Биосфера туралы реферат

0
129

Тақырыбы: Биосфера

Биосфера (bios – тіршілік және грек. sрһаіrо — шар) — Жер планетасының тірі организмдер мекендейтін, тіршілік тараған қабаты. Оның құрамы, құрылымы және қуаты барлық тірі организмдердің тіршілігінің жиынтығымен сипатталады. Ол атмосфераның төменгі қабатын, гидросфераны және литосфераның жоғарғы бөлігін қамтиды. Биосфераның жоғарғы бөлігі атмосфера қабатының 20 — 25 км биіктігінде озон қабатымен шектеледі. Оның төм. шегі құрлыкта 2 — 3 км, ал мұхиттарда 1 — 2 км тереңдікке дейін жетеді. Биосфера  терминін алғаш рет 1875 ж. австрия ғалымы Э. Зюсс енгізген. Биосфера туралы ілімнің негізін 20 ғ-дың 20 – 30-жылдары В.И. Вернадский қалаған. Ол биосфераны организмдер мен олардың тіршілік орыны деп қарады. Ол Жердің іш құрылысын тіршілік химиясымен байланыстыра отырып, жер бетін өзгертетін тірі организмдердің рөлін атап көрсетті. Биосферадағы тірі з а т т а р — ұсак организмдер, саңырауқұлақтар, өсімдіктер, жануарлар және адамдар. Олардың жиынтығы, газ массасы тәрізді Жердің үстіңгі бетіне таралып. айналадағы ортаға белгілі дәрежеде қысым жасайды. Олар биосферада  біркелкі таралмаған, ондағы көміртегі, оттегі, сутегі және азот барлық тірі заттардың 90%-ін құрайды. Биосферадағы барлық тірі организмдердің массасы 1,8 —2,5х1012 т (құрғак затқа шакканда). Құрлықтағы биомассаның өсімдіктер құрайды (99.21 қалған 0,8%-і жануар үлесіне тиеді. Биосферадағы тірі организмдер өмір сүретін ортасымен тығыз байланыста болып, олардың бір әрекеттесуінің нәтижесінде біртұтас динамикалық жік — биогеноценоздар құрайды. Биосфера туралы ілім биосфера, планеталык құбылысы ғарыштық сәулемен және жер қабаттарындағы радиоактивті процестермен өзара байланысын; тірі организмдердің биосферада атомдардың таратуын және биосфераның құрамына тигізетін биохим. әсерін; адамдардың кен байлықтарын казу, орман өсіру, батпақты жерді құрғату, су қоймаларын, калалар салу, суды, топырақты атмосфераны ластау, топырақ эрозиясы салдарынан биосфераның құрылымына әсер етуін — ноосфералық мәселелерді зерттейді;

Биосфера қалай пайда болған?

Биосфера бірден пайда болған жоқ. Ол өте көне заманнан бері қарай күні бүгінгі дейін біртіндеп дамып келеді. Биосфераның ертеден бері қарай құралып келе жатқанын дәлелдейтін палеонтологиялық материалдар қарапайым тірі организмдердің  қалдықтары жер қыртысының әрбір қабаттарынан табылады. Осы қабаттарға сүйене отырып, ғалымдар биосфереаның негізгі пайда болу жолдарын анықтайды. Олар бірнеше дәуірден тұрады.

Биосфераның ең бірінші заманы Архей деп аталады. Бұл кезде биосфера қандай жағдайда дамығаны және қандай тірі организмдер болғаны туралы ешқандай деректер жүр. Тек қана қарапайым  тішілктің түрі болған ғой деп ғалымдар топшылайды.

Протерозой эрасы– биосфераның екінші дәуірі болып есептеленеді. Протозойда тірі организмдердің қарапайым түрлері тіршілік еткен. Олардың сол дәуірде тасқа жабысқан қалдықтары әртүрлі тау жыныстардынан қазіргі кезде де байқалады. Протерозой дәуірінде биосфера қандай жағдайда болғанын ғалымдар толық білмейді. Ол туралы нақты деректер жоқ.

Биосфераның палеозой эрасы немесе ертедегі тіршілік кезеңі. Бұл дәуір шамамен алғанда  бұдан 570 миллион жыл бұрын басталып, 300 миллион жылға созылған. Бұл эра кембрий, ордовик, силур, девон, карбон және пермь дәуірлері болып бірнеше бөлінеді.

Кембрий дәуірінде барлық өсімдіктер теңіздер суларына өскен.  Олар көк жасыл балдырлар болатын. Олардан құрлыққа бейімделген өсімдіктер өсе бастады. Тек қана силур кезеңінде өсімдіктер құрлыққа біртіндеп шыға бастап, дами түсті. Бұл уақыттағы өсімдіктердің ең бастысы– псилофиттер болған. Балдырға қарағанда олар жоғары дәрежеде дамыған өсімдіктердің еді. Псилофиттердің жер астындағы  бөлігінде тамыр сабаққа ұқсас резиодтары болды. Псилофиттердің сыртын эпидермис қаптап тұрған. Олар батпақты жерлерде өскен. Псилофиттердің күшті дамуына әсер еткен алғашқы топырақ және ылғал болды. Мұндағы бір ғажайып жай, псилфиттер саңырауқұлақтармен симбиоз жасап өскені белгілі. Псилофиттер 20-30 млн. жылдай өмір сүрді деп топшылайды ғалымдар.

Девонның аяқ кезінде бұлардан басқа қырықбуындар, плаундар, және папоротниктер қаулап өсе бастады. өсімдер құрлыққа шыққаннан кейін фотосинтездің ықпалымен атмосфералық ауаның химиялық құрамы өзгеріп, құрлық жануарларының дамуына жағдай туды, өйткені фотосинтез процесі арқылы ауада оттегі көбейеді түсті.

Карбон дәуірінде жылы  және ылғалды болды. Мұның өзі құрлық өсімдіктерінің қаулап өсуіне мүмкіншілік жасады. Әсіресе сәнді  ормандар ағаштарының көлемі үлкен аймақтарды қамтыды. Бұл дәуірдегі өсімдіктер негізінен плаундар, қырықбуындар және папоротник болды. Бұлар псилофиттер таралып, тас көмір дәуірінің басында солардың орнын түгелімен басты.

Плаундар өте биік ағаштар (липидоденрондар мен сигилляриялар) түрінде дамыды. Олардың биіктігі 40-50 метрге дейін жеткен. Диаметрі 2-3 метрдей болған. Бұлардың діңдері тік, зәулім өсті. Жапырақтары қалың болды. Бұлардан түскен жапырақтар шіріп, топырақтың қарашірігін молайта түсті. Ол өсімдіктердің өсуіне қолайлы жағдайлар туғызды.

Сонымен қатар лиан тәрізді өсімдіктер де өскен. Тас көмір  дәуірінде  тұқымды папоротник тер және кордаиттер қаулап өсті.олар ағашқа ұқсас өсті. Олардың биіктігі 40-50 метрге дейін жетті. Осы өсімдіктердің  лацент тәрізді жапырақтары болды.

Тұқымынан көбейетін өсімдіктердің пайда болуы өсімдіктердің эволюциялық дамуындағы кезектің  ароморфоздың өсуіне мүмкіншілік туғызды.

Пермь дәуірінің бас кезіндегі өсімдіктерде  тас көмір дәуіріндегі өсімдіктеріне ұқсас көптеген белгілер болды.

Мезозой эрасы немесе орта тіршілік кезеңі бұдан 125 млн. жыл бұрын басталып, 115 млн. жылдан астам уақытқа дейін созылған. Триаста тау құрылу процесі  баяуланды. Юра дәуірі  жылы болды. Бұл кезде алып өсімдіктер болды. Борда үлкен өзгерістер болды. Осы кезде теңіз сулары азайып, құрғақ жерлер көбейе бастады. Климат кенеттен өзгеріске ұшырады. Профессор М. И. Голенкин бұл өзгерісті күн сәулесінің интинсивті болуымен байланысты деп жорамалды. Осыған  дейін аз түсіп тұрған күн сәулесінің кенеттен өсуі жаңа прогрессивті белгілерді жетілдіре түсті.

Кайназой эрасы бұдан 70 млн. жыл бұрын басталған. Осы уақыттан бері барлық эралар бойынша кездегі флораның қалыптасу процесі жүрді. Үлкен өзгерістер болды.

Төрттік дәуір жер бетінде тіршілік дамуынаның ақырғы және ең қысқа дәуірі болып саналады. Мұның ұзақтығы бір миллион жылдай ғана болады. Бұл дәуірге тән жағдай — сол суық кезеңдер және мұз дәуірі жылы ылғалды ауа райымен алмасып отырғаны байқалады. Өйткені өсімдік әлемі мен жер қыртысының даму процесі біркелкі емес. Мұздар жер бетін басқан кезде жылылықты сүйетін өсімдіктер оңтүстікке қарай ығысып кетті. Мұздар қайтадан ери бастаған кезде жылылықты сүйетін өсімдіктер өсе бастады. Бірте-бірте ауа рай жылынып, өсімдіктердің өсуіне қолайлы жағдайлар туды.

Биосферада тіршілік қалай пайда болды.

Тіршілік жайындағы идеалисттік концепцияның пайда болғанына миллиондаған ғасыр болды. Оның негізін салушы гректің ертедегі философы Аристотель еді (ол б.з.д. IV ғ. өмір сүрген). Аристотельдің айтуынша тіршілік дегеніміз– қоректену, өсу және қартаю. Оларға энтелехия, яғни өзінің ішкі мақсаты бар принцип себеп  болады. Осыдан кейін биология ғылымының бүкіл тарихында аристотельдік формуланы идеалистер өңдеп, оған әрқилы мән және баға берумен болды. Идеалистік ағымының ішінде ең ықпалды дегені – виталистер табиғаттағы барлық тірі оганизмдерде ерекше тіршілік күші  бар деп дәлелдеді. Ол құдайдың құдіретімен тірі организмдерге беріледі. Осыған орай органикалық заттар бөлек жаралған жанды дүние деп түсіндірді. Биологияда витализм ең бір реакцияшыл ағым еді.

XVII–XVIII ғ. витализмді жақтаушы дәрігер Г.Шталь (1660-1734) болды. Ол тірі организмнің барі тез ыдырап кететін химиялық қосылыстардан түзіледі, олардынң ыдырап кетуіне бөгет жасайтын күш-жан; жан организмдегі барлық биохимиялық процестерді басқарып тұрады, организмде жан болғанда ғана адам мен жан-жануарлар денесі тірі қалпында болады,  ал жан денеден шығып кетісімен-ақ денедегі органикалық заттар ыдырай бастайды деп тұжырымдады. Виталистер тіршілік күшін материясыз ерекше субстанция деп санады. Олар материя әлемге тәуелсіз деп түсіндірді. Виталистік концепцияны жақтаушылар тіршілік күші құдайдың құдіретімен жаралган деп есептеді. Осыдан келіп ақыреттік өмір бар деген діни сенімді, жан мәңі деген теріс ұғымды таратты.

Әдетте виталистер өздерінің козқарастарын дәлелдеу үшін екі концепцияны ұсынады. Оның біріншісінде – тірі организмде ерекше органикалық заттар синтезделеді. Ол – қосылыстарды жасайтын тіршілік күші. Сондықтан да оларды қолдан синтездеп алуға болмайды деген қорытындыға келеді. Екіншісінде – тірі организмдерге энергия сақталу заңын қолдануға болмайды деп дәлелдейді. Бұл жағдайлардың біріншісінің 1829 жылдың өзінде-ақ дәлелсіз екені белгілі болған. Өйткені ғалым Ф.Велер лаборатория жағдайында циан қышқылының аммоний тұзын қыздырып, мочевинаны алды. Мочевина дегеніміз – адамның несебінде болатын органикалық зат. Сонымен анорганикалык қосылыстардан органикалық заттарды синтездеп алуға болатыны анықталды. Міне осыдан кейін органикалық химия жасанды қосылыстарды синтездеуді үдете түсті. Қазіргі кезде химиктер жүз мыңнан аса органикалық заттарды, олардың ішінде қантты, белокты, крахмалды, витаминдерді және органикалық қышқылдарды синтездеп алады.

Ұлы ғалым – ботаник К.А.Тимирязев фотосинтезді мысалға келтіре отырып, энергияның сақталу заңын органикалық дүниеге де қолдануға болатының дәлелдеп берді. Сөйтіп виталистердің екінші концепциясы да жоққа шықты. Кейінгі кезде витализмге қарама-қарсы табиғат жайында механистік көзқарас пайда болды. Бұл XVIII ғ. француз материалистерінің ықпал етуіне байланысты болған еді. Осы пікірді жақтаушылар тіршіліктің мәні жайындағы идеалистік көзқарастарға қарсы шығып, бүкіл тіршілік құрылыстары химиялық және физикалық процестермен шектелінеді деп түсіндіреді. Бұл теория бойынша тірі организмдердің елі табиғаттан айырмашылығы жоқ деп дәлелденді. Сондықтан да ғылыми тірі организмдердің қалай жаралғанын білу мүмкін емес деді.

Ф.Энгельс «Табиғат диалектикасы» және «Анти Дюринг» атты еңбектерінде тіршіліктің пайда болуын, оның дамуын диалектикалық материализм тұрғысынан түсіндірді. Сондай-ақ тіршіліктің мәнін түсінудің принципін бірінші рет дәл көрсетті. Энгельс тіршілікті тірі материяның ерекше қозғалыс формасы деп қарады. Осы тұрғыдан олі және тірі материяның біртұтастығы мен тіріге тән сапалық ерекшеліктерінің бар екенін білді.

Табиғаттағы тірі және өлі заттардың шыққан тегі бір екенін химиялық анализ жасап білуге болады. Барлық тірі организмдердің химиялық құрамы 20-30 элементтен тұрады. Тірі заттар анорганикалық қосылыстардан түзілетінін білу қиын емес. Мысалы, анорганикалық және органикалық қосылыстардың құрамында литий, арий, стронций,мыс, мырыш, хром, йод, элементтері бар. Тірі организмнің өлі табиғаттан құралатыны кейінгі кезде анықтала түсті. Мысалы, өсімдік организіміндегі органикалық заттар тек анорганикалық элементтерден ғана түзіледі. Өсімдік қурағаннан кейін олар қайтадан топырақ құрамына енеді. Сөйтіп табиғатта элементтер айналым жасап тұрады. Тірі организм өзінің сапалылығы жағынан өзгеше бір қосылыстар болып саналады.

БИОСФЕРАДАҒЫ ТІРШІЛІКТІҢ ПАЙДА БОЛУЫ ТУРАЛЫ ҚАЗІРГІ КӨЗҚАРАСТАР

Кейінгі кезде биохимия, биофизика және биология ғылымдарының кейбір салаларының дами түсуіне байланысты тіршіліктің қалай пайда болуын анықтайтын бірнеше жаңалықтар ашылды. Кейінгі 15-20 жылдардың ішінде әртүрлі биосинтездерден және тұқым қуалаушылықтан тіршіліктің белок емес заттарға (нуклеин қышқылдарына) байланысты екені анықталды.

Тірі организмнің анорганикалық материядан пайда болуы жайында тікелей экспериментті түрде алынған материал болмағандықтан мұны шешу ғалымдарға оңай түскен жоқ. Сондықтан кейде биология ғылымында идеалистердің пікірлері орын алып отырады. Идеалистер ең алдымен діни ұғымдарды таратуга ұмтылды. Тірі организмдер құдайдың құдіретімен пайда болады деген терминді ұсынды.Өсімдіктерді, жан-жануарларды, адамдарды өлі инертті заттардан қазіргі біздің көріп жүргеніміздей толық бейнелі түрінде құдай жаратты деп соқты. Ертедегі вавилондық жоне мысырлық ілімдерде, сонымен қатар, үнділік ертегілерде тірі денелер өздігінен пайда болды деп көрсетті. Грек оқымыстысы Аристотель де тірі организм өзінен-өзі кенеттен пайда болады дегенге саяды. Адамзат құрттар, моллюскалар немесе шіріген заттардан пайда болады деп түсіндіреді.

Бірақ Франческо Редидің жүргізген зерттеу жұмыстары, тірі организм өзімен-өзі кенеттен пайда болады деген ұғымды жоққа шығарды. Ол жас етті алып, оны стаканға салып, бетін дәкемен жауып қойды. Ешбір тірі заттың пайда болғаны байқалмады. Сонымен шыбын личинкаларының шіріген еттен пайда болмайтынын делелдеп шыкты.

Луи Пастер бактериялардың өршитін тұқымынан микроорганизмдер дамитынын бірден білді. Сонымен тірі организм ешқашан да өзінен-өзі дамымайтыны белгілі болды.

Тірі организм басқа космостық денелерден даяр күйіңде келді деген болжам бар. Оны космозой теориясы деп атайды. Мұны алғаш рет айтқан неміс дәрігері Г.Рихтер еді. Бұл теорияны В.Томсон мен Г.Гельмгольц жақтады. Космозой теориясы бойынша тірі организм басқа космостық денелерден метеориттермен келді деп көрсетті. Бұл дұрыс емес еді. Өйтксні метеориттер ауаның тығыз қабаттарында қатты қызады да балқып кетеді. Оның сыртына жабысқан тірі организмнің бірі де қалмай жанып кететіні аңықталады.

Кейіннен паноспермия концепциясы шықты. Мұның маңызы мынада: ауада тірі организмнің ұрықтары калай болса солай өз бетінше жүзіп жүреді. Ол метеориттермен бірге жерге түседі де өсіп-өнеді деп түсіндіреді. Бірақ швед ғалымы Сванте Аррениус ұрық метеориттермен бірге жерге түсе алмайтынын айтты. Өйткені метеорит жерге түскенше қатты қызатыны соншалық, оның температурасына іс жүзінде бірде-бір тірі организм шыдай алмайды, қырылып қалады деді.

Бұл теориялар тіршіліктің жер бетінде пайда болу проблемасын материалистік тұрғыдан шешудің орнына қайтадан оның жолын жауып тастады. Олар анорганикалық заттардан органикалық материаның дамитынын көзге ілмеді. Жер бетінде тіршіліктің пайда болуынан бұрын химиялық процестердің болғанын да ескермеді.

Ф.Энгельс: «Табиғат диалектикасында» материалистік тұрғыдан тіршіліктің пайда болуының жалпы сипатын берді. Материя ешуақытта да тыныштық қалыпта болмайтынын, ол үнемі қозғалыста болып, дамып отыратынын айтты. Материя өзінің дамуында әр уақытта жаңа күрделі түрге көшеді деп қорытынды жасады ол.

АКАДЕМИК А.И.ОПАРИННІҢ ТЕОРИЯСЫ

Жер бетінде тіршіліктің пайда болуы жайындағы осы кездегі теориялардың ішіндегі ең дұрысы академик А.И.Опариннің теориясы. Оның концепциясы бойынша жер бетіндегі тіршіліктің пайда болуы негізінен үш кезеңнен тұрады. Бірінші кезең – органикалық заттардың түзілуі; екінші кезең – белоктардың пайда болуы; үшінші кезең – белокты заттардың синтезделіну дәуірі.

Барлық организмдер негізінен органикалық заттардан құралған. Онсыз тіршіліктің дамуы мүмкін емес. Қазіргі кездс органикалык заттар анорганикалық қосылыстардан фотосинтсз және хемосинтсз арқылы синтезделетіні толығымен анықталады. Алдымен органикалык қосылыстар абиогенді жолмен түзеледі. Тіршілік пайда болмай тұрған кезде қарапайым органикалық заттар абиогендік жолмен құралғанын экспериментті түрде дәлелдеу қиын емес. О баста анорганикалық заттар бірімен-бірі химиялық реакцияға түсіп әртүрлі органикалық денелер түзгені белгілі. Күннің және әртүрлі жұлдыздардың, планеталардың атмосферасын зерттегенде көптеген органикалық қосылыстар химиялық жолмен түзілетіні байқалып отыр. Күннің атмосферасында көмірсутектері (метан және т.б.) түрінде қарапайым органикалық заттар болатынын зерттеулер анықтады. Көмірсутектері организмнің қатынасынсыз абиогенді жолмен құралады. Юпитер планетасы тірі организмнің тіршілік етуіне қолайсыз. Бірақ онда органикалық заттардың қарапайым түрлері бар екені анықталды. Алыс планеталардан келетін метеориттердің химиялық құрамында да көмірсутектері, тіпті оның күрделі түрі бар екені белгілі болды. Біздің «Жер» деп аталатын планетамызда карбит түрінде, яғни көміртегі мсн металдардың, анорганикалық заттардың қосылыстары айтарлықтай көп. Жердің орталық ядросы тұтасымен карбиттерден құралғаны кейінгі кезде белгілі болып отыр.

Д.И.Менделеев балқыған карбиттермен суды әрекеттестіріп көмірсутекті алған. Сонымен тіршілік жоқ кезде де көмірсутегінің абиогенді жолмен түзілгеніне күмән келтіруге болмайтыны дәлелденді.

Академик А.И.Опариннің теориясы бойынша алғашқы белоктың синтезі суда пайда болған. Суда қарапайым СН4, NН3 және басқадай қосылыстар бар. Олар өзара реакцияға түсіп, амин қышқылдарын түзетіні сөзсіз. Ал амин қышқылдары бірімен-бірі қосылысып полипептид тізбегін құрайды. Сөйтіп белок молекулалары синтезделінетіні толығымен анықталды.

Американ ғалымы, химик С.Миллер экспериментті түрде аммиактан, метаннан, су буынан және сутегінен амин қышқылдарын синтездеді. Амин қышқылдарының түзілу жағдайы бұрынғы кездегі жер бетінде болған жағдайда жақын еді. Миллер өз тәжірибесінің қорытындысына сүйеніп, Жердің алғашқы атмосферасында электр заряды мен ультракүлгін сәуленің әсерімен осындай амин қышқылдары синтезделінген деп түйді.

Ультракүлгін сәулелерді қолданып, амин қышқылдары ғана емес,басқа да биохимиялық бағалы заттарды, соның бірі нуклеотиттердің азоттық негіздерін қолдан синтездеуге болатындығын дәлелдеді. Осы кезде биохимиктер белок молекуласы толық синтездеп алады. Қазіргі кезде хлорофиллді, инсулинді және тағы басқа белоктық заттарды қолдан синтездеп алуға мүмкіншілігіміз бар. Осы тәжірибелердің бәрі А.И.Опариннің теориясының дұрыстығын дәлелдейді.

А.И.Опариннің теориясы бойынша белоктың түзілуі коацерват тамшысының түзілуінен басталады. Коацерваттың түзілуі әртүрлі белоктардың молекулаларынан болады. Оның өзіне тән құрылымы бар. Коацерват тамшылары белокты заттарды араластырғанда шығады.

Коацерваттардың біреуі тез ыдырап, екіншісі жай, үшіншісі тұрақты болған. Тұрақтыларынан күрделі денелер құрыла бастаған, яғни алғашқы тірі организм пайда болған. Осындай бастапқы организмнің дене құрылысы, қазіргі тіршілік етіп жүрген қарапайым бір клеткалы жәндіктерден анағүрлым төмен еді. Энгельстің сөзімен айтқанда, ондай белокты дене қабықшасыз және ядросыз тіршілік еткен. Онда протоплазма да болмады. Оған қарағанда қазіргі кездегі қарапайым организмнің дене құрылысы өте күрделі келеді. Белок синтездеу механизмдері де жетілген. Осы уакыттағы жануарлар организмнің белокты синтездеуі өте күрделі. Ол рибонуклеин қышқылына байланысты.

БИОСФЕРАДАҒЫ ЗАТТАРДЫҢ БИОХИМИЯЛЫҚ АЙНАЛЫМЫ

Биосферада үнемі болып тұрады. Ол тірі организмдер арқылы реттелінеді.

В.И.Вернадскийдің ілімі бойынша, тірі организмдер күн сәулесінің электромагниттік энергиясын потенциалды химиялық энергияға айналдырады. Химиялық энергия механикалық энергияға өзгеріп, түрлі күрделі биохимиялық процестер биосферада үздіксіз жүріп отырады. Бүл жөнінде жердің жасыл желегі ерекше роль атқарады. Өйткені өсімдіктердің құрамында жасыл хлорофил бар. «Хлорофиллдің жасыл түйіршігі»,– деп жазды. К.А.Тимирязев, – әлемдік кеңістіктің нүктесі, фокусы. Оған бір жағынан күн энергиясы ағылып келіп жатады, ал екінші жағынан, одан жер бетіндегі тіршілік өзінің бүкіл қажетін алып отырады».

Жерге күннен секундына 1,1.1026 калория энергия келіп сіңеді. Оның 42 процентін жер әлемдік кеңістікке таратады да, ал қалған 57 процентін өз бойында сақтайды. 1 процент энергия өсімдіктерге жиналады. Бұл энергия жердің жасыл желегінде болатын фотосинтез процесінде жұмсалады. К.А.Тимирязевтің сөзімен айтқанда, жердің жасыл желегі аспан мен жер арасындағы дәнекер болып есептелінеді. Күн сәулесінің электромагниттік энергиясы өсімдік организімінде химиялық энергия ретінде сақталынады немесе консервіленеді. Ал химиялық энергия  жан-жануар организімінде механикалық энергияға айналады да бірнеше күрделі жұмыстарды жасауға жұмсалады. Жан–жануарларды гетеротрофты организмдер деп аталады. Себебі олар дайын органикалық заттармен қоректенеді.

Фотосинтез процесінде бөлініп шыққан оттегі бүкіліл адамзат, жан-жануарларға және басқадай аэробты (оттегімен тыныс алатын) организмдерге қажет. Жердің жасыл желегі фотосинтез процесі арқылы жылына ауаға 400 миллиард тонна оттегін бөліп шығарады. Биосфераға осындай көлемде оттегі қосылып отырса ғана ауадағы оттегінің мөлшері азаймайды.

Жер бетіндегі жасыл өсімдіктер мен судағы балдырлар өздерінің лайда болған кезінен бастап 550 миллиои жыл ішінде атмосфераға оттегінің 24,3.1015 тонна қорын жасады.

Жер жүзіндегі өсімдіктердің массасы 323 миллиард тонна (құрғақ зат есебімен алынғанда). Оның 74 проценті құрғақ жерде өсетін өсімдіктердікі, 26 проценті суда тіршілік ететін балдырлардікі. Осы органикалық заттың 40 проценті көміртегінің үлесіне тиеді.

Тірі организмдер жылына 93 миллиард тонна көміртегін сіңіреді. Оның 24 миллиард тоннасын жер бетіндегі организмдер, 69 миллиард тоннасын судағы организмдер қабылдайды.

Осы мөлшерде көміртегі ауадағы көмір қышқыл газынан алынады. Көміртегі есімдіктерге сіңірілгенімен оның ауадага мөлшері ешқандай да азаймайды. Себебі, органикалық заттар жерде жатып шіриді де, құрамындағы көміртегін ауаға таратып отырады. Ауадағы көміртегінің мөлшері 2,3.1012 тонна.

Көмір қышқыл газы ауаға жанартаулардың атқылауынан, ыстық бұлақтардан, адамдар мен жануарлардың дем алуынаи, жағылған отындардан (мұнай, газ, көмір, шымтезек) қосылып отырады. Отқа жағылған заттардан жылына ауаға І.1010 тонна көмір қышқыл заты тарайды. Ауадан мұхиттарға айналым жасайтын көмір қышқыл газының мөлшері 1.1010 тонна. Биосферада көмір қышқыл газы 300-500 жылдың ішінде толық айналым жасайды.

Мұхиттарда 1,3.1014 тонна көмір қышқыл газы бар, яғни ол ауадағыдан 60 есе көп .

Жан-жануарлар және басқадай тірі организмдердің бойындағы көміртегі де айналым жасайды. Ол ауадан жерге, жерден ауаға қарай көшіп отырады. Жер бетінде жасыл өсімдік пайда болғаннан бері 10 000 миллиард тонна көміртегінің қоры жасалынды. Өсімдіктер жер бетінде 550 миллион жыл өсіп келеді. Өсімдік организіміндегі жиналған көміртегі тас көмірдің, шымтезектің, табиғи газдың жөне тағы басқа жанар майлардың (биогенді заттардың) құрамында кездеседі. Олардың құрамындағы көміртегі 71,3.1015 тонна, яғни 7,1 триллион тонна. Теңіз және мұхит суларындағы түрлі жәндіктермен балдырлар организміндегі 5,18.108 тонна көміртегі суға келіп қосылады . Көміртегі өте қосылғыш элемент. Ол тірі организмдерден атмосфераға, атмосферадан тірі организмдерге сіңеді де, биосферада циклді айналым жасайды. Сондай-ақ сутегі де және басқадай газдар да көміртегі сияқты айналым жасап отырады. Қорыта келгенде айтатынымыз, биосферадағы химиялық элементтердің айналуының негізгі факторы тірі организмдер болып есептелінеді.

Бұл айналым екі процеспен өтеді: 1) күн сәулесінің қатынасымен анорганикалық заттардан қант, белок және органикалық қышқылдар түзіледі; 2) органикалық заттар ыдырайды да ондағы энергиялар бөлініп шығады. Ол энергиялар әртүрлі процестерге жұмсалынады. Органикалық заттардың құрамындағы элементтер минералды қосылыстарға ауысады. Сөйтіп топырақтағы минералды элементтерді көбейтеді.

Айналым жасайтын элементтердің қабілеті берінде бірдей емес. Д.И.Менделеевтің периодтық системасындағы химиялық элементтердің көпшілігі активті түрде биосферада айналым жасайды. Айналым негізінен екі жолмен етіп отырады. 1) ауалық айналым – мұнда элементтердің ішіндегі ең негізгі өзгеретіндері оттегі, сутегі, азот, көміртегі; 2) судағы айналым – мұнда минералды элементтер йон түрінде, болмаса молекула күйінде жер асты, өзен, көл, теңіз, мұхит суларында алмасады. Бұл айналымға элементтердің көпшілігі қатысып отырады. Атап айтқанда, натрий, магний, темір, күкірт, хлор, калий, марганец, фтор және тағы басқа толып жатқан макро және микроэлсменттер алмасады.

Биосферадағы органикалық заттардың түзілуінде көміртегі, оттегі, сутегі және азот ауада айнальш жасайды. Бұл газдардың ауадағы мөлшері әрқилы. Жалпы алғанда 98 процент әртүрлі газдар бар. Тірі организмдер тіршілік қабілетін жойғаннан кейін жерде жатып ыдырайды да газға айналады. Ол қайтадан тірі организмдердің денесіне енеді. Сөйтіп биосферада үнемі биохимиялық айналым жүріп тұрады.

Биосфера өте көлемді болғаңдықган және жердің әртүрлі минералдардан құралуына сәйкес айналым да әрқилы болып келеді. Биосферадағы органикалық және анорганикалық заттардың айналымы абиотикалық (температура, ылғал, күн сәулесі) және биотикалық (бактериялар, өсімдіктер, жан-жануарлар) факторлары арқылы етіл отырады.

Абиотикалық және биотикалық факторлар бірімен-бірі тығыз байланысты. Кейбір жағдайда абиотикалық және биотикалық факторлар организмдерге қолайлы болып келсе, кейде қолайсыз болады. өйткені бүлар біріне-бірі қарама-қарсы келеді. Сөйтіп әрбір тірі организім өте күрделі жағдайларда өсіп-өнеді.

БИОСФЕРАДАҒЫ АБИОТИКАЛЫҚ ФАКТОРЛАР

Жан-жануарлардың тіршілік етуінде үнемі өзеріп тұратын температура, ылғал, күн сәулесі үлкен роль атқарады.

БҰган жер шарындағы мұхиттар мен теңіздер өсер етеді. Сондай-ақ географиялык нүктелерге де байланысты. Мысалы, географиялық нүктелер температурасының    өзгеруі -40° градустан + 40° градусқа дейін жетеді. Тек экваторда температура бір қалыпты +25° градуста болады. Экватордан солтүстікке карай 1 градус ендікке өтксн сайын ауаның жылдық орташа температурасы белгілі бір заңдылықпен 0,5 градустан төмендеп отырады. Ал аспанға қарай көтерілгенде температура әрбір 100 метр сайын 0,5 градус төмендейді. Биосфераның әр жеріндегі температурасы әр қилы болады. Температураның өзгеруіне байланысты организмдер өсіп дамиды. Оған сәйкес жануарлардың, өсімдіктердің және басқа жәндіктердің түрлері көп болады. Мысалы, омыртқасыз теңіз жәңдіктерінің көпшілігі +30 градусқа дейінгі температурада тіршілік етеді. Жоғарғы сатыдағы өсімдіктердің өсетін ортасында температурада +30, +40 градустан аспайды. Бірақ кейбір өсімдіктер (балдырлар) +50 градуста да өсе береді. Ал бактериялар, көк жасыл балдырлар ыстық бұлақтар мен бастауларда да өсіп-өнеді. Ондағы судың температурасы +70, +80 градусқа дейін барады.

Жануарлар мен өсімдіктердің тіршілігінс биосфераның температурасы әр қилы әсер етеді. Олардың онтогенезінің (жеке дамуының жылдамдығы, өмірінің ұзақтығы, өсіп-өнуі биосфераның температурасына тікелей байланысты болады. Оны оптимум температура деп атайды. Сондай-ақ минимум және максимум кризистік температуралары да болады. Осы кризистік нүктеге жеткен соң, дененің жасырын жылуы бөлініп шығады да оның температурасы кенет көтеріледі, кейіннен басылып қалады. Организм клеткаларындағы шырын мұзға айналады. Соның салдарынан адам, жан-жануарлар, өсімдіктердің кейбір түрлері анабиоз (жансыз) калпына көшеді. Клеткалардағы зат алмау процесі баяулайды. Бірақ мүлдем тоқтап қалмайды.

Температураның өзгеруіне карай өсімдіктер мен жануарлардың бірнеше жолмен бейімделуішілік қасиеті байқалады. Мысалы, ауаның  температурасы көтерілген кезде, өсімдіктер буланып, салқындайды. Бірқатар жағдайларда, әсіресе шөл, шөлейт аймақтарда жаз айларының (ыстық кезінде өсімдіктердің көптеген түрлері анабиоз қалпына келеді)

Құстар мен сүтқоректілерден басқа жануарлардың көпшілігінің организмінің температурасы тұрақсыз келеді де өзін қоршаған биосфераның температурасына қарай өзгеріп отырады. Олардың организміндегі зат алмасу процесі бірқалыпты өспейді, Мұндайларды пойкилотермиялы (құбылмалы) жануарлар деп атайды. Сонымен бірге; гомотермиалды (тұрақты) жануарлар да бар. Бұған құстар мен сүтқоректілер жатады. Жылы қандылардың зат алмасу процестері үнемі жоғары дәрежеде жүріп отырады. Міне, осыған орай олардың температурасы белгілі бір қалыпта ұсталып тұрады. Құстардың көпшілігінің жылуы 40 градустан жоғары болады. Сүтқоректілердің температурасы бұдан төмен келеді.

Ылғал. Биосфераның ылғалдығы бірқалыпта тұрмайды. Бұл көбінесе жауын-шашынға байланысты. Әр географиялық аудандарда әр мөлшерде жауын жауады.                   Жан-жануарлардың, өсімдіктердің және адамдардың организмінде көп су бар. Ол қорек заттарды тарату, экстременттерді сыртқа шығару және жылудың алмасу (терморегуляция) міндетін атқарады. Осыған орай жануарлар мен өсімдіктерге суды сактайтын бейімдеушілік қасиет болады. Мысалы, өсімдіктерде устрица аппараты бар. Ол арқылы су мен газ кейде аз, кейде көп алмасып отырады.

Сәуле – барлық тірі организмге қоректі факторлардың бірі. Онсыз тіршілік дүниесінде ешқандай физиологиялық және биохимиялық процестер өтпейді. Күн сәулесі – энергия көзі, тіршіліктің тірегі. Оның радиациясы әртүрлі әсер етеді. Күн организмге ең алдымен спектральдық құрамы арқылы әсер етеді. Спектрдің организмге тигізетін әсері сан қилы. Спектрдің ультракүлгін бөлігі химиялық активтілігі жағынан өте күшті келеді. Стратосфераның озондық экраны күннің зиянды ультракүлгін сәулелерін ұстап тұрады. Жерге 300-400 ммк толқындары ғана келіп жетеді. Олар организмнің дамуына өте қажет. Мысалы, диапозоны (толқу көлемі) 250-280 ммк сәуле Д витаминнің адам, жан-жануарлар организімінде синтезделуін үдетеді.

Жердің жасыл желектерінің биомасса түзілуіне қажетті сәулелердің                      бірі – толқынның ұзындығы 400-ден 888 ммк-ден аспайтын инфрақызыл сәулелер. Өсімдік күн сәулесінің бір процентін, ал кейде 5 процентке дейінгі энергиясын сіңіреді. Қалғандары жерге тарайды немесе аспан кеңістігіне шашырап кетеді. Жер жүзіндегі жануарлар дүниесіне, өсімдік әлеміне және адамзат баласына қажетті сәулелер толқынының ұзындығы 800 ммк-ден аспайды. Өсімдіктер әлемі мен жануарлар дүниесі күн сәулесінің радиациясына қарай бейімдеушілік қасиетіне ие болады. Мысалы, кейбір қоңыздардың түсі ақшыл болып келеді де, күн сәулесін шағылыстырып жібереді. Сөйтіп, өзін күннің зиянды сәулесінен қорғайды. Тек өзіне қажетті сәулелерді сіңіреді. Кейбіреулерінің жарқырауық реңдері болады. Олар да күн сәулесін шашыратып жібереді. Осындай бейімделушілік тірі организмдердің тіршілік формаларын сақтауға мүмкіншілік береді.

Абиотикалык факторлар организмге тікелей әсер етіп қана қоймайды. Мысалы, күн сәулесі ауаны жылытады, содан кейін температура жоғарылайды. Ол кейіннен организмге әсер етеді. Биосфераның бір ғана бөлімшесінде өсімдіктердің көптеген түрі өмір сүреді. Биосфераның абиотикалық факторы қолайсыз болса, олар анабиоз жағдайына көшеді. Ал көпшілігі сыртқы қоршаған орта қолайсыз болса, тыныштану сатысына ауысады. Мәселе жеміс-жидек ағаштарын алайық. Жаз айларында олар қарқынды өседі де күзге қарау өсу процестерін баяулатып, біртіндеп сарғаяды, жапырақтарын түсіреді. Кейбір аңдар мен құстардың жаздай жайлаған жеріне қыстап қалатындары да болады. Ал көпшілігі жылы жаққа кетеді. Кейбір ұйқыға кететіндердің организімінде бірнеше күрделі физиологиялық және биохимиялық процесс жүреді. Олардың денесіндегі клеткаларыңда анабиоз жасауына сыртқы қоршаған орта үлкен әсер етеді. Ол клеткаларда анабиоз жасайтын заттардың көбеюіне мүмкіндік тудырады. Әсіресе, күзде күн қысқарған кезде клеткаларда анабиоз жасайтын қосылыстар түзіледі. Олар қысқа қарай зат алмасуын баяулатып, температура төмендеген сайын мүлдем тежеледі. Сондықтан да жануарлар қысқы ұйқыға кетуге мәжбүр болады. Көктемде клеткаларда анабиоз жасайтын қосылыстар азаяды. Сөйтіп маусымдық кезеңді басынан өткізіп отырады. Кейбір сүтқоректілердің жүндері жаз айларында түлеп, күзде қайтадан өсіп жетіліп, қысқа қарай қалыңдай түседі. Сонымен биосфераның абиотикалық факторлары жан-жануарлар дүниесін, өсімдік әлеміне және адамзат баласына биологиялық белгі беріп тұрады деуге болады.

Бұлардың организімінің сезім органдары қабылдайды да оны ішкі жүйке жүйелеріне таратады. Ал жүйке жүйелері организмге жайлы, денені сыртқы факторлардың өзгеруіне қарай бейімдеп отырады. Осының нәтижесінде зат алмасу процесі өтеді. Тірі организмдердің маусымдық өзгеріс жасауы биосфераның біркатар абиотикалық факторларымен болуы мүмкін. Мысалы, күннің ұзаруы не болмаса қысқаруы жануарлардың түлеуіне немесе жүнінің жетілуіне әсер етеді. Қор ретінде жиналған органикалық заттар да организмге бірден биологиялық белгі бере алды.

БИОТИКАЛЫҚ ФАКТОРЛАР

Биотикалық немесе органикалық табиғат факторлары дегеніміз – бір жондікке екінші бір жәндіктің тигізетін ықпалы. Биотикалық фактор – түр ішіндегі өзара қарым-қатынастан және олардың басқа түрлерге жататын тұқымдастарының қарым-катынасынан құралады. Түр аралық қарым-қатынастардың формалары алуан түрлі.

БИОСФЕРАНЫҢ ЛАСТАНУЫ

Биосфераның ластануы – адамның іс-әрекетінің нәтижесінде биосферада зиянды заттар мөлшерінің көбеюі, жаңа химиялық қосылыстардың пайда болуы, температураның көтерілуінен климаттың өзгеруі. Негізгі себептері: өнеркәсіптің (энергетика, транспорт, т.б.) тез қарқынмен дамуы, ауыл шаруашылығы мен күнделікті тұрмыста химиялық жетістіктерін кеңінен пайдалану, халық санының өсуі және урбанизациялану (қалалардын өсуі). Кен қазындыларын өндіру кезінде жер қойнауынан жылына 100 млрд. тонна тау жыныстары алынады. Оның 10%-і ғана іске асады да, 90%-і жарамсыз қалдықтарға айналып жер бетін ластайды. Жыл сайын шартты түрдегі 1 млрд. тонна отын жағылады, атмосфераға 20 млрд. тонна СО2, 300 млн. тонна СО, 50 млн. тонна N0, 150 млн. тонна S02, 5 млн. тонна Н2 S, 400 млн. т-ға жуық күл, түтін, шаң-тозаң түседі. Ал гидросфераны 600 млрд. тоннадай өндірістік және тұрмыстық ағын сулар ластайды. Мұнай өндіру және мұнай өнімдерін тасымалдау кезінде әлемдік мұхитқа 10 млн. т-ға жуық мұнай өнімдері төгіледі. Бұл ондағы тіршілікке үлкен зиян келтіреді. Жыл сайын топыраққа 100 млн. тоннадай минералды тыңайтқыштар сіңіріледі. Биосферада жыл сайын түзілетін жүздеген мың тонна әр түрлі жаңа химиялық қосылыстардың көпшілігі биологиялық және физиологиялық жолмен ыдырамайды. Биосферада ыдырамайтын заттардың шамадан артық жинақталуынан (мыс. пестицидтер, полисферы, хлордифенилдер, т.б.) және табиғи ыдырау механизмдері немесе сіңіру қабілеті бар заттардың әсерінен (тыңайтқыштар, ауыр металдар, т.б.) табиғи жүйелер мен олардың биосферадағы байланыстары бұзылады. Биосферадағы зат айналымына бірнеше млн. тонна хлорорганикалық қосылыстарды енгізу, бір жағынан, жануарлардың (әсіресе, балықтар мен кұстардың) көптеген түрлерінің жойылуына, ежелден калыптаскан тропикалық тізбектердің түзілуіне, соның нәтижесінде биоценоздардың бұзылуына әкелсе, екінші жағынан, ұсақ жәндіктер мен микроорганизмдердің (космополит организмдердің) шамадан тыс көбеюіне соқтырды. Ағаш және қазба отындарды (тас көмір, мұнай) негізгі қуат көзі ретінде пайдадану атмосфераның зиянды газдармен және шаң-тозаңмен ластануының басты көзі болып табылады.

Соңғы жылдары атмосферадағы қорғаныштық рөл атқаратын озон қабаты жұкарып кейбір аймақтарда (мыс., полюстерде) «озон ойықтары» пайда бола бастады. Олардың пайда болуына өндірістерден бөлінетін М, С, Рb, Мn, С1, Р, Вr оксидтері мен ғарыш кемелерін ұшыру әсер етеді. Әсіресе, метан, этан, пропанның хлорлы жәнс фторлы туынлыларын (фреондар) өнеркәсіпте кенінен пайдалану – озон қабатының жұқара түсуіне үлкен әсерін тигізіп отыр. Ал озон қабатының бұзылуы — Жер бетіндегі бүкіл тіршілікке үлкен зиян. Азот тотықтары мен күкірттің сумен қосылыстары «қышқылды жаңбыр» жаудырып, биосфераға орасан зор қауіп төндіруде. Биосфераны ластануының тағы бір қауіпті де қатерлі көзі – коршаған ортада радиоактивті қалдыктардың жинақталуы және АЭС апаттары.