Todos los seres vivos del planeta Tierra entran en estrecho contacto entre sí y con el medio ambiente, formando así ecosistemas. Estas comunidades de organismos que interactúan no están aisladas entre sí. Están interconectados por varias relaciones, principalmente la comida. La totalidad de los ecosistemas forma un solo ecosistema planetario, que se denomina biosfera. Este artículo considerará la estructura de la biosfera, su composición y funciones principales.
Ciencia
Este concepto fue introducido por primera vez en la ciencia por J. B. Lamarck allá por 1803 y significaba la totalidad de todos los organismos vivos del planeta Tierra. A fines del siglo XIX, el término "biosfera" fue utilizado por J. Zuse, quien incluyó la materia inanimada de las rocas sedimentarias en la estructura de la biosfera. La doctrina de la biosfera apareció en 1926, cuando V. I. Vernadsky resumió una gran cantidad de información científica, de una forma u otra.que ilustra la relación entre la materia viva y la no viva. El científico pudo demostrar que nuestro planeta no solo está habitado por organismos vivos, sino que también está siendo transformado activamente por ellos. Además, según Vernadsky, la intervención humana en los procesos naturales es tan significativa que se puede hablar de la noosfera, una nueva fase en el desarrollo de la biosfera. Hoy, la ciencia de la biosfera combina datos de diferentes campos del conocimiento. Entre ellas se encuentran la biología, la química, la geología, la climatología, la oceanología, la ciencia del suelo y otras.
La estructura de la biosfera es tal que los organismos vivos pueden mantener de forma independiente la composición necesaria del suelo, la atmósfera y la hidrosfera. Desempeñan un papel ambiental clave. Con base en esto, los científicos plantearon la hipótesis de que el suelo y el aire fueron creados por los propios organismos vivos durante cientos de millones de años de evolución. Habiendo estudiado las similitudes en la estructura de las rocas geológicas que se encuentran más profundas que el Cámbrico, con rocas posteriores, Vernadsky sugirió que la vida en el planeta existió en forma de los organismos más simples casi desde el principio. Más tarde, los geólogos demostraron la falacia de esta hipótesis.
Dado que el sol es la base energética para la existencia de toda la vida en la Tierra, la biosfera puede considerarse como un caparazón, cuya estructura y composición se forman debido a la actividad conjunta de los organismos vivos y están determinadas por la entrada de energía solar. Ahora vamos a familiarizarnos con la estructura de la biosfera de la Tierra.
Vivo y no vivo
Considerando la composición y estructura de la biosfera, en primer lugarcabe señalar que se compone de materia viva y no viva (materia inerte). La mayor parte de los organismos vivos se concentra en tres capas geológicas de la Tierra: la atmósfera (capa de aire), la hidrosfera (océanos, mares, etc.) y la litosfera (capa superior de roca). Sin embargo, estas conchas están distribuidas de manera desigual en el ecosistema más grande. Así, la hidrosfera está completamente representada en la estructura de la biosfera, mientras que la litosfera y la atmósfera están parcialmente representadas (capas superior e inferior, respectivamente).
El componente no vivo de la biosfera consta de:
- Sustancia biogénica, que es producto de la actividad vital de los organismos vivos. Incluye: carbón, petróleo, turba, caliza natural, gas, etc.
- Sustancia bioinerte, que es el resultado conjunto de la actividad vital de organismos y procesos no biológicos. Esto incluye: suelo, limo, depósitos de agua, etc.
- Sustancia inerte, que está incluida en el ciclo biológico, pero no es producto de la actividad vital de los organismos vivos. Este grupo incluye: agua, sales metálicas, nitrógeno atmosférico, etc.
Límites de la biosfera
Conceptos como la composición, la estructura y los límites de la biosfera están estrechamente relacionados entre sí. A pesar de que se han encontrado bacterias y esporas en altitudes de hasta 85 kilómetros, se cree que el límite superior de la biosfera es de 20 a 25 km. En altitudes elevadas, la concentración de materia viva es insignificante debido a la fuerte influencia de la radiación solar.
En la hidrosfera, la vida está presente en todas partes. E incluso en la Fosa de las Marianas, cuya profundidad es de 11 km, el científicode Francia, J. Picard observó no solo invertebrados, sino también peces. Bacterias, algas, foraminíferos y crustáceos viven bajo más de 400 metros de hielo antártico. Las bacterias se encuentran debajo de una capa kilométrica de limo y en las aguas subterráneas. Sin embargo, la mayor concentración de seres vivos se observa a una profundidad de hasta 3 km. Por lo tanto, los límites y la estructura de la biosfera en diferentes partes del planeta pueden ser diferentes.
Atmósfera, litosfera e hidrosfera
La atmósfera está compuesta principalmente de oxígeno y nitrógeno. Contiene pequeñas cantidades de argón, dióxido de carbono y ozono. La vida de las criaturas terrestres y acuáticas depende del estado de la atmósfera. El oxígeno es necesario para la respiración de los organismos vivos y la mineralización de las sustancias orgánicas moribundas. Bueno, las plantas utilizan el dióxido de carbono para la fotosíntesis.
La litosfera tiene un espesor de 50 a 200 km, sin embargo, el mayor número de especies de organismos vivos se concentra en su capa superior de varias decenas de centímetros de espesor. La propagación de la vida en las profundidades de la litosfera está limitada debido a una serie de factores, los principales de los cuales son: f alta de luz, alta densidad del medio y alta temperatura. Así, el límite inferior de la distribución de la vida en la litosfera es una profundidad de 3 km, en la que se encontraron algunos tipos de bacterias. Para ser justos, debe tenerse en cuenta que no vivían en el suelo, sino en aguas subterráneas y horizontes petrolíferos. El valor de la litosfera radica en que da vida a las plantas, nutriéndolas con todas las sustancias necesarias.
Hidrosferaes un componente esencial de la biosfera. Alrededor del 90% del suministro de agua cae en el Océano Mundial, que ocupa el 70% de la superficie del planeta. Contiene 1.300 millones de km3, y los ríos y lagos contienen 0,2 millones de km3 de agua. El factor más importante en la actividad vital del organismo es el contenido de oxígeno y dióxido de carbono en el agua.
Números fascinantes
La composición, estructura y funciones de la biosfera sorprenden con su escala. Ahora vamos a conocer algunos datos interesantes. El agua contiene 660 veces más dióxido de carbono que el aire. En tierra, prevalece la diversidad del mundo vegetal, y en el mar, el mundo animal. El 92 por ciento de toda la biomasa en la tierra son plantas verdes. En el océano, el 94% son microorganismos y animales.
En promedio, una vez cada ocho años, la biomasa de la Tierra se renueva. Las plantas terrestres necesitan 14 años para esto, las plantas oceánicas, 33 días. Tomará 3000 años para que toda el agua del globo pase a través de organismos vivos, oxígeno, hasta 5000 años y dióxido de carbono, 6 años. Para el nitrógeno, el carbono y el fósforo, estos ciclos son aún más largos. El ciclo biológico no está cerrado: alrededor del 10% de la materia viva pasa a los depósitos sedimentarios y los entierros.
La biosfera representa solo el 0,05% de la masa de nuestro planeta. Ocupa alrededor del 0,4% del volumen de la Tierra. La masa de los seres vivos es solo el 0,01-0,02% de la masa de la materia inerte, sin embargo, juegan un papel muy importante en los procesos geoquímicos.
200 mil millones de toneladas de peso seco orgánico se producen anualmente, y enLa fotosíntesis absorbe 170 mil millones de toneladas de dióxido de carbono. En el proceso de actividad vital de los microorganismos, cada año participan en el ciclo biogénico 6 mil millones de toneladas de nitrógeno y 2 mil millones de toneladas de fósforo, así como una gran cantidad de hierro, magnesio, azufre, calcio y otros elementos. Durante este tiempo, la humanidad produce alrededor de 100 mil millones de toneladas de minerales.
En el curso de su vida, los organismos contribuyen significativamente a la circulación de sustancias, estabilizando y transformando la biosfera, cuyas propiedades y estructura hacen pensar en la presencia de poderes superiores.
Función de energía
Después de familiarizarnos con la estructura y composición de la biosfera, pasemos a sus funciones. Comencemos con la energía. Como sabes, las plantas absorben la radiación solar y saturan la biosfera con energía vital. Aproximadamente el 10% de la luz captada es utilizada por los productores para sus necesidades (principalmente para la respiración celular). Todo lo demás se distribuye a través de cadenas alimentarias en todos los ecosistemas de la biosfera. Parte de la energía se conserva en las entrañas de la tierra, saturándolas con su poder (carbón, petróleo, etc.).
Incluso considerando brevemente las funciones y la estructura de la biosfera, siempre destacan la función redox como una subespecie de energía. Al ser productoras, las bacterias quimiosintéticas pueden extraer energía de las reacciones de oxidación y reducción de compuestos inorgánicos. En el proceso de oxidación del sulfuro de hidrógeno, las bacterias del azufre se alimentan de energía y hierro (de 2-valente a 3-valente) - bacterias del hierro. Nitrificante tampoco te sientes sinasuntos. Oxidan compuestos de amonio a nitratos y nitritos. Por eso, los agricultores fertilizan sus campos con compuestos de amonio, que las plantas no absorben por sí solos. Al fertilizar el suelo directamente con nitratos, los tejidos de almacenamiento de las plantas se sobresaturan de agua, lo que provoca un deterioro de su sabor y un aumento del riesgo de enfermedades digestivas en quienes las consumen.
Función de formación del entorno
Los organismos vivos forman el suelo y también regulan la composición de las capas de aire y agua de la tierra. Si la fotosíntesis no existiera en el planeta, el suministro de oxígeno atmosférico se agotaría en 2000 años. Además, literalmente en un siglo, debido a un aumento en la concentración de dióxido de carbono en el aire, los organismos comenzarían a morir. En un día, un bosque puede absorber hasta el 25% del dióxido de carbono de una capa de aire de 50 metros. Un árbol de tamaño mediano puede proporcionar oxígeno para cuatro personas. Una hectárea de bosque caducifolio, ubicada cerca de la ciudad, retiene anualmente unas 100 toneladas de polvo. El lago Baikal, famoso por su claridad cristalina, lo es gracias a pequeños crustáceos que lo “filtran” tres veces al año. Y estos son solo algunos ejemplos de cómo los organismos vivos regulan la composición de las sustancias en la biosfera.
Función de concentración
Los seres vivos, y en especial los microorganismos, son capaces de concentrar muchos elementos químicos que se encuentran en la biosfera. Casi el 90% de nitrógeno del sueloson el resultado de la actividad de las algas verdeazuladas. Las bacterias pueden concentrar hierro (por ejemplo, al oxidar bicarbonato soluble en agua a hidróxido depositado en su entorno), manganeso e incluso plata. Esta sorprendente característica permitió a los científicos creer que es gracias a los microorganismos que hay tantos depósitos de metal en la tierra.
En algunos países, elementos como el germanio y el selenio se extraen de las plantas. Las algas Fucus pueden acumular 10.000 veces más titanio que el contenido en el agua de mar circundante. Cada tonelada de algas pardas contiene varios kilogramos de yodo. El roble australiano acumula aluminio, pino - berilio, abedul - bario y estroncio, alerce - niobio y manganeso, y el torio se concentra en álamo temblón, cerezo y abeto. Además, algunas plantas incluso "recolectan" metales preciosos. ¡Entonces, en 1 tonelada de ceniza de ajenjo puede haber hasta 85 gramos de oro!
Función destructiva
La estructura química de la biosfera de la Tierra y su entorno involucra no solo procesos creativos, sino también destructivos. Sin embargo, también juegan un papel importante en la regulación de sustancias en el planeta. Con la vida activa de los organismos vivos, se produce la mineralización de los residuos orgánicos y la meteorización de las rocas. Las bacterias, los hongos, las algas verdeazuladas y los líquenes pueden descomponer las rocas duras al liberar ácidos carbónico, nitroso y sulfúrico. Los compuestos corrosivos también liberan raíces de árboles. Hay bacterias que incluso pueden destruir el vidrio y el oro.
Función de transporte
Considerando la estructura yfunciones de la biosfera, no se puede perder de vista la transferencia de masa de la materia. Un árbol eleva agua de la tierra a la atmósfera, un topo arroja la tierra hacia arriba, un pez nada contra la corriente, un enjambre de langostas migra: todo esto es una manifestación de la función de transporte de la biosfera.
La materia viva puede realizar un tremendo trabajo geológico, formando una nueva imagen de la biosfera y participando activamente en todos sus procesos.
Por separado cabe señalar el proceso de formación de las rocas sedimentarias. La primera etapa de este proceso es la meteorización: la destrucción de las capas superiores de la litosfera bajo la acción del aire, el sol, el agua y los microorganismos. Al entrometerse en la roca, las raíces de las plantas pueden destruirla. El agua que se filtra por las grietas formadas por las raíces se disuelve y se lleva la sustancia. Esto se debe a los componentes corrosivos de la planta. Los líquenes son especialmente abundantes en ácidos orgánicos. Por lo tanto, la meteorización física ocurre junto con la meteorización química.
Debido a la muerte de los organismos del plancton, hasta 100 millones de toneladas de piedra caliza se depositan anualmente en el fondo de los océanos del mundo. Muchos de ellos son de origen químico, encontrándose, por ejemplo, en la zona de contacto entre aguas subterráneas ácidas y alcalinas. Con la muerte de las algas unicelulares y los radiolarios, se forman sedimentos que contienen silicio que cubren cientos de miles de km2 del lecho marino.
Función formadora de suelo
Las propiedades y la estructura de la biosfera son tan amplias que todas sus funciones están estrechamente relacionadas. Así, la formación del suelo es una de las ramas del intercambio de masa.y formación ambiental, pero se considera por separado debido a su importancia. Durante la destrucción y el procesamiento posterior de las rocas por parte de los microorganismos, se forma una capa suelta y fructífera de la tierra, llamada suelo. Las raíces de las plantas grandes extraen elementos minerales de los horizontes profundos, enriqueciendo con ellos las capas superiores del suelo y aumentando su fecundidad. El suelo recibe compuestos orgánicos de las raíces y tallos muertos de las plantas, así como de los excrementos y cadáveres de animales. Estos compuestos son alimento para los organismos del suelo que mineralizan la materia orgánica, produciendo dióxido de carbono, ácidos orgánicos y amoníaco.
Los invertebrados, los insectos y sus larvas desempeñan el papel más importante en la formación de estructuras. Hacen que el suelo sea suelto y apto para la vida vegetal. Los animales vertebrados (topos, musarañas y otros) aflojan la tierra y contribuyen al crecimiento exitoso de los arbustos en ella. Por la noche, el aire comprimido frío penetra en el suelo, lo cual es necesario para la respiración de raíces y microorganismos.
Qué estructura tan asombrosa de la biosfera.
