Биосфераның анықтамасы мен құрылымы.

Биосфера туралы ілім

Ақпараттық-дидактикалық блок.

Биосфераның анықтамасы мен құрылымы.

Күн жүйесінің ерекше ғаламшары Жердің ғарыштық кемесі. Ауа, су, жер қамтыған жұқа қабатта барлық тірі ағзалар тіршілік етеді.

Биосфера – барлық тірі ағзалар жиынтығынан және олармен үнемі алмасып отыратын құрылымдардан тұратын Жердің өзіндік ерекше қабаты. Биосфера физикалық табиғи жағдайы бойынша үш ортаға бөлінеді: атмосфера, гидросфера, литосфера.

Атмосфера –су буы мен шаңнан, әртүрлі газдардың қоспасынан тұратын ғаламшардың газ қабығы. Осы атмосфера арқылы Жер ғарышпен алмасып отырады. Жер ғарыштық шаңды және метеоритті материалды қабылдап ең жеңіл газдарды: сутегі мен гелийді жоғалтады. Ғаламшар беткейіндегі жылулық режимді анықтайтын және атмосфералық газдардың молекулалықдиссоциациясы мен атомның иондалуын туындататын Күн өзінің қуаттырадиациясымен атмосфералық терең қабатына енеді. Атмосфера, тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфераға бөлінеді. Атмосфераның жоғарғы кең аймағы иондардан тұрады. Бұл аймақ- ионосфера деп аталады. Атмосфераның басымырақ бөлімі біртекті азотты-оттекті құрамнан тұрады. Тропосферада аэрозольдер деп аталатын сұйық және қатты бөлшектер кездеседі. Атмосферада қаншалықты уақыт аралығында болуына байланысты оның тұрақты және ауыспалы компоненттерін ажыратады. Мысал ретінде атьмосферада әртүрлі пішінде және әртүрлі концентрацияда байқалатын суды алуға болады. Атмосфераның негізгі құрал бөліктері болып азот, оттегі, аргон, көмірқышқыл газы саналады. Атмосфераның ең маңызды компоненттерінің бірі озон (О3). Оның түзілуі мен ыдырауы Күн радиациясының ультракүлгін шағылысуымен байланысты. Және де оның түзілуіне ультракүлгін аймақтағы квант-ң әсер етуімен О2 молекуланың ыдырауының нәтижесінде түзілетін О2 (оттегі) еркін атом ы қажет болады. Озон сғылысу нәтижесінде түзіледі:

О+О2 О3

Сонымен қатар озон молекулалық және атомдық О2-ге ыдырай отырып, ультракүлгін радиацияны шағылыстырады. Озонның басым бөлігі 10-25 км,ал максимальды концентрациямен 22-24 км биіктікке дейін таралған. Озон қабаты («озонды экран») Жердегі тіршіліктің сақатуында ең маңызды болып келеді.

Гидросфера – Жердегі бар сулардың жиынтығы: материктік (терең, топырақтың, беткейлік) мұхиттық, атмосфералық. Жердің негізгі су қабықшасы ретінде ғаламшардың беткейлік- материктік және мұхиттық сулары қарастырылады. Су жер атмосферасында бу, бұлт түрінде кездеседі, мұхит пен теңіздерде қалыптастырады, жоғары таулы континенттік аймақтарда қатқан күйде және де полярлы аймақтарда қатты мұз күйінде кездеседі. Атмосфералық жауын-шашын жердің қалың қабатына еніп, жерасты суларын түзеді. Су әртүрлі заттарды ерітуге қабілетті, соған байланысты гидросфераның суларын концентрацияның әртүрлі дәрежесіндегі табиғи ерітінді ретінде қарастыруға болады.

Гидросфера литосфера (жерасты суы), атмосфера (булы ылғал) және биосфераның тірі организмдерімен тығыз байланысты болады.

Табиғи судың басым бөлігін (94%) – Дүниежүзілік мұхит сулары алып жатады. Мұнда алмасу процестері, энергияның және де біздің ғаламшарымыздағы заттардың тасымалдануы жүреді. Әртүрлі физикалық, химиялық, биологиялық процестер өзара біріге отырып, мұхиттың бірлескен табиғатын, яғни Жер биосферасының ежелгі аймағын түзеді. Уақыт өте келе мұхиттың түзілуінде әртүрлі табиғи процестердің әсер етуімен оның табиғаты өзгеріске ұшырады: күн сәулесі, геологиялық және геохимиялық факторлар, биологиялық процестер. Биологиялық процестер тірі организмдердің дамуында, күн энергиясын танып білуде, ағза денесіне бос энрегияның түсуінде, биологиялық өнджірілуде, Дүниежүзілік мұхиттың барлық аймағында жауын-шашын түзілуінде пайда болған және пайда болуда. Неғұрлым таза атмосфералық сулардың құрамында 10-50мг/л шамасында еріген заттар болады. Теңіз (мұхиттың) суы орташа 1 кг-да 35 г заттары бар ерітінді саналады. Теңіз суының құрамында Менделеев кестесіндегі барлық химиялық элементтер кездеседі деуге болады. Бірақ еріген заттардың басым бөлігі бірнеше химиялық элементтер түрінде байқалады: натрий, магний, кальций, хлор, көмірсу түрінде;

Олар теңіз суында әртүрлі иондар түрінде кездеседі. Мыс катиондарды бөліп қарауға болады. Na¹⁺ Mg²⁺ Ca²⁺ Ce^1- SO₄^2- HCO₃^1- CO₃^2-

Басқа химиялық элементтер теңіз суында төмен концентрацияда кездеседі. Кейбір элементтер өздерінің салыстырмалы түрде концентрациялық төмен болғанына қарамастан теңізде тірі организмдердің тіршілігінде маңызды роль атқарады. Бұл элементтерге азот, фосфор, кремнийді жатқызуға болады, ал олардың теңіз суындағы концентрациялары теңіз өсімдіктері мен жануарларының өсіп-көбеюімен реттеледі.

Литосфера – Жердің жоғарғы «қатты» қабықшасы. Оның құрамына жер қыртысы мен Жердің жоғарғы мантиясы кіреді. Литосфераның қуаты – 50-100 км, соған қарай континенттегі жердің қыртыс қабаты 75 км-ге дейін және мұхит астында 10 км болады. Жер қыртысының химиялық құрамы бірнеше элементтен тұрады. Оның негізгі массасын 8 элемент құрайды. (оттегі, кремний, алюминий, темір, кальций, магний, натрий, калий). Оның ішінде ең кең таралғаны оттегі, себебі ол жер қыртысы массасының шамамен жартысына (≈47,3%) жуығын және көлемінің 92% алады.

Ол негізгі түр түзуші минералдарда басқа да элементтермен химиялық түрде байланысады. Жер қыртысы әртүрлі таулардан тұрады. Жауын-шашындық түріне 9,2-н, метаморфиздік түріне 20-н және магматикалық түріне 70,8-тен келеді. Континент беткейінің 80-н жауын-шашындық түрі алып жатыр. Жер қыртысы біріншілік мантия материалының басқыған өнімі ретінде пайда болды, кейін ол биосферада ауа, су, организмдердің әсер етуімен қайта өңделген. Жер қыртысының континенталдық бөлімі көптеген ғасырлар бойы тарихи дамуда қалыптасқан табиғи қазба байлықтарға бай. Мысалы: көмір, мұнай, газ, кремний, карбонат т.б. Сондықтан континанталды жер қыртысы биосферамен тікелей және жанама әсер де болады.

Биосфера шегі тіршілік өрісімен айқындалады. (В.И.Вернадский, 1926) В.И.Вернадсикй суммарлы массасы, химиялық құрамы, энергияны қарастыра отырып, ғаламшардағы барлық организмдер жиынтығын «тірі зат» деп атады.

Вернадский бойынша жанама (косное) зат дегеніміз – тірі организмдердің қатысуынсыз түзілетін биосферада заттар жиынтығы.

Биогенді зат тірі организмдер жиынтығымен қалыптасады. Бұл қуатты потенциалдық энергияның тас көмір, ізбес, мұнай көзі болып табылады. Ең ерекше категория биожанама (биокосное) табылады. В.И.Вернадскийдің жазуы бойынша бұл зат динамикалық тепе-теңдік жүйесі және т.б. көрсететін жанама процестермен тірі организмдер мен биосферада біруақытта түзіледі. Биожанама зат үшін организмдер маңызды роль атқарады. Сонымен ғаламшардың биожанама заты қасиеті Жердегі тірі ағзаларға тәуелді болып келетін топырақ, барлық табиғи сулар саналады. Тіршілік Күннен энергия алушы және өзінің дамуы барысына Менделеев кестесіндегі шамамен барлық химиялық элементтерді қатыстыратын Жер бетіндегі су жоғарғы деңгейлі процесс.

Биосфераны 3 сфераастына бөлуге болады:

- аэробиосфера – тіршілік субстраты ауа ылғалдығы саналатын аэробионттар мекені;

- гидробиосфера – гидробионттар мекендейтін су әлемі (жерасты суынсыз жердің сулы қабықшасы)

- геобиосфера – геобионттар мекендейтін жер қыртысының жоғарғы бөлігі (литосфера)

Гидробиосфера континентальды, әсіресе, тұщы су әлеміне – аквабиосфераға (аквабионттармен) және мұхит пен теңіз аймағы – маринобиосфераға (маринобионттармен) бөлінеді.

Геобиосфера жер бетіндегі тіршілік аймағы – террабиосфераға (террабионттармен) және жердің терең қабатындағы тіршілік аумағы – литобиосфераға (литобионттармен) бөлінеді.

Террабиосфераның өзі фитосфераға (жер беткейінен ағаштардың жоғарғы ұшына дейін) және педосфераға (топырақ, оның астындағы топырақастына) бөлінеді:

1) Гипотеррабиосфера – аэробтар өмір сүретін қабат;

2) Теллуробиосфера – анаэробтар өмір сүретін қабат.

Осындай қабаттар гидробиосфераларда кездеседі, бірақ олар ең басты жарықтың қарқындылығымен байланысты болады. Оларға 3 қабат кіреді:

1. Фитосфера – салыстырмалы
2. дисфотосфера - әрқашан елестеп көрінетін (1 күн сәулесін инсомцияға дейін)
3. афотосфера – абсолютті қараңғы қабат, мұнда мүлдем фотосинтез жүрмейді.

Аэробиосферадағы тіршілік дамуының бастаушы факторы болып су тамшысы, қалыпты температура, сонымен қатар аэрозольдер саналады. Ағаштардың жоғарғы ұшынан жиі көшкін бұлттар таралып орналасқан аймақты тропобиосфера алып жатады. Кеңістік – атмосфералық тропосфераға қарағанда жұқалау қабат. Тропобиосферадан жоғары альтобиосфера қабаты орналасқан. Ал одан жоғары әдетте тірі организмдер өте сирек көбейетін, яғни тіршілік кездейсоқ туындап отыратын қабат – парабиосфера орналасқан.

Жоғары сатылы өсімдіктердің, жалпы продуценттердің тіршілігіне қолайсыз, бірақ тіршіліктің туындауы үшін тіпті төмен температуралық ауаның өзінде тікелей күн инсоледиясынан жылдамдық жетикілікті болатын, және төменгі тік сызықты бағытынан органикалық заттар жел арқылы әкелінетін таудың биік шыңдарында террабиосфералық ең жоғарғы бөлімі – эолды. Зона.

Бұл кейбір микроорганизмдер – эолобионттар мен буынаяқтылар патшалығы. Литосфераның тереңдеу қабатында тіршілік таралуы 2 теориялық деңгейі бар – изотерма 100^оС, бұдан төмен градуста қалыпты атмосфералық қысымда су қайнайды, ал белоктар ұйыйды және изотерма 460^оС, мұнда кез-келген қысымда су буға айналып, сұйық күйінде ұсталынбайды. Жер тереңдігінен тіршілік 3-4, максимум 6-7 километрге дейін жетпейді, тек кейде активсіз формада тереңдеу қабатта енген гипобиосфера орналасуы мүмкін. («биосфераасты» - атмосферадағы парабиосфераның аналогі)

Метабиосфера, Жер беткейінен бастап, метосфераның терең қабатына дейін жайылады. Гипобиосфераның жоғары шекарасы мен парабиосфераның төменгі шекарасының арасында биосфера – зубносфера жатыр. Оның қалыққа тіршілік қабатын «биофильм» немесе В.И.Вернадский бойынша «өмір қабығы» деп атайды. Парабиосферадан жоғары апобиосфера немесе «биосфера үсті» қабаты орналасқан, мұнда салыстырмалы түрде биогенді заттар көп болып келеді. Метабиосфеарадан төмен абиосфера («небиосфера») орналасқан. Жер табиғатына тіршіліктер өткен әсерін мегабиосфера дейді, ал артебиосферамен бірге панбиосфера дейді.

«Тіршілік кеңістігі» атмосферадағы қалыпты температура сақталатын және хлорофенді өсімдіктер (Гималайда 6,2 км) өмір сүре алатын, теңіз деңгейнен жоғары шамамен 6 км. Биіктікке дейінгі аймақпен шектелген. Эолды зонадан жоғары өсімдік тозаңдарымен, өсімдік спораларымен, микроорганизмдермен т.б. желмен тасымалданатын органикалық бөлшектермен қоектенетін қоңыздар, кейбір кенелер тіршілік етеді. Ал одан жоғары қабатта тірі организмдер, тек кездейсоқ, яғни спора түрінде тіршілігін сақтаулары мүмкін. Тіршілік метосфера тереңдігінен шамамен 3-4 км-ге дейін таралған. Сол себепті, Жердің мұхиттық аймағындағы биосфераның вертикальды қуаты 17 км-ден асады, жерде тіршілік бетіндегі қуаты -12 км. Парабиосфера ассиметриялы, оның жоғарғы шекарасын озонды экран анықтайды. Мегабиосфераның қалыңдығы айқынырақ ауытқып отырады, бірақ мұхиттың ең терең қабатына дейін түспейді, яғни11 км (бұл жерде температура 200оС –дейін көтеріледі), және озонды экран тығыздығынан жоғары көтерілмейді (22-24 км), соған байланысты оның максимальды қалыңдығы 33-35 км. Теориялық тұрғыдан биосфера ауқымы өте кең, тіпті мұхит түбінен 3 км тереңдікке дейін 250оС температурада «қара темекі шегетіндер» деп аталған организмдер табылған. Атмосфералық қысым шамамен 300 болғанда су қайнамайды. Қайнатылған сұйық су метосфераның 10,5 км. Тереңдігіне дейінгі аймақта табылған. Ал 25 км-н төмен тереңдікте критикалық температура 460оС болуы қажет, мұнда кез-келген атмосфералық қысымды су буға айналып кетеді, яғни тіршіліктің болуы мүмкін емес.