Середовище, де реалізується діяльність людини

Біосфера — сфера життя, простір на поверхні земної кулі, в якому поширені живі істоти.

Фундаментальною відмінністю живої речовини від іншої е те, що вона охоплена еволюційним процесом, під час якого безперервно виникають нові форми живих істот. Різноманітні форми життя і їх багатофункціональність створюють основу стійкого обігу речовин і каналізованих потоків енергії. В цьому специфіка і гарантія стійкої біосфери як унікальної оболонки земної кулі.

Таким чином, біосфера (за В.І. Вернадським) е одною з геологічних оболонок земної кулі, глобальною системою Землі, в якій геохімічні і енергетичні перетворення визначаються сумарною активністю всіх живих організмів — живої речовини.

Активна діяльність живих організмів охоплює відносно невеликий прошарок оболонок нашої планети. Його межі визначаються комплексом умов, які забезпечують стійке існування сукупності живих організмів. До складу біосфери входять: нижня частина атмосфери, гідросфера і верхні шари літосфери, яка переважно змінилася під дією вивітрювання за участю живих організмів. Цим прошарком максимальних змін є ґрунт.

Кожна з цих геологічних оболонок планети має свої специфічні властивості, які визначають не тільки набір форм живих організмів, що мешкають в конкретній частині біосфери, але і їх основні фізіологічні особливості" які формують своїм впливом принципові шляхи еволюції і становлення фундаментальних ознак життєвих форм організмів, в тому числі й людини.

Таким чином, повітряна, водна оболонки і прошарок ґрунту, заповнені життям, є основними середовищами життя, що активно формують його склад і біологічні властивості.

Біосферні зв'язки складалися протягом тривалого часу. В природі не існує нічого зайвого і непотрібного. Саме існування підтримується за рахунок зв'язків у біосфері. їх суть у біосфері надзвичайно складна і визначена практично тільки у загальних рисах. Неживою частиною біосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи. Діяльність останніх визначають зворотні зв'язки, що йдуть від продуцентів.

Продуценти або автотрофи — це організми, що створюють органічну речовину за рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. До цього типу належать рослини (їх близько 350 тис. видів, за масою становлять 2,4 * 1012 т).

Консументи або гетеротрофи — організми, що отримують енергію за рахунок харчування консументами. До них належать рослиноїдні тварини, хижаки і паразити, а також рослини- та гриби-хижаки (їх близько 1,5 млн, за масою складають близько 2,3*1010 т).

Редуценти — мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуктів і консументів до простих сполук — води, вуглекислого газу і мінеральних солей. Взагалі їх налічується 75 тис. видів, а сумарна маса дорівнює 1,8 * 108 т.

Внаслідок здійснення біотичного кругообігу речовин у біосфері відбуваються такі процеси:

1) продуценти (рослини) в межах реалізації механізму фотосинтезу виробляють органічну речовину, споживаючи сонячну енергію, воду, вуглекислий газ і мінеральні солі. Хемопродуценти використовують енергію хімічних реакцій, наприклад, окислення сполук заліза або сірки, теж виробляють органічну речовину.

2) консументи (травоїдні тварини) живляться органічною масою рослин, консументи другого та третього порядків (хижаки, паразити, рослини- і гриби-хижаки) споживають інших консументів.

3) редуценти споживають частину поживних речовин, розкладають мертві тіла рослин і тварин до простих хімічних сполук (води, вуглекислого газу та мінеральних солей), замикаючи таким чином кругообіг речовин у біосфері.

Найголовнішою ланкою управління в біосфері є енергія. Першорядною є енергія Сонця, а другорядною — енергія внутрішнього тепла Землі та радіоактивного розпаду елементів.

Сонячна радіація характеризується щільністю світлового потоку, який досягає земної атмосфери як сонячна константа (R = 1352 Вт/м2). На одиницю площі всієї поверхні атмосфери припадає в середньому 1/4 сонячної константи. В цілому, близько 56 % Я цієї енергії йде на випаровування води. Під час конденсації вологи це тепло, що вилучається разом із залишком — 44 %, витрачається на нагрівання повітря, води, ґрунту. Обумовлені цим нагріванням конвекційні процеси в атмосфері і гідросфері реалізуються в природі як вітри та течії. Менше 1 % сумарної радіації вилучається при будь-яких фотохімічних реакціях в нижніх прошарках атмосфери, верхніх прошарках води і в клітинах рослин. Головна складова цих фотохімічних реакцій — фотосинтез. Світловий фактор є основним джерелом енергії для фотосинтезу. Тому світло має фундаментальне екологічне значення.

Основними факторами, що впливають на рослинний світ (крім світлового), є достатня температура, наявність високої концентрації С02, тривалість світлової доби.

Тривалість світлової доби визначається як фотоперіодизм.

Зміни фотоперіоду в середніх широтах випереджають зміни температури і пов'язані з ними "хвилі життя". Вони служать сигналом для початку періодичних сезонних змін життєдіяльності рослин, тварин і людини. Цей початок здійснює коригування шляхом впливу тривалості світлової доби на сигнальну систему з виробництва визначених гормонів, які викликають відповідні фізіологічні зміни в організмі.

Всі живі організми мають потребу в їжі. Ця потреба має два значення:

1) як джерело енергії для підтримки життя і здійснення своїх функцій;

2) як матеріал для побудови і оновлення своїх клітинних структур, для продукції і розмноження.

Кількість їжі на Землі визначається чистотою первинної продукції рослин. Це приблизно 140 млрд т в рік сухої речовини фіто-маси, в якій міститься енергія обсягом 2,3 * 1021 Дж. Таку кількість їжі за рік використовують гетеротрофи, у яких біомаса на порядок менша. Відповідно до правила одного відсотка на частку кінцевих консументів — в основному великих тварин — має припадати менше одного відсотка об'єму деструкції. Використання біомаси і біогенних продуктів не для споживання в природі відносно невелике, але надзвичайно значиме для людського господарства.

Вибірність споживання годувальних речовин має місце і в рослин, і у тварин. Будь-яка їжа є набором різних елементів у продуктах споживання, які завжди обов'язкові і незамінні, В умовах відсутності будь-якого з цих елементів (лімітуючого фактора) виникає порушення життєдіяльності аж до загибелі організму. Для нормального розвитку в їжі має бути певна кількість амінокислот, вітамінів і мікроелементів. Вплив на фізіологічний стан окремих особин, якісний і кількісний вміст їжі дає можливість відповідно впливати і на стан тварин, людей як в цілому, так і на їх динамічні характеристики — народження, інертність, темпи розвитку і якість потомства.

Кліматичні фактори, викликані потоками сонячної енергії, реалізуються тепловими процесами атмосфери. Виявлення цих процесів має місце в формуванні показників клімату.

В еколого-кліматичну характеристику місцевості входять: середньорічні величини і сезонні (помісячні) коливання температури, її добовий хід, мінімуми та максимуми, термін переходу температури через 0°, кількість опадів, випаровування вологи, сила та напрями вітру, вологість повітря, термін сонячного сяйва, сумарна сонячна радіація, радіаційний баланс та інші показники.

З усіх кліматичних факторів, пов'язаних з енергетикою біосфери, температура має найбільше екологічне значення. Вона регулює перетворення потоку енергії біля поверхні Землі та, в свою чергу, суттєво впливає на енергетику біоти.

Генеральна закономірність впливу температури на живі організми виражається дією її на швидкість обмінних процесів. Відповідно до загального правила для всіх хімічних реакцій, встановленого Вант-Гоффом, підвищення температури веде до пропорційного підвищення швидкості реакції. Різниця полягає в тому, що в живому організмі хімічні процеси завжди проходять за участю складних ферментних систем. Активність цих систем і швидкість біохімічних реакцій кількісно змінюється залежно від зовнішньої температури.

Величину температурного прискорення хімічних реакцій зручно виражати коефіцієнтом Q10. Коефіцієнт показує у скільки разів підвищується швидкість реакції, коли підвищилася температура на 10 °С.

Коливання коефіцієнта температурного прискорення Q10 здійснюється в межах 2—3.

В одному і тому ж організмі величина температурного прискорення біохімічних реакцій неоднакова для будь-яких процесів. Ця закономірність часто визначає межі температурної стійкості організму в цілому.

Життєві функції можуть мати місце у визначеному інтервалі температур. В зв'язку з цим розрізняють температурні пороги життя, вище і нижче яких життя неможливе.

Верхній температурний поріг життя теоретично визначається температурою "зсідання білка", що відповідає стану "теплової загибелі". У більшості тварин "теплова загибель" наступає раніше, ніж починають коагулювати білки.

Досягнення нижнього температурного порогу життя супроводжується порушенням діючих в організмі процесів. Наприклад, порушення діяльності серця під час слабкого охолодження проявляється в змінах ритмів скорочень серцевих м'язів, а при більш сильних — в її провідності і збудженні.

Важливе значення у визначенні нижнього температурного порогу життя мають структурні зміни в клітинах і тканинах, що пов'язано із замерзанням позаклітинної та внутріклітинної рідини. Під час утворення кристалів льоду відбувається механічне ушкодження тканин, що часто є безпосередньою причиною холодової загибелі. Крім того, утворення льоду руйнує обмінні процеси: зневоднює організм, підвищує концентрацію солей, руйнує білок.

Атмосфера. Сучасна атмосфера Землі за хімічним складом відноситься до азотно-кисневого типу.

Газовий склад атмосфери Землі складається з (вміст, об'ємні %): N2 — 78,09 ; O2 — 20,95; CO2 — 0,03 та інертні (залишок).

Властивості газової оболонки Землі неоднакові за вертикаллю. Велике значення має зменшення атмосферного тиску. На висоті

6200 м його значення зменшується вдвоє відносно рівня моря. Цей фактор важливий для фотосинтезу через залежність цієї реакції від парціального тиску CO2, а також для аеробних організмів, бо процес газообігу напряму залежить від величини парціального тиску кисню.

Велике значення для