tanah yang diperlukan untuk kehidupan. Sebagian besar karena organisme hidup, biosfer memiliki sifat pengaturan diri - kemampuan untuk mempertahankan kondisi di planet yang diciptakan oleh Sang Pencipta.

Peran lingkungan yang sangat besar dari organisme hidup memungkinkan para ilmuwan untuk mengajukan hipotesis bahwa udara dan tanah di atmosfer diciptakan oleh organisme hidup itu sendiri selama ratusan juta tahun evolusi. Menurut Kitab Suci, baik tanah dan udara sudah ada di Bumi pada hari makhluk hidup pertama diciptakan.

Akademisi Vernadsky, berdasarkan kesamaan struktur batuan geologis yang terletak lebih dalam dari Kambrium, dengan yang lebih baru, menyarankan bahwa kehidupan dalam bentuk organisme sederhana hadir di planet ini "hampir sejak awal." Kekeliruan konstruksi ilmiah ini kemudian menjadi jelas bagi para ahli geologi.

Kelebihan VI Vernadsky yang tidak diragukan adalah keyakinan kuat bahwa kehidupan hanya muncul dari organisme hidup, tetapi ilmuwan, yang menolak doktrin alkitabiah tentang penciptaan dunia, percaya bahwa "kehidupan itu abadi, sebagaimana kosmos adalah abadi", dan sampai pada Bumi dari planet lain. Ide fantastis Vernadsky tidak dikonfirmasi. Hipotesis tentang asal usul evolusi organisme planet dari bentuk yang paling sederhana bahkan lebih kontroversial hari ini daripada di zaman Vernadsky.

Basis energi untuk keberadaan kehidupan di Bumi adalah Matahari, sehingga biosfer dapat didefinisikan sebagai cangkang Bumi yang dipenuhi kehidupan, yang komposisi dan strukturnya dibentuk oleh aktivitas bersama organisme hidup dan ditentukan oleh aliran energi matahari yang konstan.

Vernadsky menunjukkan perbedaan utama antara biosfer dan cangkang lain di planet ini - manifestasi di dalamnya dari aktivitas geologis makhluk hidup. Menurut ilmuwan, "seluruh keberadaan kerak bumi, setidaknya dalam hal berat massa zatnya, pada dasarnya, dari sudut pandang geokimia, fitur, dikondisikan oleh kehidupan." Vernadsky menganggap organisme hidup sebagai sistem untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi proses geokimia.

Komposisi biosfer membedakan antara materi hidup dan tak hidup - organisme hidup dan materi inert. Sebagian besar materi hidup terkonsentrasi di zona persimpangan tiga cangkang geologis planet ini: atmosfer, hidrosfer (samudera, laut, sungai, dll.) dan litosfer (lapisan permukaan bebatuan). Materi biosfer yang tidak bernyawa mencakup komponen cangkang ini, yang terhubung dengan materi hidup melalui sirkulasi materi dan energi.

Dalam komponen biosfer yang tidak hidup, ada: zat biogenik, yang merupakan hasil dari aktivitas vital organisme (minyak, batu bara, gambut, gas alam, batugamping biogenik, dll.); zat bioinert, dibentuk bersama oleh organisme dan proses non-biologis (tanah, lanau, air alami sungai, danau, dll.); zat inert yang bukan merupakan produk dari aktivitas vital organisme, tetapi termasuk dalam siklus biologis (air, nitrogen atmosfer, garam logam, dll.).

Batas-batas biosfer hanya dapat ditentukan secara kira-kira. Meskipun fakta deteksi bakteri dan spora pada ketinggian hingga 85 km diketahui, konsentrasi makhluk hidup di ketinggian sangat kecil sehingga biosfer dianggap dibatasi pada ketinggian 20-25 km oleh lapisan ozon. yang melindungi makhluk hidup dari efek destruktif radiasi keras.

Di hidrosfer, kehidupan ada di mana-mana. Di Palung Mariana pada kedalaman 11 km, dengan tekanan 1100 atm dan suhu 2,4°C, ilmuwan Prancis J. Picard mengamati holothurian, invertebrata lain, dan bahkan ikan melalui jendela. Bakteri, diatom dan ganggang biru-hijau, foraminifera, dan krustasea hidup di bawah es Antartika dengan ketebalan lebih dari 400 m. Bakteri ini ditemukan di bawah lapisan lanau laut pada kedalaman 1 km, di sumur minyak pada kedalaman hingga 1,7 km, di air tanah pada kedalaman 3,5 km. Kedalaman 2-3 km dianggap sebagai batas bawah biosfer. Ketebalan total biosfer, oleh karena itu, di berbagai bagian planet ini bervariasi dari 12-15 hingga 30-35 km.

Atmosfer terutama terdiri dari nitrogen dan oksigen. Sejumlah kecil termasuk argon (1%), karbon dioksida (0,03%) dan ozon. Keadaan atmosfer tergantung pada aktivitas vital organisme darat dan makhluk air. Oksigen terutama digunakan untuk respirasi dan mineralisasi (oksidasi) bahan organik yang sekarat. Karbon dioksida sangat penting untuk fotosintesis.

Hidrosfer. Air adalah salah satu komponen biosfer yang paling penting. Sekitar 90% air ada di lautan dunia, yang menempati 70% permukaan planet kita dan mengandung 1,3 miliar km3 air. Sungai dan danau hanya mencakup 0,2 juta km3 air, dan organisme hidup - sekitar 0,001 juta km3. Konsentrasi oksigen dan karbon dioksida dalam air sangat penting untuk kehidupan organisme. Kandungan karbon dioksida dalam air 660 kali lebih besar daripada di udara. Di laut dan samudera, lima jenis kondensasi kehidupan dibedakan:

1. Pesisir lepas pantai. Zona ini kaya akan oksigen, organik, dan nutrisi lain yang berasal dari tanah (misalnya, dengan air sungai). Di sini, pada kedalaman hingga 100 m, plankton dan benthos "mitra" dasarnya tumbuh subur, memproses organisme plankton yang sekarat.

Plankton laut terdiri dari dua komunitas:

a) fitoplankton - ganggang (70% di antaranya adalah diatom mikroskopis) dan bakteri;

b) zooplankton - konsumen utama fitoplankton (moluska, krustasea, protozoa, tunicates, berbagai invertebrata).

Kehidupan zooplankton berlangsung dalam gerakan konstan, baik naik atau turun hingga kedalaman 1 km, menghindari pemakan (maka nama: plankton Yunani berkeliaran). Zooplankton adalah makanan utama paus balin. Fitoplankton hanya membentuk 8% dari massa zooplankton, tetapi, berkembang biak dengan cepat, menghasilkan biomassa 10 kali lebih banyak daripada kehidupan laut lainnya. Fitoplankton menyediakan 50% oksigen (50% sisanya dihasilkan oleh hutan).

Organisme bentik - kepiting, cumi dan bivalvia, cacing, bintang laut dan landak, holothurians ("teripang" atau nama lain - teripang), foraminifera (rimpang laut), ganggang dan bakteri beradaptasi dengan kehidupan hampir tanpa cahaya. Memproses bahan organik dan mengubahnya menjadi mineral, yang dikirim ke lapisan atas melalui aliran naik, benthos memberi makan plankton. Semakin kaya benthos, semakin kaya plankton, dan sebaliknya. Di luar rak, jumlah keduanya turun tajam.

Plankton dan benthos membentuk lapisan tebal lanau berkapur dan silika di laut, yang membentuk batuan sedimen. Sedimen karbonat dapat berubah menjadi batu hanya dalam beberapa dekade.

2. Penebalan upwelling terbentuk di lokasi aliran naik yang membawa produk benthos ke permukaan. California, Somalia, Bengal, Canarian, dan khususnya upwelling Peru diketahui, yang memberikan sekitar 20% dari perikanan dunia.

3. Terumbu karang - dikenal dengan semua terumbu karang, berlimpah alga dan moluska, echinodermata, biru-hijau, karang dan ikan. Terumbu tumbuh sangat cepat (hingga 20-30 cm per tahun) tidak hanya karena polip karang, tetapi juga karena aktivitas vital moluska dan echinodermata, yang mengkonsentrasikan kalsium, serta ganggang hijau dan merah dengan kerangka berkapur.

Penghasil utama ekosistem terumbu adalah alga fototrofik mikroskopis, oleh karena itu terumbu terletak pada kedalaman tidak lebih dari 50 m, membutuhkan air hangat yang jernih dengan salinitas tertentu. Terumbu adalah salah satu sistem yang paling produktif di biosfer, memproduksi setiap tahun hingga 2 t/ha biomassa.

4. Penebalan Sargas - bidang ganggang coklat dan ungu mengambang di permukaan dengan banyak gelembung udara. Didistribusikan di Sargas dan Laut Hitam.

5. Konsentrasi abyssal rift near-bottom terbentuk pada kedalaman hingga 3 km di sekitar mata air panas pada patahan di kerak samudera (rift). Di tempat-tempat ini, hidrogen sulfida, ion besi dan mangan, senyawa nitrogen (amonia, oksida) dikeluarkan dari bagian dalam bumi, memberi makan bakteri kemotrofik - produsen yang dikonsumsi oleh organisme yang lebih kompleks - moluska, kepiting, udang karang, ikan, dan cacing sessile besar. keretakan hewan. Organisme ini tidak membutuhkan sinar matahari. Di zona celah, makhluk tumbuh sekitar 500 kali lebih cepat dan mencapai ukuran yang mengesankan. Bivalvia tumbuh hingga diameter 30 cm, bakteri - hingga 0,11 mm! Cluster celah Galapagos diketahui, serta di dekat Pulau Paskah.

Di laut, berbagai hewan menang, dan di darat - tumbuhan. Hanya angiospermae yang membentuk 50% spesies, dan rumput laut hanya 5%. Total biomassa di darat diwakili oleh 92% tanaman hijau, dan di laut 94% adalah hewan dan mikroorganisme.

Biomassa planet ini diperbarui rata-rata setiap 8 tahun, tanaman darat - dalam 14 tahun, lautan - dalam 33 hari (fitoplankton - setiap hari). Semua air melewati organisme hidup dalam 3 ribu tahun, oksigen dalam 2-5 ribu tahun, dan karbon dioksida atmosfer hanya dalam 6 tahun. Siklus karbon, nitrogen dan fosfor jauh lebih lama. Siklus biologis tidak tertutup, sekitar 10% dari zat meninggalkan dalam bentuk endapan sedimen dan penguburan di litosfer.

Massa biosfer hanya 0,05% dari massa Bumi, dan volumenya sekitar 0,4%. Massa total materi hidup adalah 0,01-0,02% dari materi inert biosfer, tetapi peran organisme hidup dalam proses geokimia sangat signifikan. Produksi tahunan materi hidup adalah sekitar 200 miliar ton berat kering bahan organik; dalam proses fotosintesis, 70 miliar ton air bereaksi dengan 170 miliar ton karbon dioksida. Setiap tahun, aktivitas vital organisme melibatkan 6 miliar ton nitrogen, 2 miliar ton fosfor, besi, belerang, magnesium, kalsium, kalium, dan elemen lain dalam siklus biogenik. Umat ​​manusia, dengan menggunakan berbagai teknik, mengekstraksi sekitar 100 miliar ton mineral per tahun.

Aktivitas vital organisme memberikan kontribusi signifikan terhadap sirkulasi planet zat, melaksanakan pengaturannya, kehidupan berfungsi sebagai faktor geologis yang kuat yang menstabilkan dan mengubah biosfer.

ZAT HIDUP (ORGANISME HIDUP). BIOMASSA

Materi hidup - totalitas dan biomassa organisme hidup di biosfer.

Konsep "materi hidup" diperkenalkan ke dalam sains oleh V.I. Vernadsky. Ini ditandai dengan massa total, komposisi kimia, energi.

Organisme hidup adalah faktor geologis yang kuat yang mengubah muka bumi. DI DAN. Vernadsky menekankan bahwa di permukaan bumi tidak ada kekuatan yang lebih kuat dalam hasil akhirnya daripada organisme hidup secara keseluruhan. Baik atmosfer (cangkang udara), dan hidrosfer (cangkang air), dan litosfer (cangkang padat) berutang keadaan saat ini dan sifat-sifat yang melekat pada pengaruh yang dimiliki organisme terhadap mereka selama miliaran tahun keberadaannya karena terus menerus. aliran elemen dalam metabolisme biogenik. Mempengaruhi dunia sekitarnya dan mengubahnya, makhluk hidup bertindak sebagai faktor aktif yang menentukan keberadaannya sendiri.

Gagasan tentang peran geokimia planet dari materi hidup adalah salah satu ketentuan utama dalam V.I. Vernadsky. Posisi penting lainnya dalam teorinya adalah gagasan tentang biosfer sebagai entitas yang terorganisir, produk dari transformasi kompleks oleh materi hidup dari materi, energi, dan kemampuan informasi lingkungan.

Biosfer dari posisi modern dianggap sebagai ekosistem terbesar planet yang berpartisipasi dalam siklus zat global. Di bawah sistem biosfer adalah ekosistem dari tingkat yang lebih rendah. Biogeocenosis adalah unit struktural dari bagian aktif biosfer modern.

Biosfer adalah produk dari evolusi panjang makhluk hidup dan ekosistem dengan kompleksitas yang berbeda-beda, yang berada dalam interaksi dan keseimbangan dinamis satu sama lain dan dengan lingkungan lembam.

Jumlah materi hidup organisme per satuan luas atau volume, dinyatakan dalam satuan massa, disebut biomassa. Organisme yang membentuk biomassa memiliki kemampuan untuk bereproduksi - berkembang biak dan menyebar ke seluruh planet ini.

Fitur dari setiap organisme hidup dan biomassa pada umumnya adalah pertukaran materi dan energi yang konstan dengan lingkungan.

Saat ini, ada lebih dari dua juta spesies organisme di Bumi. Dari jumlah tersebut, sekitar 500 ribu spesies jatuh pada bagian tumbuhan, dan lebih dari 1,5 juta spesies jatuh pada bagian hewan. Kelompok yang paling banyak jumlah spesiesnya adalah serangga (sekitar 1 juta spesies).

SIKLUS BIOGENIK

Sirkulasi biokimia adalah pergerakan dan transformasi unsur-unsur kimia melalui sifat inert dan organik dengan partisipasi aktif makhluk hidup. Unsur-unsur kimia beredar di biosfer di sepanjang berbagai jalur siklus biologis: mereka diserap oleh materi hidup dan diisi dengan energi, kemudian mereka meninggalkan materi hidup, memberikan energi yang terakumulasi ke lingkungan eksternal. Siklus seperti itu disebut Vernadsky biokimia. Mereka dapat dibagi menjadi dua jenis utama:

1) peredaran zat gas dengan dana cadangan di atmosfer dan hidrosfer;

2) siklus sedimen dengan dana cadangan di kerak bumi.

Materi hidup memainkan peran aktif dalam semua siklus biokimia. Siklus utama meliputi siklus karbon, oksigen, nitrogen, fosfor.

FUNGSI BIOSFER

Berkat siklus biotik, biosfer melakukan fungsi tertentu.

1. Fungsi gas - dilakukan oleh tumbuhan hijau dalam proses fotosintesis dan oleh semua hewan dan tumbuhan, mikroorganisme sebagai hasil dari siklus biologis zat. Sebagian besar gas dihasilkan oleh kehidupan. Gas mudah terbakar bawah tanah adalah produk dekomposisi zat organik yang berasal dari tumbuhan yang terkubur dalam batuan sedimen.

2. Fungsi konsentrasi - terkait dengan akumulasi berbagai unsur kimia dalam materi hidup.

3. Fungsi redoks (oksidasi zat dalam proses kehidupan). Oksida dan garam terbentuk di dalam tanah. Bakteri membuat batu kapur, bijih, dll.

4. Fungsi biokimia - metabolisme pada organisme hidup (nutrisi, respirasi, ekskresi) dan penghancuran, dekomposisi organisme mati dilakukan.

5. Aktivitas biokimia manusia. Ini mencakup jumlah materi yang terus meningkat di kerak bumi untuk kebutuhan industri, transportasi, dan pertanian.

ORGANISASI DAN STABILITAS BIOSFER

Biosfer adalah sistem terorganisir yang kompleks yang berfungsi sebagai satu kesatuan yang mampu mengatur diri sendiri. Unit strukturalnya adalah biogeocenosis - salah satu sistem alami paling kompleks, yang merupakan kompleks organisme hidup dan lingkungan lembam, yang selalu berinteraksi satu sama lain dan saling berhubungan oleh metabolisme dan energi. Stabilitas biosfer ditentukan oleh stabilitas biogeocenosis - produk dari perkembangan alam-historis yang panjang dari dunia organik.

Properti penting biogeocenosis adalah kemampuannya untuk mengatur diri sendiri, yang memanifestasikan dirinya dalam keseimbangan dinamis yang stabil. Yang terakhir dicapai dengan koordinasi dan kompleksitas interaksi yang berkembang antara komponennya - bagian hidup dan tidak hidup. Konsumsi bahan organik yang dibuat terjadi secara paralel dengan produksinya dan tidak boleh melebihi skala yang terakhir. Semakin beragam kualitas fisik dan kimia lingkungan, kondisi kehidupan di dalam biotop, semakin beragam komposisi spesies cenosis, semakin stabil. Penyimpangan kondisi keberadaan dari optimal menyebabkan pemiskinan spesiesnya. Keadaan stabil cenosis juga ditentukan oleh output produksi kotor, yang memastikan aliran energi melalui tingkat trofik dan pelestarian semua komponen hidup yang terhubung satu sama lain dalam rantai makanan dan berpartisipasi dalam sirkulasi umum zat. Hubungan yang seimbang antara organisme dari tingkat trofik yang berbeda adalah salah satu syarat untuk stabilitas biogeocenosis.

Di bawah kondisi ketidakkekalan lingkungan fisik dan kimia, keandalan biogeocenosis dipastikan dengan redistribusi total materi hidup antara spesies penyusunnya yang dapat saling menggantikan (atau menggandakan) dalam tingkat piramida ekologi yang sama. Dalam kondisi tertentu, beberapa spesies merasa lebih nyaman (sebagai akibatnya jumlah populasi mereka meningkat) dan lebih buruk - yang lain dekat dengan mereka, tetapi menempati posisi bawahan dalam biogeocenosis. Perubahan kondisi dapat berdampak negatif pada yang pertama dan, sebaliknya, berkontribusi pada kemakmuran yang terakhir. Bergantung pada kekuatan dan durasi aksi faktor alami baru, perubahan yang kurang lebih signifikan dalam organisasinya terjadi dalam biogeocenosis. Salah satu mekanisme yang memastikan keamanan biocenosis dimanifestasikan dalam kemampuan untuk membentuk struktur yang berbeda di bawah tekanan faktor eksternal dengan penguatan "elemen duplikasi".

Biogeocenosis terpisah tidak terisolasi satu sama lain; mereka saling bergantung dan berada dalam interaksi yang konstan. Bukti nyata dari hal ini dapat menjadi contoh sirkulasi global elemen biogenik, di mana tidak hanya subsistem individu, tetapi seluruh biosfer dan geosfer Bumi lainnya ambil bagian. Keseimbangan siklus unsur-unsur dan zat-zat di planet ini, terutama siklus unsur-unsur biogenik, yang tanpanya kehidupan tidak mungkin terjadi, dipastikan oleh keteguhan seluruh massa materi hidup. Sejumlah besar elemen melewati organisme hidup. Fotoautotrof menentukan kecepatan memperbaiki energi matahari dan memberikannya kepada penghuni planet lainnya. Tumbuhan hijau memasok oksigen molekuler yang diperlukan untuk keberadaan hampir semua organisme hidup di Bumi; satu-satunya pengecualian adalah bentuk anaerobik. Untuk memastikan stabilitas siklus, selain keteguhan massa materi hidup, keteguhan antara produsen, konsumen, dan pengurai juga diperlukan. Semuanya bersama-sama menciptakan dan menstabilkan kondisi keberadaan biosfer sebagai satu kesatuan yang utuh dan harmonis.

Duplikasi ekologis pada tingkat spesies dalam biogeocenosis dilengkapi dengan duplikasi ekologis pada tingkat cenosis, yang memanifestasikan dirinya dalam penggantian satu biocenosis dengan yang lain dalam kondisi yang berubah dalam biosfer integral.

Jumlah total materi hidup di biosfer berubah secara nyata dalam waktu geologis yang cukup lama (hukum keteguhan jumlah materi hidup V.I. Vernadsky). Stabilitas kuantitatifnya dipertahankan oleh keteguhan jumlah spesies, yang menentukan keanekaragaman spesies secara keseluruhan di biosfer.

Dengan demikian, biogeocenosis adalah lingkungan di mana berbagai proses kehidupan terjadi di planet kita, siklus materi dan energi yang disebabkan oleh aktivitas vital organisme dan, secara total, membentuk siklus biosfer besar.

Biogeocenosis adalah sistem yang relatif stabil dan terbuka yang memiliki "masukan" dan "keluaran" material-energi yang menghubungkan biocenosis yang berdekatan.

NOOSFER

Noosfer (Yunani noos - pikiran + bola) adalah tahap tertinggi perkembangan biosfer, lingkungan pengaruh pikiran manusia, interaksi alam dan masyarakat. Muncul di Bumi, manusia secara bertahap menjadi kekuatan geologis yang kuat yang mempengaruhi dunia di sekitarnya.

Konsep noosfer sebagai cangkang Bumi yang berpikir secara ideal diperkenalkan ke dalam sains pada awal abad ke-20. Ilmuwan dan filsuf Prancis P. Teilhard de Chardin dan E. Leroy. P. Teilhard de Chardin menganggap manusia sebagai puncak evolusi dan pengubah materi melalui penyertaan evolusi dalam kreativitas. Ilmuwan mengaitkan kepentingan utama dalam konstruksi evolusioner pada tim dan faktor spiritual, tanpa meremehkan peran kemajuan teknologi dan perkembangan ekonomi.

DI DAN. Vernadsky, berbicara tentang noosfer (1944), menekankan perlunya organisasi yang wajar dari interaksi antara masyarakat dan alam, memenuhi kepentingan setiap orang, semua umat manusia dan dunia di sekitarnya. Ilmuwan itu menulis: “Umat manusia, secara keseluruhan, menjadi kekuatan geologis yang kuat. Dan di hadapannya, sebelum pemikiran dan pekerjaannya, pertanyaan tentang restrukturisasi biosfer demi kepentingan umat manusia yang berpikiran bebas sebagai satu kesatuan telah diangkat. Keadaan baru biosfer ini, yang kita dekati tanpa menyadarinya, adalah noosfer.”

Alam menyandang jejak aktivitas manusia dalam kondisi formasi sosial-ekonomi yang berbeda yang saling menggantikan. Bentuk pengaruhnya bermacam-macam. Hasilnya selama 100-150 (200) tahun terakhir, terutama di wilayah Eropa dan Amerika Utara, melampaui seluruh sejarah umat manusia sebelumnya. Dengan pertumbuhan populasi dan peningkatan kesejahteraannya, tekanan terhadap alam menjadi lebih dan lebih. Diyakini bahwa pada awal zaman kita ada sekitar 200 juta orang di Bumi. Pada milenium, angka ini telah meningkat menjadi 275 juta; pada pertengahan abad kedua puluh. Populasi dunia hampir dua kali lipat (500 juta). Selama 200 tahun, angka itu meningkat menjadi 1,3 miliar, dan 300 juta lainnya ditambahkan dalam setengah abad (1,6 miliar pada 1900). Pada tahun 1950, sudah ada 2,5 miliar orang di Bumi, pada tahun 1970 - 3,6 miliar, pada tahun 2025 angka tersebut diperkirakan menjadi 8,5 miliar.Dari jumlah ini, 83% populasi dunia akan tinggal di negara-negara berkembang - di Asia , Afrika, Amerika Selatan, di mana bahkan sekarang pertumbuhan penduduk terlihat. Penting untuk memiliki gagasan tentang kemungkinan mata pencaharian penduduk untuk menghindari konsekuensi bencana ledakan penduduk.

Pertumbuhan populasi planet yang cepat membuat pertanyaan tentang batas produktivitas biologis biosfer Bumi menjadi akut. Sebagai hasil dari aktivitas manusia yang aktif selama periode kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, yang bertujuan untuk meningkatkan tingkat material dan spiritual seluruh umat manusia, cadangan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui sebagian besar telah habis. Sumber daya yang dapat diperbarui sendiri telah mengalami gangguan global di wilayah yang luas, beberapa di antaranya telah kehilangan kemampuan untuk memperbarui diri. Banyak waduk pedalaman telah mati atau berada di ambang antara hidup dan mati. Lautan dunia tercemar oleh limbah industri, tumpahan minyak, zat radioaktif, dan sirkulasi alami - global dan terutama lokal - dari sejumlah elemen biogenik vital telah terganggu. Seringkali, konsumen berakhir dengan makanan "kotor" lingkungan dan air minum berkualitas buruk.

Pencemaran lingkungan dan gangguan habitat alami banyak spesies tumbuhan dan hewan telah menyebabkan pengurangan jumlah populasi atau kepunahan mereka, dan, akibatnya, hilangnya kumpulan gen yang diciptakan selama jutaan tahun. Di bawah pengaruh mutagen yang mencemari lingkungan, tidak hanya bentuk baru hama agrocenosis dan biocenosis alami telah muncul, tetapi juga organisme patogen yang sifat pelindungnya belum dikembangkan baik pada manusia atau penghuni planet lainnya.

Eksploitasi alam yang kejam, yang ditundukkan pada kepuasan kebutuhan sesaat, tidak menyelesaikan masalah mendesak bahkan hari ini, menciptakan prospek masa depan yang tidak menguntungkan. Sebagian dari populasi dunia kekurangan gizi dan kelaparan (25% dari total panen hilang setiap tahun karena hama pertanian). Banyak orang, di antaranya anak-anak, meninggal setiap tahun karena penyakit yang disebabkan oleh penggunaan air berkualitas buruk. Kesehatan manusia menderita akibat meningkatnya pencemaran lingkungan, terutama di kota-kota industri besar. Banyak orang terkena dampak negatif tidak hanya oleh degradasi sistem ekologi, tetapi juga oleh kemiskinan, kesenjangan yang semakin besar antara si kaya dan si miskin.

Untuk menghindari konsekuensi negatif yang disebabkan oleh aktivitas ekonomi manusia dan bencana alam, perlu untuk mempertimbangkan hukum yang berlaku di alam sekitar kita dan mendukung pembaruan diri. Tugas melindungi alam dan penggunaan rasionalnya tidak hanya menjadi tugas negara, tetapi juga tugas internasional, dan solusinya harus didasarkan pada pengetahuan tentang hukum kehidupan dan perkembangan dunia di sekitar kita.

Tidak hanya kesejahteraan orang, tetapi juga kehidupan mereka tergantung pada tingkat kesadaran publik tentang situasi krisis di biosfer dan pada kecepatan reaksinya.

Doktrin biosfer