Биосфера туралы эссе

Тақырыбы: Биосфера

Биосфера ұгымы ғылымға кездейсоқ енген. Жүз жылдан астам уақыт бұрын, 1875 жылы австриялық геолог Эдуард Зюсс өзінің Альпі тауларының шығу тарихы туралы кітабының соңғы, ең жалпылама тарауында жер шарының  әр түрлі қабаттары жайында баяндаран кезде осы терминді алғаш рет қолданған болатын. Бірақ бұл үстіртін айтылған сез ғылыми ойдың дамуында айтарлықтай роль атқара алған жоқ. 1926 жылы орыс минералогы В. И. Вернадскийдің екі лекциясы жарыкқа шықты. Сол лекцияларында ол, Зюсстың еқбектерінен кейін 50 жылдан соң, біз осы күнге шейін мойындап жүрген биосфера концепциясының негізгі қағидаларын тұжырымдады. Биосфера ретінде Вернадский жер қыртысының бүкіл геологиялық тарихы бойында тірі организмдердің әсеріне ұшыраған барлык қабаттарын түсінді.

Сонғы  жылдары көптеген ғалымдар (Дж. Хатчинсон және басқалар) биосфераның Жер бетінің, қазіргі кездегі организмдер тіршілігінің ықпалындағы бөлігі ретінде қарастырып, биосфера ұғымын тарылтып жүр. Көптеген ғылыми терминдер әр түрлі жағдайларда бірде кеңірек, бірде тарлау мағынада қолданылуда.

Сонда биосфера — Жер шарының, осы бір айрықша қабығына қандай ерекшеліктер тән?  Біріншіден,  биосферада сүйық күйдегі судың мөлшері айтарлықтай көп. Екіншіден, оған Қүн энергиясының тасқыны  ықпал етеді. Үшіншіден, биосфера үшін сүйық, қатты және газ күйіндегі заттардың, бөліну беттерінің болуы тән.

Жердегі энергия көзі Күн болғандықтан, күллі тірі организмдёр жердің екі қабығы — литосфера мен гидросфераның жоғаргы қабаттарында таралған. Жер қабаттарының қай-қайсы болмасын күн сәулесін неғұрлым жақсырақ еткізсе, соғұрлым тірі организмдер олардың тереңірек қабаттарына шейін қоныстанған деуге болады. Бірақ биосфера жарық жететін жерлермен шектелмейді. Ауырлык күшінің арқасында энергия ағыны одан да әрі таралады: жарықталған қабаттардан теңіз түбіне экскременттер түйіршіктері, өлі және тірі организмдер уздіксіз тусіп жатады.

Литосфераға тірі организмдер болмашы тереңдікте ғана енеді. Олардың негізгі бөлігі топырақтың жоғарғы, қалыңдығы ондаған сантиметр қабатында шоғырланған, тек бірен-сарандары рана бірнеше метрге немесе ондаған метрге тереңдейді (өсімдіктердің тамырлары, жауын құрты). Жер қыртысындағы жарықтардың, құ-дықтардың  шахталардың, бұрғылау скважиналарының бойымен жануарлар мен бактериялар әлдеқайда көбірек, 2,5—3 километрге дейінгі тереңдікке жетуі мүмкін. Қөбіне терең жер астында жататын мұнайдың ерекше, өзіне тән бактериялар флорасы бар. Жарық болмағандықтан жасыл өсімдіктер литосфераның терең қабаттарына ене алмайды. Тереңде жануарлар азық таба алмайды.

Биосфераның құрылысы,қасиеттері де оларда тіршіліктің таралуына бөгет болады. Акыр аяғында, Жер қойнауына тереңдеген сайын температура жоғарылап, 3 км терендікте ол 100°С-қа жетеді. Демек, жер бетінен 3 километрден  астам тереңдікте тірі организмдер күнелте алмайды.

Тірі организмдер лигосфераның бетінен атмосфераның төменгі, бірнеше сантиметрден бірнеше метрге дейінгі биіктіктегі қабатта-рына таралады. Ал өсімдіктер өзінің жасыл берікбасын  көкке  кейде ондаған метрге көтереді. Насекомдар,  жарқанаттар  нен құстар атмосфераға жүздеген метр тереңдеп енеді. Жоғары өрлеген ауа ағындары жануарлар мен есімдіктердің дамылдаушы сатыларын (спораларын, цисталарын, тұқымдарын) бірнеше шақырым биіктікке көтеруі мумкін. Бірақ бүкіл тіршілігі ауада өтетін, яғни оны негізгі тіршілік ету ортасы ретінде пайдаланатын организмдер әзірге белгісіз.

Атмосфера мен литосферадай емес, гидросфера ең беткі қаба-тынан табанына дейін тіршілікке толы. Ғалымдардың зерттеу құралдары жете алған жерлердің барлығында тірі организмдер табылған. Бүдан, организмдердің таралуы үшін сұйық куйдегі су жарықтан гөрі маңызды шектеуші фактор болып табылады деген қорытынды жасауымызға болады. Айталық, әлемнің ең ыстық шөлдері формалды турде биосферадан тысқары жатыр. Бірақ іс жүзніде оларды парабиосфералық (биосфераға жақын) аймақтар деп санауға болады, себебі ол жерлерде тіршілік аз да болса бар. Мысалы, Намиб және Калахари шөлдеріндегі кұрғақ құмның астында жел ұшырып әкелген тозаң тәріздес өсімдік қалдықтарымен күнелтетін насекомдар (сасық қоқыздар — Tenebrionidae) кездеседі; өсімдік калдықтарымен қоректенген насекомдар метаболизм нәти-жесінде пайда болатын суды қанағат етеді.

Биосфераның әуеге қарай өрістеуін негізінен сұйық куйдегі судың тапшылығы мен көміркышқыл газының парциалдық қысымының төмендігі шектейді. Таулы жерлерде хлорофилды есімдіктер 6200 метрден жоғары биіктікте (Гималай таулары) тіршілік ете алмайтын болуы керек. Бұдан да жоғары биіктіктерде кейбір жа­нуарлар, мысалы, өрмекшілер кездеседі. Өрмекшілер аяққұирықтылармен (Insecta, Coltembola) қоректенеді, ал олар өз кезегінде жел ұшырып әкелген өсімдік тозаңшаларының түйіршіктерімен қанағаттанады. Биосфераның биік таулы бөлігін эол аймағы деп атайды.

Биосфераның шектеуші факторлары сүйық күйдегі су мен күн сәулесі болса, тіршілік оптимумы орталардың жанасу беттеріне сәйкес келеді. Фотосинтез бойынша түзілген зерттеулер көп жағдайларда органикалық заттардың шығымын ең көп беретін, үш ортаны — қатты, сүйық және газды ортаны бірдей пайдалана алатын өсімдіктер екенін керсетті. Мысалы ретінде кәдімгі қамысты (Phragmites communis) алуға болады. Оның суды соруын сұиықтың су табанындағы шөгінділерге көрсететін тұрақты кысымы жеңілдетеді. Тіршілігі үшін қажетті көмірқышқыл газын қамыс газдардың сіңіруші беттер арқылы өту жылдамдығы ен жоғары бола­тын газ күйіндегі ортадан алады; оттегін де судан гөрі ауадан алған оңай; ақырында, қалған барлық элементтерді шөгінділердің капиллярлық суындағы ерітінділерден сорып алу жеңілдеу болады.

Биосфераның бастапқы өнімін анықтау үшін көптеген әрекеттер жасалған.Жердің орнасан зор аймақтары орасан зор аймақтары су (шөлдерде) немесе қоректік заттар (ашық теңізде) сияқты шектеуші  факторлардың салдарынан  өнімділігі төмен алқаптар категориясына жатқызылады. Құрлықтардың ауданы бүкіл планетаның 1 / 4 бөлігіндейін ғана құрағанымен құрлықтар өнімділігі жағынан мұқиттардан асып түседі, себебі мұқит суларының басым бөлігі “шөлді” . Мұхиттың әр түрлі аудандарының бастапқы өнім  мөлшерінде елеулі айырмашылықтар бap. Солардың ішінде ең өнімдісі — тропикалық ормандардан кем түспейтін маржан рифтері. Мұхиттың ашық аймақтарының өнімдІлігі апвеллинг аймағы мен жағалауға жақын аудандарға қарағанда төмен және тундраның өнімділігімен шамалас. Ірі аймақтардың орташа өнімділіктеріне берілген бағаларды талдау онық 100 есеге дейін — 200 ден 20000 ккал/м² дейінгі аралықта өзгеретінін, ал Жердің жылдық жалпы өнімі 10^1S ккал-ға жуық екенін көрсетеді.

Биосфераның бұдан әрі де сакталуы ушін, негізгі химиялық эле-менттердің айналымы тоқталмауы тиіс. Бұл процестердің жылдам-дығы әр түрлі болуы мумкін. Бастапқы шығу тегі атмосфералық көміртегі қостотығында жатқан органикалық зат, өзінік түзілу циклып ондаған жыл ішінде аяқтайды. Кальцийдің айналымы әлдеқайда баяу жүреді.    Кальций бикар­бонат Са(НСО₃)2 күйінде құрлықтағы тау жыныстарынан шайылып өзендерге түседі, одан соң ашық мұхит суларында карбонат СаСО₃ күйінде- негізінен фораминифералардың өте нәзік бақалшақтары түрінде судың табанына шөгеді. Мұхит табаны бірте-бірте құрлықтардың жиегіндегі тау құрылу белдеулеріне қарай жылжиды, сөйтіп кальций құрлыққа кайтып оралады. Айналып жүздеген миллион жылдың ішінде аякталатын болуы керек. Фосфор өзінің айналым ерекшелігі бойынша кальцийге ұқсас екенін білеміз, ал азоттың ай­налымы болса, көміртегіне көбірек ұқсайды, бірақ оның атмосфера құрамындағы үлесі әлдекайда жоғары.

Биосфераның әр түрлі бөліктерінде тіршіліктің дамуын әр түрлі заттар шектейді. Шөлді жерлерде тіршіліктің су күйіндегі сутегі мен оттегінің тампшылығы шектейді деп айтуға болады.Ашық мұхитта көп жағдайда  шектеуші  фактор  қызметін әдетте организмдер үшін игерілуі қиын гидрототық түрінде кездесетіп темір атқарады. Өзге орталарда,   мысалы,   ылғалды   аудандардың топырақтарында, көлдерде, оқшаү теңіздерде көбінесе фосфор шектеуші фактор болып табылады. Экожүйенің барлық компоненттері – энергия  ағыны, субстарт,атмасферадан бастап биотикалық қауымдастыққа дейін, теңгерілген болуы қажет. Биосфкраның биотикалық бөлігі оның абиотикалық бөлігіне қатысты алғанда басқарушы жүйе болып табылады. Биотикалық жүйенің өз ішінде басқарушы тетік қызметін консуметтер атқарады, себебі, бастапқы өнімінің пайдалану дәрежесі, ал түптеп келгенде,бүкіл жүйенің орнықтылығы да соларға байланысты. Эшби ережесі бойынша, басқарушы тетік немесе басқарушы жүйенің ұйымдастырылуы, күрделілігі жағынан басқарылатын жүйеден кем болмауы тиіс;мүмкін жердегі жануарлардың,әсіресе насикомдардың көптігінің сыры осында жатқан  шығар.  Сол себепті глобалдық   экологиялық пирамиданың пішіні зырылдауық (13,4 – сурет). Глобалдық экологиялық пирамиданың құрылу принципі мынадай: негізгі деңгейлердің әрқайсысы цилиндр түрінде кескінделеді,цилиндрдің биіктігі – биомассаны,диаметрі – түрлер саны көрсетіледі.

Биосфера ауқымында одан гөрі төменірек дәрежедегі экожуйелер Бірін-бірі теңгеретіндей көлемде орналасуы тиіс. Басқаша айтқанда, Жер бетінде биомдар ретінде тундралардың, ормандардың, шөлдердің және тағы басқаларының мөлшері жеткілікті болуы қажет, ал тундра биомының ішінде оптималды «тундралылық», қылқанды ормандар биомының ішінде — «ормандылық» және т. с. с. сақталуы тиіс. Бұл жағдай ең шағын биогеоценоздарға шейін сақталады.

Биомдардың ішіндегі елеулі өзгерістер және соған байланысты төменгі дәрежедегі биомдардын арасындағы тепе-теңдіктің ауытқуы міндетті түрде жоғары деңгейдегі өздігінен реттелулерге әкеліп соғады. Бұл көптеген табиғи процестерге, жер асты сулары тереңдігінің, өзгеруінен бастап, ауа ағыстарының бағытының езгеруіне дейін әсерін тигізеді. Осыған ұқсас құбылыстар биомдар территорияларының арасалмағы өзгерген жағдайда биосфераның өте ірі жүйелері деңгейлерінде де байқалады. Ең жалпылама мағынада алынған «жана жерлерді игеру» барысында компоненттер тепе-тең-дігі де, территориялар арасындағы тепе-тендік те бұзылады. Белгілі дәрежеде бұл мүмкін, тіпті қажет нәрсе, себебі тек теңгерілмсген күйдегі экожуйелер ғана пайдалы өнім бере алады {қауымдастықтың, таза өнімінің формуласын ескс түсірсйік). Бірақ, қанағат дегенді білмейтін адам қорлардың негізін әзірге  «ресурстар» түсінігіне кіре қоймағаи сансыз көп элементтер кұрайтынын ұмытып, табиғат бере алатын мөлшерден артық алуға тырысады.

Қазіргі кезде биосфера өнімінің пайдаланылу мөлшері құрлықтың бастапқы таза өнімінің 7 Процентіне жетті. Соның өзі, биота тек биологиялық объектілерде жннақталатын биогендер айналымының, түйықталуын ғана сүйемелдей алатындықтан, биосферадағы биогеохимиялық айналымнын, бұзылуына әкеліп соқты. В. Г. Горшковтың. (1986, 1988) есептеулері бойынша бұндай жағдай бастапқы өнімнің  пайдаланылуы 1 проценттен (барлық ірі жануарлар пайдаланатын өнім мөлшерінен) асқанға дейін сақталады. Бірақ биосфераны кайтадан тұрақты калпына келтіру үшін адамзаттын, энергия шығындап, көп еңбек етузне тура келеді, себебі бұрын био­сфера атқарып келген функцияларды өзі атқаруы қажет болады. Сонымен бірге табиғи экожүйелердің пайдалы әсер коэффициентінің (ПӘҚ) төмен екенін және 10 проценттен аспайтынын естен шы-ғармау керек. Сонда биосфераны орнықты калпына келтіру үшін кажетті энергияның мөлшері қаншалық орасан екені түсінікті бо­лады.