Определение биосферы. Структура биосферы и ее границы. Классификация веществ биосферы, страница 9

Круговорот азота в биосфере  тесно сопряжен с круговоротом углерода, так как соотношение между этими элементами в составе глобальной биомассы постоянно: C : N = 55 : 1. Круговорот азота в биосфере составляет 1,5 Гт в год.

Все круговороты тесно связаны между собой различными формами взаимодействия. Основными звеньями биогеохимических циклов выступают различные организмы, многообразие  форм которых обеспечивает интенсивность протекания круговоротов веществ и вовлечение в них практически всех элементов земной коры.

7.8. Эволюция биосферы

Биосфера постоянно развивается – эволюционирует. Высокая замкнутость биологического круговорота и  эффективность биологической регуляции окружающей среды – это закономерный результат эволюции биосферы.

В процессе эволюции биосферы выделяют два этапа: 1 – добиотическая эволюция, 2 – биологическая эволюция ( Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2000).

1. Добиотическая эволюция включает 4 этапа.

1.1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера была восстановительной (содержала водород, азот, метан, аммиак, пары воды, инертные газы, цианистый водород, формальдегид и др. соединения), имела высокую температуру.

1.2. Возникновение абиотического круговорота веществ. В результате постепенного остывания планеты и за счет энергии Солнца формируется абиотический круговорот веществ. Появляется жидкая вода, формируется гидросфера, осуществляется круговорот воды, происходят водная миграция микроэлементов и разнообразные химические реакции в растворах. Благодаря автокатализу происходит образование и рост молекул.

1.3. Образование органических соединений. Осуществляются реакции конденсации и полимеризации простых соединений азота, углерода, водорода, кислорода за счет энергии УФ-излучения Солнца, электрических разрядов и других энергетических факторов, в результате которых образуются сложные органические вещества, способные аккумулировать лучистую энергию солнца в результате фотохимических реакций.

1.4. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, - прообраз биотического круговорота биосферы.

Дальнейшее усложнение органических молекул привело к образованию устойчивых комплексов - макромолекул, обладающих способностью к редупликации (удвоению), и возникновению молекулярных систем саморазвития.

2. Биотическая эволюция.

2.1. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биологических мембран приводит к появлению вирусоподобных структур и первичных клеток, способных к делению, - вначале хемоавтотрофных прокариот (безъядерных клеток), а затем – эукариот (ядерных клеток).

2.2. Появление и развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды.  Появляется и совершенствуется процесс фотосинтеза. Продуцирование и выделение в атмосферу молекулярного кислорода зелеными растениями в процессе фотосинтеза обеспечивает постепенный переход от восстановительной к слабоокислительной атмосфере, содержащей свободный кислород.  Этот этап длился более 2 млрд лет, и закончился 1,8 млрд лет назад.  Ускоряется биогенная миграция элементов. Возникают многоклеточные организмы, наземные растения и животные, усложняется биологический круговорот. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации (продуценты, консументы, редуценты). Достигается высокая степень замкнутости биологического круговорота.

2.3. Увеличение биологического многообразия. Усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Формирование окислительной атмосферы в результате процветания и распространения на планете фотоавтотрофной растительности и максимального развития фотосинтеза растений, генерирующих  свободный кислород. Организмы заняли все экологические ниши на планете. Полностью сформировалась средообразующая функция биосферы и биологический контроль ее постоянства состава – гомеостаза. Преобразование среды в результате деятельности организмов оказывает обратное воздействие на биоту и уравновешивается ее средорегулирующей функцией.