כולנו חלק מקליפה חיה - הביוספירה. זוהי מערכת אקולוגית ייחודית לא רק של הפלנטה שלנו, אלא של הגלקסיה כולה. כמובן, מחקרים אחרונים אישרו כי אורגניים נמצאו על מאדים ועל אסטרואידים שונים, אך מגוון כזה של צורות חיים ייחודי לכדור הארץ. אם אתם מוכנים להרחיב מעט את אופקיכם ולחרוג מתכנית הלימודים בבית הספר, הגיע הזמן לדבר ביתר פירוט על מאפייני הביוספרה, המבנה והפונקציות העיקריות שלה.
המושג של הביוספרה ומהותה
הביוספירה היא מעטפת מותנית של כדור הארץ המאוכלסת באורגניזמים חיים. למה מותנה? העובדה היא שקונכיות אחרות של כוכב הלכת (יבשתיות, מים ואוויר) מסגרות את כדור הארץ בשכבה רציפה. תחילה מגיעים כדור הארץ וקרום האוקיינוס (ליתוספירה), אחר כך ההידרוספירה (היא מאחדת את כל גופי המים), אחרי - האטמוספירה(מעטפת אוויר עוברת בצורה חלקה לחלל החיצון). קשה לדמיין את הביוספרה כשכבה ספציפית, מכיוון שאורגניזמים חיים מפוזרים באופן שווה על פני כל פני כדור הארץ ויכולים לחיות בכל שלושת היסודות.
המאפיינים המהותיים של הביוספרה חוזרים לימי קדם, אך עדיין זוהי הקליפה ה"צעירה" ביותר של הפלנטה שלנו. החיים על פני כדור הארץ נוצרו לאחרונה יחסית, רק לפני 3.8 מיליארד שנים, שבהשוואה לגילו של כדור הארץ, זה דבר של מה בכך. ישנם שני מושגים של הביוספרה:
- הראשון מגדיר את הקליפה כמכלול של כל החומר האורגני על הפלנטה. הוא זה שימש את הבסיס למונח, המשמש עד היום.
- המושג השני הוצע על ידי V. I. Vernadsky, הוא האמין שהביוספרה היא אחדות ואינטראקציה בלתי נפרדות של הטבע החי והדומם, במובן הרחב של הגדרות אלה.
עם זאת, המאפיינים העיקריים של הביוספרה נקבעים בדיוק לפי המרכיב האורגני שלה. אחרי הכל, זה ההבדל המהותי שלה מקונכיות אחרות של כדור הארץ.
תורת הביוספרה ומקור המונח
המושג של פגז חי הוצע במאה ה-19. ז'אן-בטיסט למארק נתן תיאור קצר של הביוספרה, בעוד השם הרשמי אפילו לא היה קיים עדיין. בשנת 1875, הפליאונטולוג והגיאולוג האוסטרי אדוארד סואס טבע לראשונה את המונח "ביוספירה", שבו משתמשים עד היום.
הפילוסוף והביוגאוכימאי הסובייטי V. I. Vernadsky תרם תרומה עצומה לחקר כל החיים על פני כדור הארץ, הוא התפרסם בזכות יצירתה של דוקטרינה הוליסטית של הביוספרה. בְּבכתביו, אורגניזמים חיים פועלים ככוח רב עוצמה המשתתף ללא הרף בטרנספורמציה של כדור הארץ.
גבולות של אורגניזמים חיים
תיאור כללי של הביוספרה מתחיל בתיאור הגבולות שבתוכם יכולים לחיות אורגניזמים חיים. חלקם עקשנים למדי ויכולים לעמוד אפילו בתנאים הקריטיים ביותר.
גבולות הביוספירה:
- גבול עליון. זה נקבע על ידי האטמוספירה, ובמיוחד שכבת האוזון של כדור הארץ, זה בערך 15-20 קילומטרים. ככל שקרוב יותר לקו המשווה, כך מסך המגן של כוכב הלכת חזק יותר. מעל שכבת האוזון, החיים פשוט בלתי אפשריים, מכיוון שקרינה אולטרה סגולה אינה תואמת את הפעילות החיונית של תאי האורגניזם. בנוסף, כמות החמצן פוחתת משמעותית עם הגובה, וזה גם פוגע ביצורים החיים.
- גבול תחתון. נקבע על ידי הליתוספירה, העומק המרבי האפשרי אינו עולה על 3.5 - 7.5 קילומטרים. הכל תלוי בעלייה הקריטית בטמפרטורה שבה מתרחש דנטורציה של מבני חלבון. עם זאת, רוב האורגניזמים החיים מרוכזים בעומק של מטרים ספורים בלבד, זוהי מערכת השורשים של צמחים, פטריות, מיקרואורגניזמים, חרקים ובעלי חיים שחיים בחורים.
- גבולות בהידרוספירה. אורגניזמים חיים יכולים להתקיים לחלוטין בכל חלק של האוקיינוס: מפני השטח של המים (פלנקטון, אצות) ועד לתחתית תעלות ים עמוקות. לדוגמה, מדענים הוכיחו שחיים קיימים אפילו בתעלת מריאנה בעומק של 11 קילומטרים.
מבנה מעטפת חי
המאפיינים העיקריים של הביוספרה כולליםהמבנה שלו. ורנדסקי הבחין בכמה סוגים של חומרים המרכיבים את הקליפה החיה. יתר על כן, הם יכולים להיות גם ממקור אורגני וגם לא אורגני:
- חומר חי. זה כולל כל מה שיש לו מבנה סלולרי. עם זאת, מסת החומר החי במבנה הביוספרה קטנה ומסתכמת במיליונית של הקליפה כולה. המאפיין של החומר החי של הביוספרה הוא שזהו החלק החשוב ביותר של הפלנטה שלנו. אחרי הכל, אורגניזמים חיים הם שמשפיעים ללא הרף על מראה כדור הארץ, ומשנים את מבנה פני השטח שלו.
- חומר ביוגני. אלו הם מבנים שנוצרים ומעובדים על ידי אורגניזמים חיים. באופן מפתיע, במשך מיליוני שנים, יצורים חיים עברו דרך מערכות האיברים שלהם כמעט את כל האוקיינוס העולמי, כמות עצומה של גזים אטמוספריים ומסה גדולה של מינרלים. תהליכים אלו מייצרים מינרלים ממקור אורגני, כגון נפט, סלעי קרבונט ופחם.
- חומר אינרטי. אלה הם תוצרים של טבע דומם, שנוצרו ללא השתתפות ישירה של אורגניזמים חיים. זה כולל סלעים, מינרלים והחלק האנא-אורגני של הקרקע.
- חומר ביולוגי אינרטי. אנו זוכרים שאורגניזמים חיים משפיעים כל הזמן על כדור הארץ. כתוצאה מכך נוצרים חומרים שהם תוצרים של ריקבון והרס של מבנים אינרטיים. קבוצה זו כוללת אדמה, קרום בליה וסלעי משקע ממקור אורגני.
- כמו כן, המבנה של הביוספרה יכול לכלול חומרים שנמצאים בפניםמצב של ריקבון רדיואקטיבי.
- אטומים הם קבוצה נפרדת, שנוצרת ללא הרף בתהליך של יינון בהשפעת קרינה קוסמית.
- לאחרונה, חומרים שמקורם מחוץ לכדור הארץ (קוסמי) נכללו במבנה הביוספרה.
חומר חי בקליפות אחרות של כדור הארץ
אם נתעכב בפירוט על המאפיינים וההרכב של הביוספרה, אז אי אפשר שלא לשקול את תכונות הפעילות החיונית של אורגניזמים חיים בקליפות אחרות של כדור הארץ:
Aerosphere. אורגניזמים חיים אינם יכולים להיות תלויים בשכבות האטמוספירה, טיפות מים מיקרוסקופיות משמשות מצע לחיים של אירוביונטים, ופעילות השמש והאירוסולים פועלים כמקור לאנרגיה בלתי נדלית. אורגניזמים החיים באטמוספירה מחולקים לשלוש קבוצות. טרובוביונטים - פעילים בחלל מצמרות העצים ועד ענני קומולוס. אלטוביונים הם אורגניזמים שיכולים לשרוד באוויר דליל. פרביונים - נופלים בטעות לשכבות הגבוהות ביותר של האטמוספירה. בגובה זה, הם מאבדים את יכולתם להתרבות, ומחזור החיים שלהם מצטמצם באופן משמעותי
גיאוביוספירה. קרום כדור הארץ משמש כמצע ובית גידול לגיאוביונטים. קליפה זו כוללת גם כמה רמות שעליהן חיות צורות חיים ספציפיות. טרביונטים הם אורגניזמים החיים ישירות על פני הקרקע. בתורו, הטרביוספירה מחולקת למספר קונכיות נוספות: הפיטוספרה (האזור מצמרות העצים ועדפני כדור הארץ) והאיפדוספירה (שכבת קרקע וקרום בליה). אזור אאולי - אזורים בגובה רב, שאליהם החיים בלתי אפשריים אפילו לצמחים גבוהים יותר. Eolobionts הם נציגים טיפוסיים של אזור זה. Lithobiosphere - שכבות עמוקות של קרום כדור הארץ. אזור זה מחולק להיפוטרביוספירה (מקום בו יכולות לחיות צורות חיים אירוביות (דורשות חמצן) ולטלורוביוספרה (רק אורגניזמים אנאירוביים (ללא חמצן) יכולים לשרוד כאן). בנוסף, ניתן למצוא בליתוביוספירה ליטוביונטים החיים במי תהום ובנקבוביות הסלע
הידרוביוספירה. אזור זה מכסה את כל גופי המים (למעט מי תהום ולחות אטמוספרית) של הפלנטה שלנו, כולל קרחונים. תושבי הימים והאוקיינוסים נקראים הידרביונטים, אשר בתורם מחולקים ל: Aquabions - תושבי המים היבשתיים. מרינוביונטים הם אורגניזמים חיים של הים והאוקיינוסים. שלוש רמות חיים נבדלות בעמוד המים, בהתאם לכמות אור השמש שחודרת פנימה: הפוטוספירה היא האזור המואר ביותר. הדיספוטוספירה היא תמיד אזור הדמדומים של האוקיינוס (לא יותר מ-1% מהשחמה). אפוטוספירה - אזור של חושך מוחלט
מטונדרה ליערות טרופיים. סיווג של ביומות של כוכב לכת
מאפייני הביוספרה קשורים קשר בל יינתק עם מושג הביומה. מונח זה מתייחס למערכות ביולוגיות גדולות בעלות סוג מסוים של צמחייה או מאפייני נוף ספציפיים. יש תשעה בסך הכל. להלן תיאור קצר של העיקרביוספרה ביומס:
- טונדרה. מרחב עצום ללא עצים התופס את החלקים הצפוניים של אירואסיה וצפון אמריקה. הצמחייה של אזור זה אינה עשירה, בעיקר חזזיות, עשבים עונתיים וטחבים. החי מגוון יותר, במיוחד בחודשים החמים של השנה, כאשר מתחילה עונת הנדידה של מינים רבים של ציפורים ובעלי חיים.
- טייגה. סוג הצמחייה העיקרי באזור זה הוא יערות מחטניים. הביומה תופסת כ-11% משטח הקרקע כולו. למרות תנאי מזג האוויר הקשים, לטייגה יש חי וצומח מגוונים ביותר.
- יערות מוחלטים. ממוקם באזור הממוזג. העונתיות של האקלים וכמות מספקת של לחות אפשרו התפתחות של סוג מסוים של צמחייה בביום זה. אלו הם בעיקר מיני עצים רחבי עלים. בנוסף, יערות אלו הם ביתם של יונקים רבים, ציפורים ופטריות, שלא לדבר על חרקים ומיקרואורגניזמים.
- ערבות. ביומה זו מיוצגת על ידי הערבות האסייתיות והערבות הקלאסיות של צפון אמריקה. לרוב, מדובר בשטחים פתוחים ללא עצים, שכן מחסור משמעותי בלחות משפיע. אבל עולם החי עדיין מגוון.
- אזור ים תיכוני. האזור מסביב לים באותו השם מאופיין בקיץ חם ויבש למדי ובחורפים קרירים נוחים מאוד. צמחייה אופיינית מיוצגת על ידי יערות עלים קשים, שיחים קוצניים ועשבים.
- מדבריות. למרבה הצער, יותר מ-30% מהקרקע תפוסה על ידי אזורים שאינם נוחים כלל למגורים של אורגניזמים חיים. אזורי מדבר נמצאים לאורךברחבי אפריקה ואוסטרליה, בדרום אמריקה, כמו גם בדרום, בדרום מערב ובמרכז אירואסיה. החי והצומח של אזורים אלה דלים למדי.
- סוואנות. הביומה הזו היא חלל פתוח שמכוסה כולו בדשא ובעצים בודדים. למרות העובדה שמדובר בקרקעות דלות למדי, החי של אזור זה בולט במגוון שלו. סוואנות אופייניות לאפריקה, דרום אמריקה ואוסטרליה.
- יערות עוקצניים (טרופיים). אזור זה נבדל בצורות מוזרות של שיחים קוצניים ועצים בני מאות שנים - באובב. בשל חלוקה לא אחידה של הגשמים, הצמחייה של ביומה זו דלילה למדי. ניתן למצוא יערות טרופיים בדרום מערב אסיה ואפריקה.
יערות טרופיים. זהו האזור הרטוב ביותר בכוכב הלכת שלנו. הצמחייה של ביומה זו בולטת בקנה מידה ובמגוון שלה. יערות גשם רחבי עלים ממוקמים באגנים של נהרות גדולים הזורמים במלואם, כמו האמזונס, אורינוקו, ניז'ר, זמבזי, קונגו. הם מכסים גם את חצאי האיים והארכיפלגים של דרום מזרח אסיה
פונקציות בסיסיות של מעטפת חיה בטבע
הגיע הזמן לשקול את הפונקציות העיקריות של הביוספרה ואת המאפיינים שלהן:
- אנרגיה. פונקציה זו מתבצעת על ידי צמחים המשתתפים בתהליך הפוטוסינתזה. על ידי צבירת אנרגיה סולארית, הם מפיצים אותה בין מרכיבים אחרים של הקליפה החיה, או צוברים אותה בחלקיקים אורגניים מתים. כך מופיעים מינרלים דליקים (פחם, כבול, שמן).
- גז. אורגניזמים חיים מעורבים בחילופי הגזים המתמשכים.
- ריכוז. לצורות חיים מסוימות יש את היכולת לצבור באופן סלקטיבי יסודות ביוגנים מהסביבה החיצונית. לאחר מכן, הם יכולים לשמש מקור לחומרים אלו.
- הרסני. אורגניזמים חיים משפיעים כל הזמן על הסביבה, מתפרקים ומעבדים את פני השטח שלה. כך נוצר חומר אינרטי וביו אינרטי.
- ייצור סביבה. הביוספרה שומרת על איזון של תנאים סביבתיים נוחים ולא נוחים, הנחוצים לחיים מלאים של אורגניזמים.
מאפייני הביוספירה
מכיוון שהקליפה החיה היא מערכת מורכבת מאוד, המאפיינים של הביוספרה אינם יכולים להסתדר בלי התכונות הבסיסיות שקובעות את הספציפיות שלה:
- ריכוזיות. כל התהליכים במעטפת החיה מרוכזים סביב אורגניזמים חיים, הם תופסים מקום מרכזי בתורת הביוספרה.
- פתיחות. הביוספרה יכולה להתקיים רק בגלל אנרגיה מבחוץ, במקרה זה מדובר בפעילות סולארית.
- התאמה עצמית. הביוספרה היא "אורגניזם הוליסטי", אשר, כמו יצור חי, יש לו יכולת הומאוסטזיס.
- מגוון. מספר עצום של בעלי חיים, צמחים, מיקרואורגניזמים ופטריות חיים על פני כדור הארץ.
- הבטחת מחזור החומרים. הודות לאורגניזמים חיים מתבצעת הפוטוסינתזה ומחזור החומרים. במאפייני הביוספרה, שני התהליכים הללו תופסים את אחד המקומות העיקריים.
אבולוציה והיסטוריהפיתוח המעטפת החיה של כדור הארץ
אם מאפיינים את הביוספרה מנקודת מבט של אבולוציה, נוכל לומר שזו המעטפת היחידה שמתפתחת ומשתפרת ללא הרף. הכל עניין של חומר חי, הוא זה שמתפתח כל הזמן. לחלק האנאורגני של הקליפה החיה אין יכולת להתפתח. אם נדבר על המאפיינים של הביוספרה בעתיד, אז הכל קצת יותר מסובך. המעטפת הופכת לא יציבה יותר ויותר, וקשה מאוד לחזות התפתחויות נוספות.
ביוספירה מלאכותית
אדם לא יכול להתקיים מחוץ לקליפה חיה, קשה מאוד לשחזר את כל מה שהוא יכול לתת לנו. המאפיינים של הביוספרה כל כך ייחודיים שהאנושות עדיין לא יכולה לשחזר את תנאיה במלואם בסביבה מלאכותית. עם זאת, המדע אינו עומד במקום, ואולי, בעתיד, מדענים ישיגו הצלחה מסוימת בכיוון זה.
