Tous les êtres vivants de la planète Terre entrent en contact étroit les uns avec les autres et avec l'environnement, formant ainsi des écosystèmes. Ces communautés d'organismes en interaction ne sont pas isolées les unes des autres. Ils sont reliés entre eux par diverses relations, principalement alimentaires. L'ensemble des écosystèmes forme un seul écosystème planétaire, appelé la biosphère. Cet article examinera la structure de la biosphère, sa composition et ses principales fonctions.
Sciences
Ce concept a été introduit pour la première fois dans la science par J. B. Lamarck en 1803 et signifiait la totalité de tous les organismes vivants sur la planète Terre. A la fin du XIXe siècle, le terme "biosphère" est utilisé par J. Zuse, qui inclut la matière inanimée des roches sédimentaires dans la structure de la biosphère. La doctrine de la biosphère est apparue en 1926, lorsque V. I. Vernadsky a résumé une énorme quantité d'informations scientifiques, d'une manière ou d'une autreillustrant la relation entre la matière vivante et la matière non vivante. Le scientifique a pu montrer que notre planète n'est pas seulement habitée par des organismes vivants, mais qu'elle est également activement transformée par eux. De plus, selon Vernadsky, l'intervention humaine dans les processus naturels est si importante qu'il est possible de parler de la noosphère - une nouvelle phase dans le développement de la biosphère. Aujourd'hui, la science de la biosphère combine des données provenant de différents domaines de la connaissance. Parmi eux figurent la biologie, la chimie, la géologie, la climatologie, l'océanologie, les sciences du sol et autres.
La structure de la biosphère est telle que les organismes vivants peuvent maintenir indépendamment la composition nécessaire du sol, de l'atmosphère et de l'hydrosphère. Ils jouent un rôle environnemental clé. Sur cette base, les scientifiques ont émis l'hypothèse que le sol et l'air ont été créés par les organismes vivants eux-mêmes au cours de centaines de millions d'années d'évolution. Après avoir étudié les similitudes dans la structure des roches géologiques plus profondes que le Cambrien, avec des roches ultérieures, Vernadsky a suggéré que la vie sur la planète existait sous la forme des organismes les plus simples presque depuis le début. Plus tard, les géologues ont prouvé la fausseté de cette hypothèse.
Étant donné que le soleil est la base énergétique de l'existence de toute vie sur Terre, la biosphère peut être considérée comme une coquille dont la structure et la composition se forment en raison de l'activité conjointe des organismes vivants et sont déterminées par l'apport d'énergie solaire. Faisons maintenant connaissance avec la structure de la biosphère terrestre.
Vie et non-vie
Considérant la composition et la structure de la biosphère, tout d'abordil convient de noter qu'il est constitué de matière vivante et non vivante (matière inerte). La majeure partie des organismes vivants est concentrée dans trois couches géologiques de la Terre: l'atmosphère (couche d'air), l'hydrosphère (océans, mers, etc.) et la lithosphère (couche supérieure de roche). Cependant, ces coquillages sont inégalement répartis dans le plus grand écosystème. Ainsi, l'hydrosphère est entièrement représentée dans la structure de la biosphère, tandis que la lithosphère et l'atmosphère sont partiellement représentées (couches supérieure et inférieure, respectivement).
La composante non vivante de la biosphère comprend:
- Substance biogénique, qui est un produit de l'activité vitale des organismes vivants. Il comprend: le charbon, le pétrole, la tourbe, le calcaire naturel, le gaz, etc.
- Substance bioinerte, résultat conjoint de l'activité vitale des organismes et des processus non biologiques. Cela inclut: le sol, le limon, les réservoirs d'eau, etc.
- Substance inerte, qui fait partie du cycle biologique, mais qui n'est pas un produit de l'activité vitale des organismes vivants. Ce groupe comprend: l'eau, les sels métalliques, l'azote atmosphérique, etc.
Frontières de la biosphère
Des concepts tels que la composition, la structure et les limites de la biosphère sont étroitement liés les uns aux autres. Malgré le fait que des bactéries et des spores ont été trouvées à des altitudes allant jusqu'à 85 kilomètres, on pense que la limite supérieure de la biosphère est de 20 à 25 km. À haute altitude, la concentration de matière vivante est négligeable en raison de la forte influence du rayonnement solaire.
Dans l'hydrosphère, la vie est présente partout. Et même dans la fosse des Mariannes, dont la profondeur est de 11 km, le scientifiquede France, J. Picard a observé non seulement des invertébrés, mais aussi des poissons. Bactéries, algues, foraminifères et crustacés vivent sous plus de 400 mètres de glace antarctique. Les bactéries se trouvent sous une couche de limon d'un kilomètre et dans les eaux souterraines. Néanmoins, la plus grande concentration d'êtres vivants est observée jusqu'à 3 km de profondeur. Ainsi, les limites et la structure de la biosphère dans différentes parties de la planète peuvent être différentes.
Atmosphère, lithosphère et hydrosphère
L'atmosphère est principalement composée d'oxygène et d'azote. Il contient de petites quantités d'argon, de dioxyde de carbone et d'ozone. La vie des créatures terrestres et aquatiques dépend de l'état de l'atmosphère. L'oxygène est nécessaire à la respiration des organismes vivants et à la minéralisation des substances organiques mourantes. Eh bien, le dioxyde de carbone est utilisé par les plantes pour la photosynthèse.
La lithosphère a une épaisseur de 50 à 200 km, cependant, l'essentiel du nombre d'espèces d'organismes vivants est concentré dans sa couche supérieure de plusieurs dizaines de centimètres d'épaisseur. La propagation de la vie profondément dans la lithosphère est limitée en raison d'un certain nombre de facteurs, dont les principaux sont: le manque de lumière, la forte densité du milieu et la température élevée. Ainsi, la limite inférieure de la distribution de la vie dans la lithosphère est une profondeur de 3 km, à laquelle certains types de bactéries ont été trouvés. En toute justice, il convient de noter qu'ils ne vivaient pas dans le sol, mais dans les eaux souterraines et les horizons pétroliers. La valeur de la lithosphère réside dans le fait qu'elle donne vie aux plantes, les nourrissant de toutes les substances nécessaires.
Hydrosphèreest une composante essentielle de la biosphère. Environ 90% de l'approvisionnement en eau tombe sur l'océan mondial, qui occupe 70% de la surface de la planète. Il contient 1,3 milliard de km3, et les rivières et lacs contiennent 0,2 million de km3 d'eau. Le facteur le plus important dans l'activité vitale de l'organisme est la teneur en oxygène et en dioxyde de carbone dans l'eau.
Numéros fascinants
La composition, la structure et les fonctions de la biosphère surprennent par leur ampleur. Nous allons maintenant connaître quelques faits intéressants. L'eau contient 660 fois plus de dioxyde de carbone que l'air. Sur terre, la diversité du monde végétal prévaut, et dans la mer - le monde animal. 92 pour cent de toute la biomasse sur terre sont des plantes vertes. Dans l'océan, 94 % sont des micro-organismes et des animaux.
En moyenne, une fois tous les huit ans, la biomasse de la Terre se renouvelle. Les plantes terrestres ont besoin de 14 ans pour cela, les plantes océaniques - 33 jours. Il faudra 3000 ans pour que toute l'eau du globe traverse les organismes vivants, l'oxygène - jusqu'à 5000 ans et le dioxyde de carbone - 6 ans. Pour l'azote, le carbone et le phosphore, ces cycles sont encore plus longs. Le cycle biologique n'est pas fermé - environ 10% de la matière vivante passe dans les dépôts sédimentaires et les enfouissements.
La biosphère ne représente que 0,05 % de la masse de notre planète. Il occupe environ 0,4% du volume de la Terre. La masse des êtres vivants ne représente que 0,01 à 0,02 % de la masse de la matière inerte, cependant, ils jouent un rôle très important dans les processus géochimiques.
200 milliards de tonnes de poids sec organique sont produites chaque année, et enLa photosynthèse absorbe 170 milliards de tonnes de dioxyde de carbone. Dans le processus d'activité vitale des micro-organismes, 6 milliards de tonnes d'azote et 2 milliards de tonnes de phosphore, ainsi qu'une énorme quantité de fer, de magnésium, de soufre, de calcium et d'autres éléments sont impliqués chaque année dans le cycle biogénique. Pendant ce temps, l'humanité produit environ 100 milliards de tonnes de minéraux.
Au cours de leur vie, les organismes apportent une contribution significative à la circulation des substances, stabilisant et transformant la biosphère, dont les propriétés et la structure font penser à la présence de puissances supérieures.
Fonction énergie
Après avoir pris connaissance de la structure et de la composition de la biosphère, passons à ses fonctions. Commençons par l'énergie. Comme vous le savez, les plantes absorbent le rayonnement solaire et saturent la biosphère d'énergie vitale. Environ 10% de la lumière captée est utilisée par les producteurs pour leurs besoins (principalement pour la respiration cellulaire). Tout le reste est distribué à travers les chaînes alimentaires dans tous les écosystèmes de la biosphère. Une partie de l'énergie est conservée dans les entrailles de la terre, les saturant de sa puissance (charbon, pétrole, etc.).
Même en considérant brièvement les fonctions et la structure de la biosphère, ils distinguent toujours la fonction redox comme une sous-espèce de l'énergie. En tant que productrices, les bactéries chimiosynthétiques peuvent extraire de l'énergie des réactions d'oxydation et de réduction des composés inorganiques. Dans le processus d'oxydation du sulfure d'hydrogène, les bactéries soufrées se nourrissent d'énergie et de fer (de 2-valent à 3-valent) - bactéries ferreuses. La nitrification ne s'assied pas non plus sansaffaires. Ils oxydent les composés d'ammonium en nitrates et nitrites. C'est pourquoi les agriculteurs fertilisent leurs champs avec des composés d'ammonium, qui ne sont pas absorbés par les plantes par eux-mêmes. Lors de la fertilisation directe du sol avec des nitrates, les tissus de stockage des plantes sont sursaturés en eau, ce qui entraîne une détérioration de leur goût et une augmentation du risque de maladies digestives chez ceux qui les consomment.
Fonction formant l'environnement
Les organismes vivants forment le sol et régulent également la composition des coquilles d'air et d'eau de la terre. Si la photosynthèse n'existait pas sur la planète, la réserve d'oxygène atmosphérique serait épuisée en 2000 ans. De plus, littéralement en un siècle, en raison d'une augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'air, les organismes commenceraient à mourir. En une journée, une forêt peut absorber jusqu'à 25 % du dioxyde de carbone d'une couche d'air de 50 mètres. Un arbre de taille moyenne peut fournir de l'oxygène à quatre personnes. Un hectare de forêt de feuillus, situé près de la ville, retient annuellement environ 100 tonnes de poussière. Le lac Baïkal, réputé pour sa limpidité cristalline, l'est grâce aux petits crustacés qui le « filtrent » trois fois par an. Et ce ne sont là que quelques exemples de la façon dont les organismes vivants régulent la composition des substances dans la biosphère.
Fonction de concentration
Les êtres vivants, et plus particulièrement les micro-organismes, sont capables de concentrer de nombreux éléments chimiques présents dans la biosphère. Près de 90 % d'azote du solsont le résultat de l'activité des algues bleues. Les bactéries peuvent concentrer le fer (par exemple, en oxydant le bicarbonate soluble dans l'eau en hydroxyde déposé dans leur environnement), le manganèse et même l'argent. Cette caractéristique étonnante a permis aux scientifiques de croire que c'est grâce aux micro-organismes qu'il existe tant de gisements de métaux sur terre.
Dans certains pays, des éléments tels que le germanium et le sélénium sont extraits des plantes. Les algues Fucus peuvent accumuler 10 000 fois plus de titane que ce qui est contenu dans l'eau de mer environnante. Chaque tonne d'algues brunes contient plusieurs kilogrammes d'iode. Le chêne australien accumule l'aluminium, le pin - le béryllium, le bouleau - le baryum et le strontium, le mélèze - le niobium et le manganèse, et le thorium est concentré dans le tremble, le cerisier des oiseaux et le sapin. De plus, certaines usines "collectent" même des métaux précieux. Ainsi, dans 1 tonne de cendre d'absinthe, il peut y avoir jusqu'à 85 grammes d'or !
Fonction destructive
La structure chimique de la biosphère terrestre et de son environnement implique non seulement des processus créatifs, mais aussi destructeurs. Cependant, ils jouent également un rôle important dans la régulation des substances sur la planète. Avec la vie active des organismes vivants, la minéralisation des résidus organiques et l' altération des roches se produisent. Les bactéries, les champignons, les algues bleues et les lichens peuvent décomposer les roches dures en libérant des acides carbonique, nitreux et sulfurique. Les composés corrosifs libèrent également les racines des arbres. Certaines bactéries peuvent même détruire le verre et l'or.
Fonction de transport
Compte tenu de la structure etfonctions de la biosphère, on ne peut perdre de vue le transfert de masse de la matière. Un arbre soulève l'eau de la terre dans l'atmosphère, une taupe soulève la terre, un poisson nage à contre-courant, un essaim de criquets migre - tout cela est une manifestation de la fonction de transport de la biosphère.
La matière vivante peut faire un énorme travail géologique, formant une nouvelle image de la biosphère et participant activement à tous ses processus.
Séparément, il convient de noter le processus de formation des roches sédimentaires. La première étape de ce processus est l' altération - la destruction des couches supérieures de la lithosphère sous l'action de l'air, du soleil, de l'eau et des micro-organismes. En pénétrant dans la roche, les racines des plantes peuvent la détruire. L'eau qui s'infiltre dans les fissures formées par les racines dissout et emporte la substance. Cela est dû aux composants corrosifs de la plante. Les lichens sont particulièrement abondants en acides organiques. Ainsi, l' altération physique se produit parallèlement à l' altération chimique.
En raison de la mort des organismes planctoniques, jusqu'à 100 millions de tonnes de calcaire se déposent chaque année au fond des océans du monde. Beaucoup d'entre eux sont d'origine chimique, étant, par exemple, dans la zone de contact entre les eaux souterraines acides et alcalines. Avec la mort des algues unicellulaires et des radiolaires, des limons contenant du silicium se forment et couvrent des centaines de milliers de km2 des fonds marins.
Fonction de formation du sol
Les propriétés et la structure de la biosphère sont si complètes que toutes ses fonctions sont étroitement liées. Ainsi, la formation du sol est l'une des branches de l'échange de masseet la formation environnementale, mais est considéré séparément en raison de son importance. Lors de la destruction et du traitement ultérieur des roches par des micro-organismes, une coquille lâche et fructueuse de la terre se forme, appelée sol. Les racines des grandes plantes extraient les éléments minéraux des horizons profonds, en enrichissent les couches supérieures du sol et augmentent leur fécondité. Le sol reçoit des composés organiques des racines et des tiges mortes des plantes, ainsi que des excréments et des carcasses d'animaux. Ces composés sont la nourriture des organismes du sol qui minéralisent la matière organique, produisant du dioxyde de carbone, des acides organiques et de l'ammoniac.
Les invertébrés, les insectes, ainsi que leurs larves, jouent le rôle structurel le plus important. Ils rendent le sol meuble et propice à la vie végétale. Les animaux vertébrés (taupes, musaraignes et autres) assouplissent la terre, contribuant à la croissance réussie des arbustes. La nuit, de l'air comprimé refroidi pénètre dans le sol, ce qui est nécessaire à la respiration des racines et des micro-organismes.
Une telle structure étonnante de la biosphère.
