Биосфера туралы түсінік

Биосфера туралы түсінік

19 ғасырдың бас кезінде «биосфера» түсінігін ғылымға ұлы француз табиғат зерттеушісі Ж.Б.Ламарк (1744-1829) енгізген. Жүз жылдан астам уақыт бұрын, 1875 жылы австриялық геолог Эдуард Зюсс өзінің «Альпі тауларының шығу тарихы туралы» кітабының соңғы тарауында жер шарының әртүрлі қабаттары жайында баяндаған кезде, осы терминді алғаш рет қолданған болатын. Бірақ бұл үстіртін айтылған сөз ғылыми ойдың дамуында айтарлықтай роль атқара алған жоқ.

Биосфера туралы ілімнің қазіргі авторы В.И.Вернадский (1863-1945) «биосфера» терминін 1911 жылы қолдана бастағанымен, оған алғаш рет 1923 жылы «Биосфера- планетадағы тірі заттардың таралған аймағы-жердің «ерекше тіршілік қабығы» деп анықтама берді. Биосфера  ретінде Вернадский жер қыртысының бүкіл геологиялық тарихы бойында тірі организмдердің әсеріне ұшыраған  барлық қабаттарын түсінді.

Негізгі сапалары - массасының жиынтығы, химиялық құрамы мен энергиясын қарастыра отырып, планетадағы организмдердің бүкіл жиынтығын В.И. Вернадский «тірі заттар» деп атады. Вернадскийдің констант (тұрақтылық) заңы былай айтылады:

Биосфераның тірі затының  мөлшері –тұрақты шама.

Тірі заттардың жалпы  салмағы 1,8-2,5 х 10¹²т, ал бұл биосфера массасының аз ғана бөлігін (3х10¹⁸т) құрайды. Егер біздің планетамыздың бетіне тірі заттарды біркелкі орналастырсақ, онда ол оның қабатын тек 2 см қалыңдықта жабады.

Жердің көркін, мәнін түзетін  негізгі факторлар- тіршілік болып  табылады. Оның ерекшелігі тек ғана химиялық реакцияларды тездетуде емес, организмнен тыс кейбір  реакциялар қалыпты температура мен қысымда  мүлдем жүрмейді. Л.С.Бергтің айтуынша: «Организмдер физикалық көзқарастар  тұрғысынан мүмкін емес процестерді  жүзеге асырады». Мысалы, көмірсулар мен  майлар организмде 37 °C шамасында, ал организмнен тыста – 400 – 500 °C температурада тотығады. Өнеркәсіпте молекулалық азоттан аммиактың синтезі 500°C температурада және 300-500 атмосфералық қысым жағдайында жүзеге асады. Ал микроорганизмдер бұл реакцияны қалыпты температура мен атмосфералық қысымда жеңіл түрде жүзеге асырады.

 Жер планета ретінде табиғи жағдайлардың әртүрлілігімен сипатталады. Бұлар оның шар тәрізді пішіні мен өз осімен және Күнді айнала қозғалысымен анықталады, өз кезегінде бұлар Күннің белсенділігінің түсу қарқынының маусымдық немесе белдеулік өзгерістерін қамтамасыз етеді. Табиғи жағдайлардың алуан түрлілілігі сонымен қатар Жердің қыртысымен де анықталады. Бірақ Жерде биосфераның негізгі алуантүрлілігін тірі организмдер жасайды. Қазіргі биосферада тірі организдердің 2 млн-ға жуық түрлері бар деп есептелген.

Динамикалық жүйе ретінде биосфераның ерекшелігі- күн энергиясының ағыны және тірі заттардың жұмысы салдарынан — оның біркелкі еместігі.

Биосфераның тағы бір ерекшелігі- оның "сулылыгы". Француз биологы Р.Дюбуаның тіршілікке "жанды су" деп берген анықтамасы В.И.Вернадскийге өте қатты ұнаған.

Биосфераның ерекшеліктерінің бірі- оның космоспен үздіксіз байланысы. Оны алғаш рет өткен ғасырда байқаған. Мысалы, 1825 жылы швейцар астрономы Рудольф Вольт Жердің магнетизмінің Күн бетінде дақ түзілу ырғағымен байланыстылығын есептеген. Бірақ гелиобиологияның туған мерзімі Москва архитектуралық институтында "Жер биосферасына Күннің периодты әсері" деген баяндама оқылған уақыттан бастап, яғни 1915 жыл болып саналады.

7.2.      Биосфера және оның шекаралары

1926 жылы В.И. Вернадский  алғаш рет биосфераның шекаралары  туралы мәселені қарастырды.

Тіршіліктің жүруіне физика-химиялық жағдайлардың қайсысы қолайлы?

Көмірқышқылы  және оттегінің жеткілікті мөлшері

Судың жеткілікті мөлшері

Өте төменгі температура  сияқты, өте жоғары температурасы  болмайтын температуралық режим

Минералдық қоректенуге  элементтің «аз мөлшерінің» болуы

Су ортасының  белгілі тұздылығы

Қазіргі тіршілік жер қабығының  жоғары бөлігінде (литосфера), жердің атмосфералық төменгі қабатында (тропосфера) және жердің сулы қабатында (гидросфера) таралған.

Литосферадағы тіршілікті +100°C -тан жоғары болатын 1,5 - 15 км деңгейдегі және тереңдіктегі жер асты сулары мен тау жыныстарының температурасы шектейді. Жер қабығының жынысынан бактерия табылған ең үлкен тереңдік - 4 км құрайды. Мұнай орындарындағы 2-2,5 км тереңдікте көп мөлшерде бактериялар табылған. Мұхиттағы тіршілік өте терең қабатқа дейін таралған және жер бетінен 10-11 км тереңдікте «мұхиттың түбінде» кезедеседі. Атмосферадағы тіршіліктің жоғары шекарасы – жоғары ультракүлгін радиациясының жер бетіне өтуіне кедергі жасайтын Озон қабаты. Озон қабаты жерден 22-25 км жоғарыда Күннің ультракүлгін сәулесінің көп бөлігін сіңіреді. Озонның қорғаныс қабатынан жоғары  көтерілген барлық тірі организмдер жойылады. Бактерия мен саңырауқұлақ споралары 20-22 км биіктікте табылған, бірақ аэропланктондардың негізгі бөлігі —осы қабаттан 1-1,5 км қабатта кездеседі.

Биосферадағы  тіршіліктің таралуы- біркелкі еместігімен ерекшеленеді. Тірі заттардың концентрациясы негізгі орта бөлігінде, яғни шекаралық қабаты литосфера мен атмосфера арасында болатын- топырақта, мұхиттың беткі қабатында, су қоймаларының түбінде және теңіз түбіндегі зона- литоральда кездеседі.

Биосферада организмнің  концентрациясының көбірек жерін В.И.Вернадский «тіршілік қабықшасы» деп атады.

7.3.Тірі заттардың негізгі қызметі  мен қасиеті

Қазіргі ғылымның көзқарасы бойынша, тірі заттарға кейбір арнаулы қасиеттер тән және олар биосферада белгілі биогеохимиялық функцияларды орындайды.

Тірі заттардың  арнаулы қасиеттері және ерекшеліктері:

1. Биосфераның  тірі заттары энергияның үлкен  қорымен сипатталады.

2. Тірі және  өлі зат арасындағы күрт айырмашылық  химиялық реакциялардың өту жылдамдығынан  байқалады (тірі затта осы реакциялар  мың есе, ал кейде млн есе  тез жүреді).

3. Тірі заттардың  ерекшелігі- оның құрамындағы жеке  химиялық қосылыстарының белок,  фермент және т.б.-ның тек тірі  организмдерде ғана тұрақтылығында.

4. Еркін қозғалыс - биосферадағы барлық тірі заттардың  жалпы белгісі болып табылады.

5. Өлі затпен  салыстырғанда тірі затта көбірек  морфологиялық және химиялық  әртүрлілік кездеседі. Тірі заттардың  құрамына кіретін органикалық  қосылыстар саны 2 млн-нан артық,  ал бұл уақытта өлі заттардың  табиғи қосылыстар саны 2 мың ғана.

6. Тірі зат  мөлшері биосферада үлкен шамада  жеке организмдер түрінде кездеседі.  Ең ұсақ вирустар шамасы 20 нм (1нм  = 10^-9), ең ірі жануар –кит, ұзындығы 33 м-ге жетеді, ең үлкен өсімдік-секвойя, биіктігі 100 м.

Тірі заттардың  негізгі биогеохимиялық функциялары:

Энергетикалық функция- негізгі Күн радиациясымен қатар, биосфера-планетарлық құбылыстардың жүзеге асуының космостық сәулелермен байланыстылығы.

Күн энергиясы  жинақталатын және биосфера компоненттері  арасында таралатын жасыл өсімдіктердің  фотосинтездік іс-әрекеті бұл  функцияның негізін құрайды. Жерде  бүкіл тіршілік құбылысының барлығы  күн энергиясының жинақталуы есебінен өтеді.

Газдық  функция- газдардың миграциялануына және олардың айналымын жүргізіп, биосфераның газдық құрамын қамтамасыз етеді. Қызмет ету процесінде тірі заттардан негізгі газдар азот, көмірқышқыл, оттегі, метан және т.б. түзіледі.

Жинақталу функциясы- қоршаған ортадан биогенді элементтерді тірі организмдердің бөліп алуы және жинауы. Тірі заттар құрамына жеңіл элементтің атомдары сутегі, көміртегі, азот, оттегі, натрий, алюминий, күкірт, калий, хлор, кальций т.б. кіреді. Сыртқы ортаға қарағанда бұл элементтердің концентрациясы тірі организмдер денесінде мың есе жоғары. Бұл биосфераның химиялық құрамының әртектілігімен және оның планетаның өлі заттарының құрамынан анағұрлым айырмашылығымен түсіндіріледі.

Тотығу-тотықсыздану функциясы- ауыспалы тотығу дәрежесі бар атомдар құрамында болатын заттары бар химиялық айналым тән. Мысалы, темір, марганец және т.б. қосылыстар.

Деструктивті  функция-органикалық заттардың минералдануы жүретін организмнің өлгеннен кейінгі ыдырауымен байланысты процесс, яғни тірі заттарды минералды заттарға айналдырады. Нәтижесінде сонымен қатар биогенді және биокосты заттар түзіледі.

Орта  түзуші функция- нәтижесінде тіршілік процестері ортаның физико-химиялық параметрлерінің түзілуін жүзеге асырады.

Тасымалдаушы  функция- ауырлық күшіне қарсы және көлденең бағыттағы заттардың тасымалдануының жүзеге асуы. Тірі заттар- заттардың жоғарыдан төмен қарай кері араласуын қамтамасыз ететін, мұхиттан континентке шығатын биогеохимиялық циклдерінің бұтағын жүзеге асырушы жалғыз фактор.

.      НООСФЕРА

Алғаш рет 1927 жылы «ноосфера» терминін енгізген Сорбеннде геохимиядан оның лекциясын тыңдаған В.И.Вернадскийдің жас замандастары, философ, математик, палеонтолог, антрополог Эдуард Леруа мен палеонтолог, антрополог Пьер Тейяр де Шарден болды. Олар ноосфера деп- табиғат эволюциясының адам санасы пайда болған кезеңдерін түсінген.

Ал В.И.Вернадский, адам еңбегіне бағытталған адамның саналық ролі мен барлық өсуші геологиялық күштері зор болатын биосфераның даму кезеңін- ноосфера деп атады.

Ноосфера саналы адамзаттың іс әрекеттері дамудың негізгі анықтаушы  факторы болатын қоғам мен  табиғаттың әрекеттесу сферасы.

Неліктен «ноосфера» түсінігі пайда болды? Ол биосфера эволюциясындағы  адамның ролін бағалауға байланысты пайда болған. Ноосфера жөніндегі  В.И.Вернадский ілімінің аса бағалылығы, оның тіршіліктің геологиялық, планетарлық  процестердегі биосфераның қалыптасуы мен дамуындағы тірі заттың, организмдердің және планетадағы тірі заттардың  алуантүрлілігін анықтауында.

Тірі организмдердің ішінде зор геологиялық күш ретіндегі  адамды ерекше көрсетті. Бұл жер  ортасында және жер жанындағы  кеңістіктегі («жақын» космос) биогеохимиялық және де басқа процестердің барысына әсер етуге қабілетті күш. Адамның, оның еңбегінің нәтижесінде бұл  орта ерекше өзгерді. Ол бүкіл жер  тарихының геологиялық тарихы бойынша  қалыптасқан, түзілген биосфераның  өзгеруіне соқтыратын адамның қажеттіліктері мен түсініктеріне сәйкес өзгертуге  қабілетті.

В.И.Вернадскийдің пікірінше, ноосфераның қалыптасуы «біздің  планетамыздың кездейсоқ құбылысы емес», «еркін сананың қалыптасуы», - деп айтқан. Басқаша айтқанда, ноосфера зат пен энергия алмасуының табиғи процестері қоғаммен бақыланатын адамды қоршайтын орта. Адам «белгілі бір функциясын» атқаратын биосфераның бөлігі болып табылады.

Адамзат қоғамның табиғатқа  әсері тірі заттардың басқа формаларының әсерлерінен сипаты жөнінен мүлдем өзгеше болды. Тірі организмдер бұрын  өздерінің өсуі, көбеюі, қоректенуі, тыныс алуына қажетті атомдардың тарихына әсер ететін қазір өмірдің  өркениетті формасын түзуге және техникаға  қажет элементтерге әсер ете отырып, бұл шеңберді адам кеңейтті, нәтижесінде  «геохимиялық циклдердің мәңгілік жарысын» өзгертті.

Көптеген ғалымдардың  пікірінше, ноосфера болашақта Күн  жүйесінің ерекше аймағы болады. «Биосфера  ерте ме, кеш пе ноосфера жағдайына көшеді. Дамудың белгілі бір кезеңінде адам планета әрі қарай эволюциясына жауапкершілікті алуға міндетті, олай болмаса оның болашағы болмайды», - деп В.И.Вернадский қорытынды жасады.

Адамзаттың ғылыми еңбектері биосфераны өзгертетін жаңа фактор болып табылады. Нәтижесінде  биосфера жаңа кезеңге ауысып, жаңа күй - ноосфераға көшеді.

7.5. Жердің жалпы антропогендік дағдарыстары

Қазір күнделікті өмірде біз «экологиялық проблмелар»  және «экологиялық дағдарыс» терминдерін  жиі қолданамыз. Бұлардың мәні неде?

Экологиялық проблема - «тірі жүйе - қоршаған орта» жүйесіндегі тепе-теңдіктің бұзылуынан туатын қарама қайшылық.

Экологиялық проблемалар өзекті (планетаның бүкіл биосферасына әсерін тигізеді), аймақтық (нақтылы аймақ) және жергілікті (нақтылы территория, орын) болады. 

Экологиялық дағдарыс- (гректің krisis- бұрылмалы пункт) кездейсоқ табиғи құбылыстардың әсерінен (су тасқыны, вулкандардың атқылауы, қуаңшылық, өрт, күннің күрт суытуы, жер сілкінісі және т.б.) немесе антропогендік факторлардың әсерінен (қоршаған ортаның ластануы, табиғи экожүйелердің бұзылуы, ормандардың кесілуі және т.б.) экологиялық тепе теңдіктің бұзылуы нәтижесінде экожүйелерде (мысалы, биосферада) туатын жағдайлар. Экологиялық дағдарыстың кінәлісі адамның шаруашылық іс -әрекеті болғанда, ол антропогендік экологиялық дағдарыс деп аталады.

Адамзат тарихында 3 антропогендік дағдарысты көрсетуге болады.

Бірінші антропогендік  экологиялық дағдарыс (консументтер дағдарысы) - ірі жануарларды жаппай құртумен байланысты. Ғалымдардың есептеуінше, бұл дағдарыс 10-15 мың жыл бұрын болған. Американ геологы Пол Мартиннің ойынша түйе мен жылқылардың кейбір түрлері, мамонттар және мастодон сияқты Солтүстік Америка және Евразияда мұзды кезеңнің ірі сүтқоректілерінің көпшілігі көптеген ғалымдар ойлағандай қолайсыз климаттық жағдайдың әсерінің нәтижесінде жойылған жоқ, сол кезде түйрейтін қаруларды қолданған мұз кезеңінің аңшыларының іс-әрекетінен жойылған. Бүл пікірді геофизик М.Н.Буденко да қолдайды.