Organizarea materiei vii la nivel de biosferă
Viaţa există sub diverse forme de organizare. Acea parte a globului pământesc (litosfera, hidrosfera şi atmosfera) care este populată de organisme vii formează biosfera.
Fondatorul conceptului de biosferă este considerat savantul rus V. I . Vernadski (1863-1945), care a publicat, în anul 1924, lucrarea Biosfera. în această lucrare sunt evidenţiate două particularităţi generale ale biosferei:
• biosfera reprezintă învelişul viu al Pământului;
• biosfera reprezintă învelişul Pământului care transformă radiaţia cosmică în diferite tipuri de energie: electrică, chimică, mecanică, termică.
Majoritatea organismelor sunt concentrate la suprafaţa Pământului, la mici adâncimi ale bazinelor acvatice, în spaţiul aerian, în straturile superficiale ale solului (până la 25-35 cm). însă limitele de existenţă a organismelor sunt cu mult mai mari. De exemplu, unele organisme (în special bacteriile) pot fi întâlnite în litosferă până la adâncimea de 8 km, în hidrosferă - până la 11 km, iar în atmosferă - până la 85 km (sporii unor bacterii).
Se presupune că biosfera contemporană conţine peste 2 milioane de specii de organisme, iar de la formarea ei şi până în prezent depăşeşte cifra de 1 miliard. Diversitatea speciilor şi densitatea indivizilor în cadrul biosferei depind de mai mulţi factori: specie, zonă geografică, grad de adaptabilitate a organismelor etc.
în componenţa biosferei intră diferite tipuri de materie:
1. materie vie - biomasa alcătuită din vegetaţie (circa 99 % din ecosistemele terestre şi circa 50 % din ecosistemele acvatice) şi animale. Ea se estimează la circa 2,4x1012 tone (circa 0,001 % din masa crustei terestre);
2. materie organică biogenă - resturile organismelor moarte din apă şi sol. Cu timpul, ea se transformă în humus;
3. materie inertă - substanţa anorganică ce formează litosfera, hidrosfera şi atmosfera;
4. materie bioinertă - complex din materie vie, organică biogenică şi inertă (solul, mâlul, apa freatică);
5. materie radioactivă - izotopii radioactivi naturali (235U, 238U, 40K, 14C, 3H etc.), care generează radiaţie ionizantă;
6. atomi liberi dispersaţi - minereuri metalice din straturile litosferei;
7. pulbere cosmică - particule solide de origine cosmică;
8. materie organică tehnogenă - compuşi organici produşi de industria chimică (pesticide etc.).
Biosfera, fiind un sistem deschis, se caracterizează printr-un circuit permanent de materie şi energie cu participarea nemijlocită a organismelor vii.
Organismele autotrofe asigură sinteza substanţelor organice pe baza substanţelor nutritive, absorbite din apă sau sol, a dioxidului de carbon şi energiei solare. Prin fotosinteză şi respiraţie, ele menţin echilibrul dinamic al oxigenului şi dioxidului de carbon, iar prin transpiraţie - şi al apei. Biomasa organică sintetizată asigură existenţa organismelor heterotrofe. Consumatorii (animalele) scindează această substanţă, transformând-o în compuşi caracteristici organismelor. în cele din urmă, animalele saprofite, unele ciuperci şi bacterii descompun această substanţă organică până la compuşi mai simpli, care, la rândul lor, fiind eliberaţi în sol, sunt reincluşi în circuitele biogenice ale majorităţii elementelor chimice (carbon, azot, fosfor, oxigen, hidrogen, sulf etc.).
Circuitul biogeochimic global nu este închis. Reciclarea substanţelor atinge 90-98 %. Restul sunt „depuneri geologice".
Reînnoirea biomasei în biosferă se produce în circa 8 ani. Biomasa vegetală a uscatului se reînnoieşte mai lent (în circa 14 ani), iar biomasa oceanului - cu mult mai repede. Masa organică din oceane se reînnoieşte timp de 33 de zile, iar masa vegetală - în fiecare zi.
134 4. Ecologia şi protecţia mediului
Biomasa şi numărul speciilor în ecosistemele terestre creşte de la poli spre ecuator. în tundră există circa 500 de specii de plante, în zona de stepă - până la 2000 de specii, iar în pădurile tropicale - peste 8000 de specii.
Pădure Pădure Pădure Pădure Pădure Tundră
tropicală subtropicală de foioase mixtă boreală
Biomasa vegetaţiei în diferite zone geografice
Schimbul de apă în hidrosferă durează circa 2800 de ani. Reînnoirea oxigenului din atmosferă se produce în decursul a câtorva mii de ani, iar a dioxidului de carbon - timp de 6,3 ani.
în biosferă se realizează sinteza substanţei organice şi acumularea energiei, paralel cu descompunerea substanţelor complexe şi formarea celor iniţiale.
în limitele Terrei, substanţa organică este încadrată în circuitul mare (geologic) şi circuitul mic (biologic). Circuitul mic decurge în limitele biosferei.
Organismele vii, prin intermediul lanţurilor trofice, asigură migraţia biogenică a elementelor chimice din mediu, determinând, în cele din urmă, menţinerea lor într-un echilibru dinamic, datorită ciclurilor biogeochi- mice.
Implicarea activă a organismelor în migrarea elementelor chimice poate fi observată pe exemplul circuitului carbonului.
Circuitul carbonului începe cu fixarea dioxidului de carbon de către plante în cadrul fotosintezei. O parte din hidraţii de carbon sintetizaţi sunt utilizaţi de aceste plante ca sursă de energie, iar altă parte - consumaţi de animale. Plantele şi animalele moarte se descompun, iar carbonul din ţesuturile lor se oxidează până la dioxid de carbon, ce se elimină în atmosferă. Dioxidul de carbon se mai elimină şi în procesul de respiraţie a plantelor şi animalelor. Prin descompunerea resturilor vegetale şi/sau animale, în lipsă de oxigen se formează turba, cărbunele de pământ, petrolul. La arderea lor, pentru a obţine energie, în atmosferă se elimină dioxid de carbon. Astfel se realizează migrarea carbonului în cadrul unui ciclu.
4. Ecologia şi protecţia mediului 135
Prin circuitul substanţelor, biomasa organică a biosferei contribuie la realizarea funcţiilor biogeochimice principale:
• funcţia gazoasă constă în menţinerea unui echilibru de gaze în atmosfera (fixarea de către plante a dioxidului de carbon şi eliminarea oxigenului în cadrul fotosintezei; utilizarea oxigenului pentru respiraţia plantelor şi animalelor cu eliminarea dioxidului de carbon, a oxizilor de azot etc.);
• funcţia de concentrare constă în acumularea de către organismele vii a tot felul de elemente chimice (carbon, azot, hidrogen, oxigen, fosfor, fier, sulf, iod etc.);
• funcţia de oxidoreducere constă în oxidarea şi reducerea substanţelor în organismele vii (reducerea dioxidului de carbon până la hidraţi de carbon în cadrul fotosintezei şi oxidarea lor până la dioxid de carbon în cadrul respiraţiei).
Circuitul global al substanţelor în biosferă constă în migrarea lor în cadrul litosferei, hidrosferei, atmosferei cu participarea nemijlocită a organismelor vii. Graţie circuitului biologic, se poate menţine viaţa şi în cazul concentraţiilor reduse de elemente chimice.
Circuitul biologic asigură fluxul materiei şi energiei prin intermediul producătorilor, consumatorilor şi descompunătorilor ecosistemelor naturale şi artificiale. Acest ciclu este de două tipuri: închis şi deschis. în cadrul circuitului închis, toate substanţele nutritive caracteristice ecosistemelor naturale sau artificiale se află în transformări succesive în lanţurile trofice.
Prezenţa unui circuit biologic deschis presupune că o parte din substanţele nutritive ale ecosistemelor se stochează la o anumită etapă. Aceste substanţe pot fi valorificate sub formă de recoltă a culturilor agricole sau se pot depune sub formă de materie organică sau anorganică (turbă, cărbune).
Prin intermediul circuitelor de materie şi energie se menţine starea de echilibru dinamic în cadrul biosferei, care este nivelul superior de organizare a materiei vii.
Viaţa există sub diverse forme de organizare. Acea parte a globului pământesc (litosfera, hidrosfera şi atmosfera) care este populată de organisme vii formează biosfera.
Fondatorul conceptului de biosferă este considerat savantul rus V. I . Vernadski (1863-1945), care a publicat, în anul 1924, lucrarea Biosfera. în această lucrare sunt evidenţiate două particularităţi generale ale biosferei:
• biosfera reprezintă învelişul viu al Pământului;
• biosfera reprezintă învelişul Pământului care transformă radiaţia cosmică în diferite tipuri de energie: electrică, chimică, mecanică, termică.
Majoritatea organismelor sunt concentrate la suprafaţa Pământului, la mici adâncimi ale bazinelor acvatice, în spaţiul aerian, în straturile superficiale ale solului (până la 25-35 cm). însă limitele de existenţă a organismelor sunt cu mult mai mari. De exemplu, unele organisme (în special bacteriile) pot fi întâlnite în litosferă până la adâncimea de 8 km, în hidrosferă - până la 11 km, iar în atmosferă - până la 85 km (sporii unor bacterii).
Se presupune că biosfera contemporană conţine peste 2 milioane de specii de organisme, iar de la formarea ei şi până în prezent depăşeşte cifra de 1 miliard. Diversitatea speciilor şi densitatea indivizilor în cadrul biosferei depind de mai mulţi factori: specie, zonă geografică, grad de adaptabilitate a organismelor etc.
în componenţa biosferei intră diferite tipuri de materie:
1. materie vie - biomasa alcătuită din vegetaţie (circa 99 % din ecosistemele terestre şi circa 50 % din ecosistemele acvatice) şi animale. Ea se estimează la circa 2,4x1012 tone (circa 0,001 % din masa crustei terestre);
2. materie organică biogenă - resturile organismelor moarte din apă şi sol. Cu timpul, ea se transformă în humus;
3. materie inertă - substanţa anorganică ce formează litosfera, hidrosfera şi atmosfera;
4. materie bioinertă - complex din materie vie, organică biogenică şi inertă (solul, mâlul, apa freatică);
5. materie radioactivă - izotopii radioactivi naturali (235U, 238U, 40K, 14C, 3H etc.), care generează radiaţie ionizantă;
6. atomi liberi dispersaţi - minereuri metalice din straturile litosferei;
7. pulbere cosmică - particule solide de origine cosmică;
8. materie organică tehnogenă - compuşi organici produşi de industria chimică (pesticide etc.).
Biosfera, fiind un sistem deschis, se caracterizează printr-un circuit permanent de materie şi energie cu participarea nemijlocită a organismelor vii.
Organismele autotrofe asigură sinteza substanţelor organice pe baza substanţelor nutritive, absorbite din apă sau sol, a dioxidului de carbon şi energiei solare. Prin fotosinteză şi respiraţie, ele menţin echilibrul dinamic al oxigenului şi dioxidului de carbon, iar prin transpiraţie - şi al apei. Biomasa organică sintetizată asigură existenţa organismelor heterotrofe. Consumatorii (animalele) scindează această substanţă, transformând-o în compuşi caracteristici organismelor. în cele din urmă, animalele saprofite, unele ciuperci şi bacterii descompun această substanţă organică până la compuşi mai simpli, care, la rândul lor, fiind eliberaţi în sol, sunt reincluşi în circuitele biogenice ale majorităţii elementelor chimice (carbon, azot, fosfor, oxigen, hidrogen, sulf etc.).
Circuitul biogeochimic global nu este închis. Reciclarea substanţelor atinge 90-98 %. Restul sunt „depuneri geologice".
Reînnoirea biomasei în biosferă se produce în circa 8 ani. Biomasa vegetală a uscatului se reînnoieşte mai lent (în circa 14 ani), iar biomasa oceanului - cu mult mai repede. Masa organică din oceane se reînnoieşte timp de 33 de zile, iar masa vegetală - în fiecare zi.
134 4. Ecologia şi protecţia mediului
Biomasa şi numărul speciilor în ecosistemele terestre creşte de la poli spre ecuator. în tundră există circa 500 de specii de plante, în zona de stepă - până la 2000 de specii, iar în pădurile tropicale - peste 8000 de specii.
Pădure Pădure Pădure Pădure Pădure Tundră
tropicală subtropicală de foioase mixtă boreală
Biomasa vegetaţiei în diferite zone geografice
Schimbul de apă în hidrosferă durează circa 2800 de ani. Reînnoirea oxigenului din atmosferă se produce în decursul a câtorva mii de ani, iar a dioxidului de carbon - timp de 6,3 ani.
în biosferă se realizează sinteza substanţei organice şi acumularea energiei, paralel cu descompunerea substanţelor complexe şi formarea celor iniţiale.
în limitele Terrei, substanţa organică este încadrată în circuitul mare (geologic) şi circuitul mic (biologic). Circuitul mic decurge în limitele biosferei.
Organismele vii, prin intermediul lanţurilor trofice, asigură migraţia biogenică a elementelor chimice din mediu, determinând, în cele din urmă, menţinerea lor într-un echilibru dinamic, datorită ciclurilor biogeochi- mice.
Implicarea activă a organismelor în migrarea elementelor chimice poate fi observată pe exemplul circuitului carbonului.
Circuitul carbonului începe cu fixarea dioxidului de carbon de către plante în cadrul fotosintezei. O parte din hidraţii de carbon sintetizaţi sunt utilizaţi de aceste plante ca sursă de energie, iar altă parte - consumaţi de animale. Plantele şi animalele moarte se descompun, iar carbonul din ţesuturile lor se oxidează până la dioxid de carbon, ce se elimină în atmosferă. Dioxidul de carbon se mai elimină şi în procesul de respiraţie a plantelor şi animalelor. Prin descompunerea resturilor vegetale şi/sau animale, în lipsă de oxigen se formează turba, cărbunele de pământ, petrolul. La arderea lor, pentru a obţine energie, în atmosferă se elimină dioxid de carbon. Astfel se realizează migrarea carbonului în cadrul unui ciclu.
4. Ecologia şi protecţia mediului 135
Prin circuitul substanţelor, biomasa organică a biosferei contribuie la realizarea funcţiilor biogeochimice principale:
• funcţia gazoasă constă în menţinerea unui echilibru de gaze în atmosfera (fixarea de către plante a dioxidului de carbon şi eliminarea oxigenului în cadrul fotosintezei; utilizarea oxigenului pentru respiraţia plantelor şi animalelor cu eliminarea dioxidului de carbon, a oxizilor de azot etc.);
• funcţia de concentrare constă în acumularea de către organismele vii a tot felul de elemente chimice (carbon, azot, hidrogen, oxigen, fosfor, fier, sulf, iod etc.);
• funcţia de oxidoreducere constă în oxidarea şi reducerea substanţelor în organismele vii (reducerea dioxidului de carbon până la hidraţi de carbon în cadrul fotosintezei şi oxidarea lor până la dioxid de carbon în cadrul respiraţiei).
Circuitul global al substanţelor în biosferă constă în migrarea lor în cadrul litosferei, hidrosferei, atmosferei cu participarea nemijlocită a organismelor vii. Graţie circuitului biologic, se poate menţine viaţa şi în cazul concentraţiilor reduse de elemente chimice.
Circuitul biologic asigură fluxul materiei şi energiei prin intermediul producătorilor, consumatorilor şi descompunătorilor ecosistemelor naturale şi artificiale. Acest ciclu este de două tipuri: închis şi deschis. în cadrul circuitului închis, toate substanţele nutritive caracteristice ecosistemelor naturale sau artificiale se află în transformări succesive în lanţurile trofice.
Prezenţa unui circuit biologic deschis presupune că o parte din substanţele nutritive ale ecosistemelor se stochează la o anumită etapă. Aceste substanţe pot fi valorificate sub formă de recoltă a culturilor agricole sau se pot depune sub formă de materie organică sau anorganică (turbă, cărbune).
Prin intermediul circuitelor de materie şi energie se menţine starea de echilibru dinamic în cadrul biosferei, care este nivelul superior de organizare a materiei vii.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu