Биосфера - әлемдік экожүйе

Жер шарындағы ең ірі экожүйе – биосфера. «Биосфера» терминін алғаш тіршілік бар жердің қабықшасын анықтау үшін XIX ғ. 85 ж. атақты геолог Э.Зюсс (Австрия) қолданған.
Биосфера туралы ілімнің негізін XX ғ. 26 ж. В.И.Вернадский салған. В.И.Вернадский биосфера деп ғаламшадың тіршілік бар немесе болған, үнемі тірі ағзалардың әсеріне ұшырайтын, не ұшыраған бөлігін айтады. Биосфераның тепе-теңдігінің сақталуын гомеостаз деп атайды. Биосфера өздігінен реттелетін кибернетикалық жүйе. Жер биосферасының негізгі алуантүрлілігін тірі ағзалар жасайды, биосфераның өмір сүруі барысында 1 млрд кем емес тірі ағзалар болған.

Жер – 9 ғаламшар ішіндегі Күнді эллипс тәрізді орбита бойымен айналатын Күннен кейінгі үшінші ғаламшар. Ол өз өсінен айналып тұрады. Жер пішіні және көлемі бойынша полюстері тұсынан қысыңқы келетін шар тәрізді ғаламшар. Жердің негізгі физикалық қасиеттері – пішіні, көлемі, массасы, тығыздығы, қысымы және температурасы. Массасы 5,98 * 1024 кг. Жердің экватор бойының ұзындығы 40 мың км. Тығыздығы қысым артқан сайын өседі. Температура әр қабаттар мен тереңдіктерде әртүрлі. Жер бетінің 71% әлемдік мұхит алып жатыр, тек қана 29% құрлықтың үлесіне тиеді.

Жер биосферасының пайда болуы мен дамуы оның көлемі мен пішініне және Күннен ара қашықтығына байланысты. Жер ғаламшарының жасы 4,6 млрд жылды құрайды. Осы уақыт аралығында Жерде материяның айналу және жылжу процестері жүріп жатты. Соның нәтижесінде жер шары қабаттарға немесе геологиялық сфераларға (геосфераларға) жіктелді. Жер түрлі сфералардан тұрады: ядро, мантия, жер қабығы, педосфера, литосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера, ноосфера және т.б. Жер қабаттарының химиялық құрамы әртүрлі. Бұл ғаламшардың бастапқы затының жіктелуімен түсіндіріледі. Ғаламшардың қалыптасуы барысында ауыр элементтер (никель, темір, т.б.) «батып», ядро, ал олардан жеңілдеулері (алюминий, кремниий т.б.) «қалқып шығып», жер қабатын түзді. Сонымен қатар, балқымалардан бөлінген газдар атмосфераны, ал су булары гидросфераны түзді. Нәтижесінде жерде тіршіліктің дамуына қолайлы жағдайлар қалыптасты. Тірі ағзалар ерекше қабат – биосфераны түзді. Адам пайда болғаннан бастап биосфера дамудың жаңа сатысы – ноосфераға көтерілді.

Атмосфера - біздің ғаламшарымызды 3000 км биіктікке дейін түгел жауып жатқан ауа қабаты. Ол ауа қоспалары мен шаң бөлшектерінен тұрады. Атмосфера көлемінің 3% су булары құрайды. Құрғақ, таза ауаның 78% азот, 21% оттегі, 0,9% аргон, 0,03% көмірқышқыл газы және шамамен 0,003% неон, гелий, криптон, ксенон, азот оксидтері, метан, сутегі, су булары мен озон құрайды. Атмосфера арқылы Жер мен ғарыш зат алмасады. Жерге атмосфера арқылы ғарыштан ғарыштық шаң-тозаң, метеорит түсіп жатса, өзі сутегі, гелий сияқты жеңіл газдарды жоғалтып отырады. Атмосферада тіршіліктің таралу шегі 22-25 км. Ауа қабатында тіршілік ететін ағзалар атмобионттар деп аталады. Атмосферадағы оттегінің тірі ағзалар арқылы өтуіне 2000 жыл, ал көмірқышқыл газына - 300 жыл қажет. Атмосфераның әртүрлі биіктіктегі құрамы және қасиеттері бірдей емес, сондықтан оны тропо-, страто-, мезо-, термо– және экзосфераға жіктейді. Соңғы 3 қабатты ионосфера ретінде қарастырады.

Тропосфераға (полюстерде 0-7 км, экваторда 18 км дейін) барлық су буы мен атмосфераның 80% жатады. Мұнда барлық табиғат құбылыстары дамиды. Жердегі ауа-райы мен климат атмосферадағы жылу мен қысымның таралуына және су буының құрамына байланысты. Барлық жауын-шашынның көзі болып табылатын су буы күн радиациясын сіңіреді, ауаның тығыздығын көбейтеді. Тропосфераның температурасы биіктеген сайын төмендейді, ал 10-12 км биіктікте -550С-қа жетеді.

Тропосферадан кейін 40 км биіктікке дейін стратосфера қабаты орналасқан. Оның температурасы 00С-қа дейін бірқалыпты өседі. 22-24 км биіктікте озонның максималды концентрациясы жинақталып, қалыңдығы 3 мм озон қабаты түзіледі. Ол тірі ағзаларға өте қауіпті болып келетін жер бетіне еркін өтетін ультракүлгін сәулелердің көп бөлігін сіңіріп отырады. Соңғы жылдары «озонның жұқаруы» проблемасы биосфераның ғаламдық экологиялық проблемасына айналды. Оның басты себебі – антропогендік фактор. Озонды фреондар деп аталатын өндірістерде, автокөліктерде, ракеталарда қолданылатын химиялық қосылыстар бүлдіреді. Фреондадның 31% шығаратын ел - АҚШ. Озонның жұқаруы ең алғаш рет Антарктидада 1985 ж. байқалды. Ауа бассейнінің тағы бір өзекті проблемасының бірі – атмосфераның күкірт диоксиді және азот оксидімен ластануына байланысты пайда болатын қышқылды жаңбырлар.

Мезосфера (80 км биіктікке дейін) қабатында температура -60-800С-қа дейін жетеді. Мұнда көп мөлшерде поляр шұғылаларының пайда болуына себеп болатын газ иондары болады.

Термосфера (800 км биіктікке дейін) қабаты температураның өсуімен сипатталады. Оның құрамында көп мөлшерде сутегі және гелий секілді жеңіл газдар мен зарядталған бөлшектер болады.

Экзосферада (1500-2000 (3000) км биіктікке дейін) атмосфера газдарының ғарыш кеңістігіне тарауы (диссипациясы) байқалады.

Гидросфера – атмосфера және литосфера арасындағы Жердің үзілмелі су қабаты. Оған барлық мұхиттар, теңіздер көлдер, өзендер, сонымен қатар жер асты сулары, полюстер мен биік таулы жерлердегі мұздар мен қарлар жатады. Ондағы тіршіліктің таралу шегі 11 км.
Гидросфераны беткі және жер астындағы деп екіге бөледі.

Беткі гидросфера - Жердің беткі бөлігінің су қабаты. Оның құрамына мұхиттардың, теңіздердің, көлдердің, өзендердің, су қоймаларының, батпақтардың, мұздықтардың, қар жамылғыларының және т.б. сулары кіреді. Беткі гидросфера жер бетінің 70,8% жауып жатыр.

Жер астындағы гидросфераға жер қабығының жоғарғы бөлігіндегі сулар кіреді. Оларды жер асты сулары деп атайды. Жоғары жағынан жер астындағы гидросфера жер бетімен шектеледі, ал төменгі шекарасын гидросфера жер қабығына терең еніп жатқандықтан, шектеу мүмкін емес.

Су әлемінде алғашқы тіршілік нышаны байқалғаннан бері – гидросфера қабығы ғаламшарның бүкіл тыныс тіршілігін реттеуде негізгі роль атқарып келеді. 94% мұхиттар мен теңіздер, 6% - өзен, көлдер, жерасты сулары, мұздықтардың үлесіне тиіп, оны сарқылмайтын табиғи қоры екені адамзаттың болашаққа деген сенімін мәңгілік етуде. Табиғаттағы тұщы судың мөлшері 2%. Биосферадағы су айналымы 2 млн жылда өтеді. Биосферадағы су айналымы үлкен айналым деп аталады. Судың терең қабаты бенталь, ал беткі қалың қабаты пелагиаль деп аталады.

Жер қабығы литосфера – бүкіл тірішіліктің қолайлы ортасы және тірегі ретінде биосфера шегінде үлкен роль атқарады. Педосфера топырақтың ең беткі қабаты. Оның түп негізін әр түрлі минералдар жиынтығы, тау жыныстары, органикалық қалдықтар мен метаморфтық тау жыныстары құрайды. Топырақ қабатын мекендейтін организмдер эдафобионттар деп аталады. Биосфераның литосферадағы шегі 4 км тереңдікті құрайды. Литосферада биосфераның төменгі шекарасы температуралық фактормен анықталады.

Жер биосферасын құрайтын заттардың негізгі 6 типі белгілі:

1. тірі зат – биосфераның тірі заттары биосфераны мекендейтін барлық организмдер адаммен бірге. Қазіргі жер бетінде организмдердің 2 млн-нан артық түрі белгілі. Олардың 1,5 млн-нан астамы жануарлар, 500 мыңға жуығы өсімдіктердің түрлері болып табылады. Жер бетінде шамамен 6 млрд-тан астам адам бар.
2. биогенді зат – тірі организмдердің тіршілігі нәтижесінде пайда болатын заттар. Оларға мұнай, газ, тас көмір, әктас және т.б.
3. биокостық зат – тірі ағзалар мен ортаның бейорганикалық қосылыстарының бірлесуі нәтижесінде пайда болған заттар (топырақ).
4. костық зат - қатты, сұйық, газ күйіндегі заттар. Атмосфера, гидросфера, литосфера.
5. радиоактивті ыдыраудағы зат – радиоактивті элементтердің изотоптары. Уран, радий, радон элементтері.
6. космостық табиғаты бар зат – метеориттер, космостық шаң-тозаңдар.

Академик В.И.Вернадский биосферадағы тіршілік процестерін зерттей келе химиялық элементтердің бір тобын тірі заттар деп атады. Олар биофильді заттар деп аталатын сутегі, көміртегі, оттегі, азот, фосфор және күкірт элементері. Биофильді элементердің атомы тірі организмдердің денесінде күрделі органикалық қосылыстар түзе отырып, көмірсулары, липидтері, белоктер және нуклеин қышқылдарын құрайды. В.И.Вернадский биосфералық қалыптасу және даму эволюциясындағы «тірі заттардың рөлін өте жоғары бағалады. Ғаламшардағы ең жоғары сатыдағы дамыған тіршіліктің ұйытқысы түрлі организмдермен байланысты екенін айтты.