Обменные процессы в биосфере

В 1958 г. было обнаружено, что верхние слои атмосферы Земли (высоты от 100 до 300 км) излучают избыточную энергию в инфракрасном (тепловом) диапазоне длин волн. Исследования показали, что это излучение связано со сложными процессами взаимодействия коротковолнового (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца с молекулами газов (в основном азота и кислорода). В настоящее время инфракрасному излучению верхних слоев атмосферы отводится важное место в проблеме влияния солнечной активности на погоду.

При среднем по величине всплеске солнечной активности на площади один миллион квадратных километров в течение суток выделится энергия около 10¹⁷ Дж. Это не так много, примерно в сто раз меньше энергии обычного циклона. Но почти вся эта энергия переходит в инфракрасное (тепловое) излучение, достигающее нижних слоев атмосферы. Происходит слабый нагрев атмосферы на высотах 10–30 км, вызывающий незначительное изменение давления. Перепад давлений приводит к появлению ветра со скоростью до 0,1 м/с и направлением с севера на юг.

Именно такое взаимодействие является одним из факторов, спусковых механизмов возникновения неустойчивостей в атмосфере (циклонов и антициклонов).

Рис.21. Принципиальная схема биологического круговорота

1. Популяция (фр. «население») – исходный и базовый элемент для надорганизменного уровня; совокупность организмов (особей) одного вида с единым ге­нофондом, занимающих определенную территорию.

Термин введен в 1903 г. датским генетиком В. Иогансеном. Все живое существует в популяциях. Согласно правилу, сформулированному С.С. Четвериковым, любые виды живого объединены в популяции. У каждой из них есть свои количественные границы — минимальная и максимальная численности, пределы воспроизводства. Место жизнедеятельности популяции получило название ареала (лат. «area» — площадь, пространство). Границы ареала подвижны и причудливы по форме — ленточные, островные, диффузные. Существует термин «кружево ареала».

2. Биоценоз (греч. «bios» – жизнь, «koinos» – общий) – совокупность популяций, живущихна единой территории. Термин введен в 1877 г. немецким биологом К. Мебиусом. Биоценоз является закрытой системой для чуждых популяций и открытой – для своих. Между последними устанавливаются разнообразные отношения – антагонизма, конкуренции, кооперации и паразитизма.

3. Биогеоценоз. Единство биоценоза с неживой природой, косной средой. Термин предложен В.Н. Сукачевым в 1940 г. Под косной средой, по Вернадскому, понимается вещество, поле и энергия. В зависимости от их переработки и усвоения выделяют три вида биологических образовании:

– непосредственно перерабатывающие косную материю (так называемые продуценты), к ним относятся водоросли, микроорганизмы, растения;

– использующие для переработки продуценты(консументы), растительноядные животные;

– живущие за счет консументов (редуценты), хищники, паразиты.

Через эти три уровня проходит круговорот вещества, т. е. при прямом и непосредственном участии жизни идет использование, переработка и восстановление веществен­ных структур, иначе – биогенная миграция атомов.

Отметим, что круговорота энергии в биогеоценозе нет. Это и понятно, энергия перерабатывается в тепло, распределяющееся в пространстве. С предшествующего уровня на последую­щий переходит только 10 % энергии.

Отличие живого от неживого

Жизнь – это строго упорядоченное взаимодействие ферментативных процессов.

Жизнь – это процесс обмена вещества на основе затраты энергии и информации, получаемой извне.

Жизнь – это процесс, который воедино связывает физический (вещество) и духовный (информация) мир в единую систему.

Культура древнего мира не признавала разделения на живое и мертвое. Все существующее в мире и доступное наблюдению представлялось живым (анимизм). С накоплением опыта общения с природой, наблюдения и экспериментирования сформировались представления о границе между живым и неживым.

Существует несколько подходов к определению живого вещества. Один из них состоит в том, что живая материя имеет следующие признаки:

– питание – пища необходима какисточник нужныхвеществ, энергии и информации;

– дыхание – один из источников химической энергии, относится к процессам обмена вещества и энергии;

– выделение – способ выведения из организма продуктов обмена веществ;

– подвижность и рост – движение в пространстве и движение внутри единиц жизни;

– размножение – передача эстафеты жизни отодного поколения к другому;

– раздражимость – все живые существареагируют наизменения внешней и внутренней среды;

– гомеостаз – способность поддержания внутреннего химического состава и протекания всех физиологических процессов при непрерывно изменяющихся внешних условиях; одно из ведущих отличий живого от неживого;

– дискретность – жизнь проявляется в дискретных формах.

Растения и животные существуют в тесной связи с окружающей неживой природой и другими организмами. В процессе исторического развития и естественного отбора на Земле сформировались группы организмов – сообщества, тесно связанные с определенными природными зонами и поясами. Они носят название биом.