Биосфера - ғаламдық экожүйе ретінде.
«Биосфера» термині ғылыми әдебиеттерге 1875 ж. австрия геологы-ғалымы Эдуард Зюсс енгізген.
В. И. Вернадский (1863-1945) бұл терминді пайдаланды және биосфера туралы ілімді жасады.
Егер «биосфера» түсінігімен, Зюсс бойынша, жер қабығының 3 сферасындағы (қатты, сұйық, газ тәрізді) тірі ағзалары байланыстырылса, ал В. И. Вернадский бойынша ең басты роль тірі ағзаларды геохимиялық күштерге бөлінеді.
Сонымен, биосфера түсінігіне ағзаның өзгертуші іс-әрекеті кіреді, қазіргі уақытта ғана емес, сонымен бірге, өткендегі де іс-әрекет кіреді.
Тірі ағзалары бар қазіргі уақыттағы биосфераның бөлімін қазіргі заманға биосфера немесе необиосфера деп атайды, ал көне биосфераға палеобиосфера немесе өткен биосфера жатады.
Қазіргі заманғы көзқарас бойынша неосфера шекарасы атмосферадағы, шамамен азон экранына дейін (полюстерде 8-10 км., экваторда 17-18 км., басқа жер беттерінде 20-25 км.). Гидросфераны түгелдей, сонын ішінде Әлемдік мұхиттың (11022 м.) ең терең тұңғиығын да тіршілік алып жатыр. Литосферадағы тіршілік бірнеше метрге дейін топырақ қабатын алып жатыр.
Палеосфера шекаралары атмосферадағы необиосферамен сәйкес келеді, ал су астындағы палеобиосфераға тау шөгінді жыныстары да жатады, В. И. Вернадский бойынша барлығы тірі ағзалардың үндеуінен өткен.
«Тірі заттар» терминін әдебиеттерге В. И. Вернадский енгізген. Ол бұл терминді масса, энергия және химиялық құрам арқылы көрінетін барлық тірі ағзалардың жиынтығы деп түсіндіреді.
«Косный» заттарға өлі табиғаттың заттары жатады. (Мысалы: минералдар жатады). Табиғатта сонымен бірге, «Биокосный» заттар кең таралған.
«Тірі заттар»-биосфераның негізі, бірақ аз ғана бөлімін құрайды. Тірі заттардың ең жоғарғы орта өзгерткіш іс әрекетіне байланысты, негізгі ерекшеліктеріне келесілер жатады:
1.Барлық еркін кеңістікті тез меңгеру қабілеттілігі. Берілген қасиет бойынша В. И. Вернадский келесідей қортындыға келді, яғни белгілі геологиялық кезеңдер үшін тірі заттардың саны тұрақты болды.
2.Қозғалыстың белсенділігі.
3.Тіршілік кезіндегі тұрақтылық және өлгеннен кейін тез арада ыдырау.
4.Әртүрлі жағдайларға жоғарғы бейімделушілік қабілеттілігі (адаптация).
5.Реакция жүруінің ең жоғарғы жылдамдығы.
6.Тірі заттардың жаңаруының жоғарғы жылдамдығы.
Орташа жанару биосфера үшін-8 жыл.
Құрлық үшін-14 жыл.
Мұхит үшін-33 күн.
Тірі заттардың орта өзгерткіш қызметтері:
1) Энергетикалық: екі биогеохимиялық принциптен тұрады.
1-принцип: биосферада геохимиялық биогендік энергияны көп мөлшерде жұмсау.
2-принцип: өз тіршілігінде геохимиялық энергияны көбейте алатын ағзалар эволюция процесінде тіршілігін сақтап қалады.
2) Газдық: белгілі мекен ету ортаның ауа құрамын атмосферасын өзгерту мен тұрақы ұстау қабілеттілігі.
3) Тотығу-тотықсыздану функциясы: тірі заттардың ықпалынан ортаны О2байытуға байланысты тотығу процесі, сондай-ақ, О2 жетіспеген кезде органикалық заттардың ыдырауына байланысты жүретін тотықсыздану процесі.
4) Концентрациялық- шашыранды химиялық элементтерді өз денесінде ағзаның шоғырландыру қабілеттілігі.
5) Деструктивтік-органикалық заттар қалдығы мен «косный» заттардың ағзалармен және олардың тіршілік әрекетінің өнімдерімен құлдырату немесе бұзылуы (деструкторларға-саңырауқұлақтар мен бактериялар жатады).
6) Транспорттық –ағзаның белсенді қозғалыс формасы нәтижесінде заттар мен энергияның тасымалдануы.
7) Ортаөзгерткіштік- бұл функция шамалы мөлшерде интрегративтік функция болып табылады.
8) Информациялық.
Биосфераның шекаралары. 1926 жылы В.И.Вериадский биосфераның шекарлары туралы мәселені қойды.қандай физико-химиялық жағдайлар тіршілікке анағұрлым қолайлы болып табылатындығын көрсетті.
1. Көмір қышқыл газы мен оттегінің жеткілікті мөлшерде болуы.
2. Судың жеткілікті болуы.
3. Температуралық режим тым жоғары және тым төмен болмауы керек.
4. Минералдық қоректену элементтерінің жеткілікті болуы.
5. Су ортасының белгілі бір тұздығы
Атомдардың биогенді миграциясы заңы (В.И.Вернадскийдің):жер бетінде жене жалпы биосферада химиялық элементтердің миграциясы тірі заттың тікелей қатысуымен жүзеге асырылады - бұл биогенді миграция. Биосфера-біздің тіршілік ететін ортамыз, бізді қоршаған табиғат. Адам баласы, ең алдымен, өзінің тыныс алуы, тіршілік еті іс-әрекеті арқылы осы табиғатпен тығыз байланысты.В.И.Вернадский. В.И.Вернадскийдің биосфера жөніндегі негізгі идеялары ХХ ғасырдың басында қалыптаса бастады. Алғаш рет 1926 жылы оның БИОСФЕРА атты еңбегі жарыққа шықты.Вернадский биосфера- табиғаттың негізгі тірі және өлі заттарынығ бір-бірімен озара әсері болып табылатын тіршілік аймағы деп қарастырады.
Ле Шателье-Браун принципі, Ле Шателье — Браун принципі, тепе-теңдіктің ығысу принципі — жүйені термодинамикалық тепе-теңдік күйден ауытқытатын сыртқы әсердің салдарынан сол жүйедегі тепе-теңдік осы әсерді әлсірететін (немесе оған қарсы әсер ететін) реакция бағытына қарай ығысатындығын тұжырымдайтын принцип.
Жүйедегі тепе-теңдіктің ығысуына реагенттер мен өнімдердің концентрацияларының, қысымның (газдар үшін) және температураның өзгеруі әсер етеді.
Тепе-теңдік күйге келген жүйеде тура және кері реакциялардың жылдамдықтары бірдей болады. Жүйедегі азот немесе сутектің концентрациясын арттырғанда Ле Шателье принципі бойынша тепе-теңдік олардың концентрациясын кемітетін, яғни аммиак түзілетін бағытқа қарай ығысады. Керісінше, жүйедегі аммиак концентрациясын арттырғанда тепе-теңдік аммиактың концентрациясын азайтатын, яғни сутек пен азот түзілетін реакция бағытына қарай ығысады. Тура реакция жылу бөле жүретін болғандықтан жүйенің температурасын жоғарылатқанда тепе-теңдік Ле Шателье принципі бойынша сол әсерді бәсеңдететін, яғни жылу сіңіре жүретін реакция бағытына, яғни сутек пен азоттың түзілу реакциясы бағытына қарай ығысады. Керісінше жүйенің температурасын төмендеткенде тепе-теңдік жылу бөле жүретін реакция бағытына қарай ығысады.
Қысымның тепе-теңдікке әсерін болжау үшін реакция теңдеуінің сол және оң жақтарындағы молекулалар сандарын салыстыру керек. Қысымды ұлғайтқанда Ле Шателье принципі бойынша тепе-теңдік молекулалар саны азаятын, яғни аммиак түзілу реакциясы бағытына қарай ығысады. Керісінше қысымды кеміткенде тепе-теңдік молекулалар саны көбейетін жаққа ығысады. Егер қайтымды реакция теңдеуінің оң және сол жақтарындағы молекулалар саны бірдей болса, онда қысымның өзгеруі тепе-теңдіктің ығысуына әсер етпейді. Ле Шателье принциін 1885 ж. А. Ле Шателье (1850 — 1936) тұжырымдап, ал теорилық тұрғыдан 1887 ж. К.Ф. Браун (1850 — 1918) негіздеген.
.Тірі организмдердің алуан түрлілігі. Жер бетінде тірі организмдердің бірнеше миллион түрі кездеседі. Өсімдіктердің түрі 500 мыңнан, жануарлардың түрі 1 миллионнан асады. Бунак денелілер түрінің қанша екенін тап басып айту қиын, ал микроорганизмдердің, яғни бактериялар мен саңырау құлақшалардың түрі де, саны да қисапсыз. Оның үстіне жыл сайын өсімдіктану мен жануартану мамандары өсімдіктердің, бунақ денелілердің, микроорганизмдердің жүздеген, тіпті мыңдаған жаңа түрлерін ашып (тауып) жатады. Мұндай ашылулар сүтқоректілер мен құстардың арасында некен-саяқ дегенмен кейде ұшырасып қалады. Оңтүстік Америка, Оңтүстік-Шығыс Азия және Африканың ит тұмсығы батпайтын ылғалды тропиктік ормандарынан өсімдіктер мен жануарлардың бұрын белгісіз жаңа түрлері әлде де табылып жатады. Тірі организмдердің тіршілік формасы сан алуан.
Бір жерден екінші жерге өткенде тіршілік жағдайларының өзгеруіне байланысты бір тіршілік формасы екінші тіршілік формасына ауысады. Өсімдіктердің тіршілік формасының мысалына ағаш өсімдігінің түрлері (қылқан жапырақты, жалпақ жапырақты, мәңгі жасыл, т. б.), бұталар, шала бұталар, шөптесін өсімдіктер, мүктер және т. б. жатады. Жануарлардың тіршілік формалары: сүтқоректілер, құстар, жорғалаушылар, балықтар, бунақ денелілер. Осы сияқты микроорганизмдердің де қоршаған ортаға бейімделген түрлері көп.
Зат айналымының рөлі;
Планетадағы барлық заттар үнемі айналымда болады.Күн энергиясы жер бетінде 2 зат айналымын қамтамасыз етеді:улкен геологиялық және кіші геологиялық.Биосферадағы заттардың үлкен айналымы негізгі 2 кезеңнен ерекшеленеді.Жер дамуының геологиялық өне бойында жүріп келетін және биосфераның дамуында негізгі роль атқаратын планетарлық процесс.Геологиялық зат айналымы тау жыныстарының түзілуінен үгілуімен және бұзылған өнімдердің сынықтармен химиялық элементтердің кейн басқа жерге ауысуымен байланысты.Бұл процесстердегі басты рольды су мен топрыақ бетінің термиялық қасиетіи күн сәулелерінің сіңірілуімен шағылуы жылу өткізгіштігі және жылу сыймдылығы атқарылады.Жер бетінің тұрақсызь гидротермиялық жағдайы атмосфера айналымының планеталық жүйесімен бірге жер дамуының бастапқы этаптарында құрлықтарды мұхиттарды және қазіргі геосфарны түзумен байланысты болды.Биосфераның қалыптасуымен үлкен айналымға организмдердің тіршілік өнімдеріде қосылды.геологиялық айналым тірі организмдерді қоректік элементтермен қамтамасыз етіп көбіне олардың тіршілік етуін анықтайды.
биогеохимиялық айналымдар.организмдер тіршілігінің барысында биосфераның әртүрлі құрылымдық бөлімдері арасында жүретін энергиямен зат айналымын яғни химиялық элементтердің тірі организмдердің қатысуымен қозғалуын және өзгеруін беогеохимиялық айналымдар деп атайдыы.Химимялық элементтер биосферада биологиялық айналымның әртүрлі жолдарымен тірі затпен жұтылып энергиямен қамтамасыз етіледі де сосын тірі затты тастап жиналған энергияны сыртқы ортаға беріп үздіксіз айналымда болады.Осындай үлкенді-кішілі тұйық жолды Вернадскийдің беогеохимиялық айналымдар деп атады.
Биогеохимиялық цикл — химиялық элементтердің айналымы: бейорганикалық табиғаттан өсімдіктер мен жануарлар организмдері арқылы қайтадан бейорганикалыққа оралу. Күн энергиясы және химиялық реакциялар энергиялары арқылы жүзеге асады.
Биогеохимиялық айналымдар. Оганизмдер тіршілігінің барысында биосфераның әртүрлі құрылымдық бөлімдері арасында жүретін энергиямен зат айналымын яғни химиялық элементтердің тірі организмдердің қатысуымен қозғалуын және өзгеруін беогеохимиялық айналымдар деп атайдыы.Химимялық элементтер биосферада биологиялық айналымның әртүрлі жолдарымен тірі затпен жұтылып энергиямен қамтамасыз етіледі де сосын тірі затты тастап жиналған энергияны сыртқы ортаға беріп үздіксіз айналымда болады.Осындай үлкенді-кішілі тұйық жолды Вернадскийдің беогеохимиялық айналымдар деп атады.Бұл айналымды екі типке бөлуге блады:1)газ тәрізді заттардың атмосферадағы немесе гидросферадағы айналымы 2. Жер қыртысындағы шөгінділер.
Көміртегінің айналымы.фотосинтез үшін көміртегінің көзі атмосферадағы немесе суда еріген көмірқышқыл газы болып табылады. Өсімдіктер түзген органикалық заттың құрамында көміртегі қоректену тізбегі бойынша тірі не өлі өсімдік ұлпалары арқылы өтіп,тыныс алу,ашу немесе отынның жануы нәтижесінде көмірқышқыл газы түрінде атмосфераға қайтады Көміртегі циклының ұзақтығы үш-төрт жүз-жылдаққа тең. Азот айналымы.Өсімдіктер азотты ыдыраған өлі органикалық заттан алады. Бактериялар ақуыздардың азотын өсімдіктер сіңіре алатын түрге өткізеді. Атмосферадағы бос азотты өсімдіктер тікелей сіңіре алмайды. Бактериялар мен көк жасыл балдырлар атмосфералық азотты байланыстырып,топыраққа өткізеді.Көптеген өсімдіктер оладың тамырларында түйнектер түзетін азот-фиксациялаушы бактериялармен симбиоз түзеді.Өлген өсімдіктерден немесе жануарлардың өлекселерінен бактериялардың басқа топтарының іс-әрекеті нәтижесінде бос түрге өтеді де қайтадан атмосфераға қайтады.
Фосфор мен күкірттің зат айналымы.Фосфор мен күкірт тау жыныстарында болады.Тау жыныстарының бұзылуы мен эрозиясының әсерінен топыраққа өтеді де,оларды өсімдіктер пайдаланады.Редуцент-ағзалардың тіршілік қызметі нәтижесінде олар қайтадан топыпаққа қайтады. Азот пен фосфор қосылыстарының бір бөлігін жауын сулары өзендерге,одан теңіз бен мұхитқа қарай шайып,оны балдырлар қолданады. Жердегі оттегінің циклі шамамен 2000жылда,судың t шамамен 2млн.жылда жүріп өтеді.Бұл заттардың атомдары Жер шарында әр түрлі тірі зат арқылы өткенАтмосферадағы оттегінің мөлшері біртіндеп артты.Соңғы600млн.жылда зат айналымдардың жылдамдығы мен сипаты қазіргі кездегі деңгейіне жақындады.