אדם נוהג לקרוא למרחב שמסביב טבע או בית גידול. רובנו קיבלנו ידע בסיסי על מושג זה בשיעורים בבית הספר: תולדות הטבע (כיתה ג'), גיאוגרפיה וביולוגיה (4), אנטומיה וכימיה (6). אך מעטים מבינים כיצד המדעים הללו משולבים, אלא שכולם שייכים לתחום מדעי הטבע. כדי לסכם את כל הידע האנושי על העולם הסובב, נוצר שם אחד רחב - הביוספרה. למרות שנים רבות של מחקר ומחקר מדוקדק, כדור הארץ עדיין נותן למדענים סיבה לחשוב על התהליכים המתרחשים בו.
הגדרה
מה נקרא הביוספירה? יש די הרבה פרשנויות למונח הזה בספרות, וכולן שונות בתוכן, אבל כמעט זהות במשמעותן. לרוב, הביוספרה נקראת המערכת האקולוגית הגלובלית של כדור הארץ, שבה האדם נכלל כאחד המינים הבודדים.אם נתרגם את השם "ביוספירה" מילולית מהשפה היוונית העתיקה, אז יש לה שני שורשים. "כדור" פירושו "אזור, כדור, כדור", והשורש "ביוס" מתורגם כ"חיים". מסתבר שם די רחב ומדויק, שלמעשה מגדיר מדע מורכב ורב גוני. VI Vernadsky נותן תשובה מורחבת לשאלה מה נקרא הביוספרה. הוא מגדיר מושג זה כמכלול של ידע מדעי על כדור הארץ, הכולל גיאוגרפיה, גיאוכימיה, ביולוגיה, גיאולוגיה. הביוספרה היא אוסף של קונכיות כדור הארץ, המשולבות על פי עקרון נוכחותם של יצורים חיים ובית הגידול שלהם. כל הספירות שונות בהרכבן, בתפקודים ובמאפיינים, אך לכל אחת מהן תפקיד משמעותי בקיום ובאבולוציה של העולם סביבנו.
הוראה על הביוספירה
הפילוסוף, המדען, הגיאולוג והביוכימאי V. I. Vernadsky יצר מערכת אינטגרלית של ידע. עד תחילת המאה ה-20 הייתה עבודת מחקר רבה על חקר כדור הארץ והתהליכים המתרחשים בו, אך המדען הרוסי הגדול הצליח להעמיק ולהכליל את החומר הזה. בתחילת המאה ה-19 הגדיר חוקר הטבע הצרפתי למארק את המושג הראשוני של המדע העתידי, אך לא נתן לו שם. הפליאונטולוג והגיאולוג האוסטרי אדוארד סואס טבע את המונח "ביוספירה" ב-1875, שבו משתמשים עד היום. הוא יגדיר את המדע הזה כידע על כל החיים על הפלנטה שלנו. רק לאחר 50 שנה ורנדסקי יוכיח את הקשר בין אורגניזמים חיים לחומרים אנאורגניים, את מחזור הדם שלהם. מה נקראביוספרה בשלב הנוכחי? זוהי אחת הקונכיות של כדור הארץ, שבה מרכיבים טבעיים ממקורות שונים מתקשרים, השילוב ביניהם הוא שיוצר מערכת ייחודית ומאוזנת.
אטמוספירה
מעטפת האוויר החיצונית של כדור הארץ. רוב המסה שלו מרוכזת ממש לפני השטח, ובגובה היא משתרעת על פני שלושת אלפים קילומטרים. האטמוספירה היא הקלה מכל הקונכיות, היא לא עוזבת את פני השטח רק בגלל כוח המשיכה של כוכב הלכת, אבל עם הגדלת הגובה, השכבות שלו נפרשות בהדרגה. שכבת האוזון מספקת הגנה מפני חשיפה לשמש רדיואקטיבית על ידי הפחתת רמת האולטרה סגול הפוגעת בכדור הארץ. הרכב האטמוספירה כולל גזים: פחמן דו חמצני, חנקן, חמצן, ארגון, המבטיחים את קיומם של יצורים חיים.
הידרוספרה
הביוספרה של כדור הארץ כוללת חלק ממעטפת המים של כוכב הלכת. הרכבו משתנה בהתאם למצב הצבירה של החומר. ההידרוספירה מאחדת את כל משאבי המים על פני כדור הארץ, שיכולים להיות בצורה נוזלית, גזי ומוצקה. שכבות פני השטח של האוקיינוס העולמי משמשות לפיזור מחדש של החום המגיע מהשמש דרך האטמוספירה. למים יש חשיבות מיוחדת בתהליך מחזור החומרים בטבע, מכיוון שהם החלק הנייד ביותר. האורגניזמים של הביוספרה שלטו במלואם באלמנט המים, ניתן למצוא אותם באגנים התחתונים העמוקים ביותר של האוקיינוס העולמי ובקרחונים הארקטיים. ההרכב הכימי של ההידרוספירה כולל את היסודות העיקריים הבאים: מגנזיום, נתרן, כלור,גופרית, פחמן, סידן וכו'.
Lithosphere
במערכת השמש שלנו, לא לכל כוכבי הלכת יש מעטפת מוצקה, כדור הארץ במקרה זה הוא חריג. הליתוספירה היא מסה עצומה של סלעי סלע (קשים) המהווים חלק מהיבשה ומשמשים כמצע האוקיינוסים. עובי הקליפה הזו של כדור הארץ הוא בין 70 ל-250 קילומטרים, הרכבה הוא המגוון ביותר מבחינת מספר היסודות הכימיים (סיליקון, אלומיניום, ברזל, חמצן, מגנזיום, אשלגן, נתרן וכו'), שהם הכרחי לקיומם של כל היצורים החיים. גיאוספרה זו מאופיינת ברוחב הקטן ביותר של שכבת חלוקת החיים. המפותחת ביותר היא השכבה העליונה של הליתוספירה, שהיא כמה מטרים. ככל שהעומק גדל, הטמפרטורה והצפיפות של הקליפה הקשה עולים, מה שביחד עם היעדר אור, לא מאפשרים את קיומם של אורגניזמים חיים.
ביוספירה
גיאוספרה זו מאחדת את כל קונכיות כדור הארץ (הידרוספרה, אטמוספירה וליתוספרה) על ידי נוכחותם של חומר חי בהן. קשה להפריז בתפקידה של הביוספרה עבור האנושות כולה, היא הסביבה ומקור המקור. זוהי מערכת מורכבת של יחסי גומלין הקובעת את אפשרות קיומו של כל אורגניזם עקב חילופי חומר ואנרגיה. יותר מ-40 יסודות כימיים מעורבים בתהליך של מחזור הדם, המתרחש ללא הרף בין תרכובות אורגניות ואי-אורגניות. מקור האנרגיה העיקרי הוא השמש. כדור הארץ ממוקם במרחק האופטימלי מהכוכב ומצויד במגןמחסום אווירה. לכן, יחד עם החומר החי, אנרגיית השמש היא הגורם הביוכימי החשוב ביותר בקיום הביוספרה. בשל השפעתם של מספר גורמים, לתהליכים המתמשכים יש צורה מחזורית מלאה, הם מבטיחים את זרימת החומר בין האטמוספרה, הליתוספירה, ההידרוספירה ואורגניזמים חיים.
גבולות הביוספירה
כאשר מנתחים את אורך המעטפת של הביוספרה, ניתן לראות את התפלגותה הלא אחידה. הגבול התחתון נמצא בשכבות הליתוספירה; הוא אינו נופל מתחת ל-4 ק"מ. השכבה העליונה של קרום כדור הארץ - האדמה - היא השכבה הרוויה ביותר של הביוספרה מבחינת צפיפות תכולת החומר החי. ההידרוספירה, הכוללת את מרחבי האוקיינוס העולמי, נהרות, אגמים, ביצות, קרחונים, היא לגמרי חלק מ"הקונכייה החיה". הריכוזים הגבוהים ביותר של אורגניזמים נצפים בשכבות פני השטח ובשכבות החוף של מקווי מים, אך חיים קיימים גם באגני ים עמוקים, בעומק מרבי של יותר מ-11 ק"מ, ובמשקעי תחתית. הגבול העליון של הביוספרה נמצא במרחק של 20 ק"מ מפני השטח. האטמוספירה מגבילה את "השכבה החיה" למגן אוזון, שמעליו יושמדו אורגניזמים על ידי קרינה אולטרה סגולה קצרה. לפיכך, הריכוז המרבי של חומר חי ממוקם בגבולות הליתוספירה והאטמוספירה.
Composition
הדוקטרינה של הביוספרה נוצרה על ידי VI Vernadsky, הוא גם קבע את תפקיד המפתח של אורגניזמים בהיווצרות ובתפקוד של "הקונכייה החיה" של כדור הארץ. בעבר, מדענים אחרים הגיעו למסקנות דומות, אך רוסיותחוקר הטבע הצליח להוכיח את הצורך בנוכחות במבנה של תרכובות אנאורגניות, המשתתפות גם הן במחזור הכללי. לדעתו, לביוספרה יש את ההרכב הבא:
- אורגניזמים חיים (מסה ביולוגית, מכלול כל המינים).
- חומר ביוגני (נוצר במהלך חייהם של אורגניזמים חיים, הוא תוצר של עיבודם).
- חומר אינרטי (תרכובות לא אורגניות שנוצרות ללא השתתפות של אורגניזמים חיים).
- חומר ביולוגי אינרטי (נוצר במשותף על ידי אורגניזמים חיים וחומר אינרטי).
- חומר ממקור קוסמי.
- אטומים מפוזרים.
היסטוריה של התרחשות
לפני מיליארדי שנים נוצרה הקליפה המוצקה של כדור הארץ, הליתוספירה. השלב הבא בהיווצרות של מה שנקרא הביוספרה התרחש עקב תהליכים גיאולוגיים שהניעו לוחות טקטוניים, גרמו להתפרצויות געשיות, רעידות אדמה וכו'. לאחר היווצרות צורות גיאולוגיות יציבות, הגיע תורה להופעתם של אורגניזמים חיים. הם קיבלו את ההזדמנות להתפתח עקב פליטות פעילות של יסודות ביוכימיים שונים שהתרחשו במהלך היווצרות הליתוספירה. חומר חי יוצר תנאים מקובלים לחיים כבר כמה מיליוני שנים. בשל התפתחותו השלבית, נוצר הרכב הגז של האטמוספירה. האינטראקציה המתמדת של תרכובות אורגניות ואי-אורגניות תחת השפעת אנרגיית השמש אפשרה לחומר חי להתפשט על פני כדור הארץלשנות באופן משמעותי את המראה שלה.
Evolution
האורגניזמים החיים הראשונים על פני כדור הארץ הופיעו בהידרוספירה, היציאה ההדרגתית שלהם ליבשה נמשכה תקופה די ארוכה. התפתחותה של מעטפת נוספת של הביוספרה - הליתוספירה, גרמה להיווצרות שכבת האוזון. עקב תהליך הפוטוסינתזה, מסה ביולוגית עצומה ספגה פחמן דו חמצני מהאטמוספירה ושחררה חמצן. במקרה זה, חומר חי משתמש במקור כמעט בלתי נדלה של אנרגיה - השמש. אורגניזמים אירוביים, שחסרו להם חומר אורגני בעובי ההידרוספירה, הגיעו אל פני הקרקע והאיצו משמעותית את תהליך האבולוציה עקב מחזור האנרגיה. נכון להיום, "הקליפה החיה" של כדור הארץ נמצאת במצב של שיווי משקל יציב, אך האנושות משפיעה עליה השפעה שלילית הולכת וגוברת. נוצר כדור חדש של כדור הארץ - הנואספירה, זה מרמז על סיוע הרמוני יותר של האדם והטבע, אבל זה נושא נפרד ומעניין מאוד למחקר. הביוספרה ממשיכה לתפקד, למרות ירידה משמעותית בביומסה, "הקונכייה החיה" מבקשת לפצות על הנזק שנגרם מפעילות האדם. כפי שמראה ההיסטוריה, תהליך זה עשוי לקחת פרק זמן משמעותי.
פונקציות ביוכימיות
המרכיב העיקרי במבנה הביוספירה הוא ביומסה. הוא מבצע את כל הפונקציות הביוכימיות של "הקונכייה החיה", שומר על הרכבה במצב של שיווי משקל, ומבטיח את תהליך זרימת החומרים והאנרגיה. פונקציית הגז שומרת על ההרכב האופטימלי של האטמוספירה. היאזה מתבצע על ידי פוטוסינתזה של צמחים, המשחררים חמצן וסופגים פחמן דו חמצני. אורגניזמים חיים פולטים CO2 במהלך הנשיפה והפירוק. חילופי גזים מתרחשים כל הזמן, תרכובות אנאורגניות לוקחות בו חלק במהלך המעבר של תגובות כימיות. פונקציית האנרגיה מורכבת מהטמעה וטרנספורמציה של ביומסה (צמח) של מקור חיצוני - אור השמש. פונקציית הריכוז מבטיחה הצטברות של חומרים מזינים. כל האורגניזמים בתהליך החיים צוברים את רמת התוכן הדרושה של יסודות ביוכימיים, אשר לאחר מותם חוזרים לביוספרה בצורה של תרכובות אורגניות ואי-אורגניות. פונקציית החיזור היא תגובה ביוכימית. היא מתרחשת במהלך חייו של אורגניזם חי ומהווה חוליה הכרחית במחזור החומרים.
ביומסה
כל היצורים החיים מפוזרים בצורה לא אחידה על פני כדורי כדור הארץ. הריכוז הגבוה ביותר של ביומסה נצפה בצמתים של הגיאוספרות של כוכב הלכת. זה קורה עקב היווצרות תנאי חיים אופטימליים (טמפרטורה, לחות, לחץ, נוכחות של תרכובות ביוכימיות). גם הרכב הביומסה אינו מאותו סוג. ביבשה, לצמחים יש יתרון; בהידרוספירה, בעלי חיים מהווים את הבסיס לחומר חי. צפיפות הביומסה תלויה במיקום הגיאוגרפי, בעומק המגורים בליתוספירה ובגובה באטמוספירה. מספר מיני הצמחים ובעלי החיים גדול מאוד, אך בית הגידול של כל האורגניזמים הוא הביוספרה. ביולוגיה, כמדע נפרד, היא במידה רבהמסביר את כל התהליכים המתרחשים בו. זהו המקור, הרבייה, ההגירה של כל סוגי הביומסה.
תכונות הביוספירה
המשמעות והקנה מידה של "הקונכייה החיה" של כדור הארץ יבטיחו את המחקר המתמיד שלה על ידי דורות חדשים של מדעני טבע. המערכת ייחודית בשלמותה, בפיתוח הדינמי, באיזון. כמאפיין העיקרי והמפתיע ביותר שלו, אפשר לייחד את החוסן והיכולת להתאושש. מספר האסונות במהלך קיומה של הביוספרה כסרט חי של כדור הארץ הוא עצום. הם הובילו להכחדה של רוב הביומסה, שינו באופן משמעותי את מראה כוכב הלכת, תיקנו את התהליכים המתרחשים על פני השטח שלו ובליבה. אבל לאחר כל מכה, הביוספרה שוחזרה בצורה שונה, תוך הסתגלות להשפעה השלילית או דיכאתה. זו הסיבה שהביוספרה של כדור הארץ היא אורגניזם חי שיכול לווסת באופן עצמאי את כל התהליכים המתרחשים בטבע.
סיכויים לפיתוח
כל ילד מודרני בבית הספר היסודי לומד נושא כמו היסטוריה של הטבע (כיתה ג'). בשיעורים אלו מסבירים לאדם קטן מהו העולם מסביב ולפי אילו כללים הוא קיים. אולי כדאי לשנות מעט את התוכנית וללמד ילדים לכבד ולאהוב את הטבע, אז האנושות תוכל ליצור גיאוספרה חדשה. יש ליישם את כל הידע שנצבר במשך מאות שנים על הביוספרה להמשך התפתחותה, מה שירמוז על איחוד הטבע והאדם. לפני שיהיה מאוחר מדי לתקן את מה שנעשהפגיעה בסביבה, אנשים צריכים לחשוב על העובדה ש"הקליפה החיה" של כדור הארץ יכולה להתאושש מעצמה, אך במקביל היא יכולה לחסל חפץ שגורם נזק קבוע לשלמותו ולהרמוניה שלו.
