Сторінка
1

Природне середовище і його основні компоненти. Кругообіг речовини і енергії в біосфері

Природне середовище і його основні компоненти

Коротко зупинимося на питаннях походження та еволюції Землі як складової Сонячної системи. На запитання: "Звідки взялась наша планета?" найлегше було б відповісти традиційно — "Бог створив". Але з чого, коли і як? Відповіді на це ми не маємо.

Дещо складніше пояснити це явище з позицій наших знань як про планету, так і про самих себе.

Земля є третьою за віддаленістю від Сонця планетою Сонячної системи. Швидкість її обертання навколо світила становить 29,76 км/с. Орбіта нашої планети еліптична, велика її піввісь дорівнює 149,6 млн км. Період обертання навколо Сонця становить один зоряний рік — 365 діб, 9 хв і 10 с. За розрахунками фахівців, геологічний вік планети Земля — 4-5 млрд років.

Екваторіальний радіус Землі дорівнює 6378,16 км, площа її поверхні — 510 млн км2, а об'єм — 1083 млрд км3. Загальна маса Землі (разом з атмосферою) становить 5,98 • 1021 т. Площа суходолу, включаючи материки і острови, дорівнює 149 млн км2, площа океанів — 360 млн км2. Загальна маса води, зосередженої в океанах, дорівнює 1,45- 1018т.

Більшу частину земної кулі займають води (близько 70,8 % всієї поверхні), які називаються гідросферою, або водяною оболонкою Землі. Насамперед це чотири океани: Тихий, Індійський, Атлантичний і Північний Льодовитий, які мають загальну назву Світовий океан, а також усі інші поверхневі води. У Світовому океані переважають глибини 3-6 тис. м; максимальну глибину — 11034 м — має Маріанська западина в Тихому океані.

Близько 29,2 % поверхні земної кулі займає суходіл — материки Євразія, Африка, Північна та Південна Америка, Австралія, Антарктида та острови. Середня висота суходолу над рівнем Світового океану — 875 м, найвища вершина — Еверест — 8848 м. Зазвичай суходіл називають літосферою, але літосфера — це лише незначна частина твердої оболонки земної кулі.

Внутрішня будова планети Земля відома лише в загальних рисах, тому що досліджено лише поверхневі шари літосфери—до 25 км. Існує певний поділ шарів Землі на власне літосферу — шар земної кори на глибину 30-75 км під сушею і 3-10 км під океанами, мантію (або барисферу} — до глибини близько 2500 км і ядро Землі. У напрямі до центру Землі збільшуються тиск, густина речовини і температура. За розрахунками, в центрі Землі тиск досягає 3,5 млн кг/см2, густина речовини в ядрі —12-17 г/см3, температура—до кількох тисяч градусів. Щодо джерела температури всередині Землі існує кілька гіпотез. За однією з них, це результат природного розпаду радіоактивних елементів.

Літосфера і гідросфера вкриті газовою оболонкою — атмосферою, висота якої над поверхнею Землі становить 1000-1300 км, проте сліди атмосфери виявляють навіть на відстані до 6000 км від поверхні Землі.

Умовно атмосферу поділяють на п'ять шарів залежно від висоти:

• тропосфера — 8-18 км;

• стратосфера — до 40 км;

• мезосфера — 40-80 км;

• термосфера — 80-1000 км;

• екзосфера, або сфера розсіювання — понад 1000км; з цього шару молекули газів розсіюються в космічний простір.

Цілком природно, що найважливішим для існування, зокрема людини, є перший шар — тропосфера. У ній зосереджена майже вся водяна пара і 4/5 всієї маси атмосферного повітря. Саме тут формуються всі погодні явища, що впливають на людину. Тропосфера—нижній шар атмосфери, який простягається від поверхні Землі до висоти 16-18 км; при цьому слід зауважити, що в північних широтах її висота обмежується 8-Ю км. Над тропосферою розміщується тропопауза — перехідний прошарок, висота якого залежить від географічної широти, пори року, циклонічної діяльності. Наступний шар атмосфери — стратосфера — закінчується на висоті близько 40 км від поверхні Землі. Саме у стратосфері під впливом сонячної радіації утворюється озоновий шар — своєрідний екран, який захищає живі організми нашої планети від космічного випромінювання.

Характеристика Землі як планети буде неповною, якщо не згадати про найважливішу і найунікальнішу її оболонку — біосферу. Біосфера — область поширення життя на земній кулі — населена живими організмами поверхня літосфери, майже вся товща гідросфери і нижній шар тропосфери.

За визначенням В. Вернадського, загалом біосфера, яка є оболонкою Землі, де існують живі організми, — це певна частина земної кулі, зайнята трансформаторами, за допомогою яких космічне випромінювання перетворюється на дієву енергію Землі — електричну, хімічну, механічну, теплову тощо.

Кругообіг речовини і енергії в біосфері

Життя на Землі було б неможливе, якби не було безперервного процесу утворення органічних речовин з неорганічних з одночасним використанням сонячної енергії. Таким процесом, як відомо, є фотосинтез, що відбувається в зелених частинах рослин. Завдяки хлорофілу — складній органічній сполуці, яка, зокрема, і зумовлює зелений колір більшості рослин — з вуглекислого газу і води за допомогою сонячної енергії утворюються органічні речовини, які дають початок усім подальшим перетворенням речовин у живих організмах. У процесі фотосинтезу в рослинах світлова енергія перетворюється на енергію хімічних зв'язків, за рахунок якої рослини ростуть і розвиваються.

Не слід вважати, що цим рівнянням описується весь процес фотосинтезу. Насправді він складається з розгалужених циклів світлових фотохімічних і темпових ферментативних реакцій, що відбуваються в організмі рослин. Процес фотосинтезу полягає в тому, що за допомогою енергії світла вода розкладається з виділенням кисню, а водень витрачається на відновлення вуглекислого газу. Отже, фотосинтез — це найважливіший біохімічний процес живлення рослин, під час якого вони засвоюють енергію сонячної радіації і за її допомогою з неорганічних речовин синтезують органічні сполуки.

Грандіозність фотосинтетичного процесу вражає. Одне дерево з проекцією крони 150 м2, тобто діаметром крони близько 14м, має приблизно 800 тис. листків, площа внутрішньої фотосинтезуючої поверхні яких перевищує 150 тис. м2. Таке дерево переробляє за одну годину 2,5 кг вуглекислого газу (така його кількість міститься у 5 тис. м3 повітря) і близько 1 кг води, використовуючи при цьому 6075 кал сонячної енергії для синтезу 1600 г вуглеводів (глюкози).

Листкова поверхня площею 25 м2 протягом сонячного дня виділяє таку кількість кисню, яка потрібна одній людині на добу. Розраховано, що для врожаю пшениці 40 ц/га рослини повинні утворити 10 т загальної біомаси і при цьому засвоїти — з ґрунту близько 150 кг азоту і близько 500 кг інших мінеральних речовин, з повітря — 20-25 т вуглекислого газу.