Maan biomassa prosentteina. Tutkijat suorittavat maailmanlaajuisen biomassalaskennan

JA Ja V ja i o b o l o h Vastaanottaja A h e m l Ja

Kaikkialla maapallolla, minne katsotkin, elämä hallitsee. Kasveja ja eläimiä löytyy kaikkialta. Ja kuinka paljon muita organismeja, jotka eivät näy paljaalla silmällä! Yksinkertaisimmat yksisoluiset eläimet ja mikroskooppiset levät, lukuisat sienet, bakteerit, virukset...

Meidän aikanamme tunnetaan jopa 500 tuhatta kasvilajia ja noin 1,5 miljoonaa eläinlajia. Mutta kaikkia lajeja ei ole löydetty ja kuvattu. Ja jos kuvittelet kuinka monta yksilöä kullakin lajilla on! .. Yritä laskea kuinka monta kuusia taigassa tai voikukkia niityllä tai tähkäpäitä yhdellä vehnäpellolla ... Kuinka monta muurahaista elää yhdessä muurahaispesässä, kuinka monta äyriäistä kyklooppia tai vesikirppua yhdessä lätäkössä, kuinka monta oravaa on metsässä, kuinka monta haukea, ahventa tai särkiä on yhdessä järvessä?... Ja todella upeita lukuja saadaan kun yritetään laskea mikro-organismeja.

Kyllä, sisään1 grammaa metsämaata on keskimäärin:

bakteerit -400 000 000,

sienet - 2 000 000,

levät - 100 000,

alkueläimet - 10 000.

Georgian yliopiston mikrobiologit uskovat tämän Maapallolla on vain 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (5 ei miljoonaa) bakteerit . Tämä vastaa 70 % planeetan kaiken elämän massasta.

Kaikki tämä lukematon määrä eläviä olentoja ei ole asetettu kaoottisesti ja satunnaisesti, vaan tiukasti luonnollisesti, tiettyyn järjestykseen, maan päällä historiallisesti vahvistettujen elämän lakien mukaisesti. Tässä on mitä amerikkalainen biologi K. Willy kirjoittaa tästä: ”Ensi silmäyksellä saattaa vaikuttaa siltä, ​​että elävien olentojen maailma koostuu käsittämättömästä joukosta kasveja ja eläimiä, jotka eroavat toisistaan ​​ja kulkevat kukin omaa polkuaan. Tarkempi tutkimus kuitenkin osoittaa, että kaikilla eliöillä, sekä kasveilla että eläimillä, on samat peruselintarpeet, niillä on samat ongelmat: ruoan saaminen energianlähteeksi, elintilan valloitus, lisääntyminen jne. Ratkaisun aikana nämä ongelmat, kasvit ja eläimet ovat muodostaneet valtavan määrän erilaisia ​​muotoja, joista jokainen on sopeutunut elämään tietyissä ympäristöolosuhteissa. Jokainen muoto on sopeutunut paitsi ympäristön fyysisiin olosuhteisiin - se on saavuttanut kestävyyden vaihteluille tietyissä kosteuden, tuulen, valaistuksen, lämpötilan, painovoiman jne. rajoissa, vaan myös bioottiseen ympäristöön - kaikkiin eläviin kasveihin ja eläimiin samalla vyöhykkeellä.

Säännöllisesti maan päällä levinnyt organismien kokonaisuus muodostaa planeettamme elävän kuoren - biosfäärin. Ansio "biosfäärin" käsitteen kehittämisessä ja sen planetaarisen roolin selkiyttämisessä kuuluu venäläiselle akateemikolle V. I. Vernadskille, vaikka itse termiä käytettiin viime vuosisadan lopulla. Mikä on biosfääri ja miksi se on niin tärkeä?

Maan pintaosat koostuvat kolmesta mineraalisesta epäorgaanisesta kuoresta: litosfääri on maan kova kivikuori; hydrosfääri - nestemäinen, ei-jatkuva kuori, mukaan lukien kaikki meret, valtameret ja sisävedet - Maailmanmeri; ilmakehä on kaasumainen kuori.

Koko hydrosfääri, litosfäärin yläosat ja ilmakehän alemmat kerrokset ovat eläinten ja kasvien asuttamia. Nykyaikainen biosfääri muodostui elävän aineen alkuperän ja historiallisen jatkokehityksen prosessissa. Maapallon elämän syntyhetkestä on eri arvioiden mukaan kulunut 1,5–2,5–4,2 miljardia vuotta. V. I. Vernadsky tuli siihen tulokseen, että tänä aikana organismien elintärkeä aktiivisuus käsitteli kaikkia maankuoren ulkokerroksia 99 prosenttia. Siksi maapallo sellaisena kuin sen havaitsemme ja jolla elämme, on suurelta osin organismien toiminnan tuote.

Elämä, joka on syntynyt Maahan aineen luonnollisen kehityksen seurauksena, on monien miljoonien vuosien aikana erilaisten organismien muodossa muuttanut planeettamme kasvot.

Kaikki biosfäärin organismit muodostavat yhdessä biomassan eli "elävän aineen", jolla on voimakasta energiaa, joka muuttaa maankuoren ja ilmakehän. Kasvimassan kokonaispaino on noin 10 000 miljardia ja eläinmassa noin 10 miljardia tonnia, mikä on noin 0,01 prosenttia koko biosfäärin painosta kiinteillä, nestemäisillä ja kaasumaisilla elinympäristöillään. On arvioitu, että kaikkien maan päällä asuneiden elollisten olentojen biomassan, noin miljardi vuotta elämän ilmestymisen jälkeen, pitäisi olla monta kertaa suurempi kuin planeettamme massa. Mutta niin ei käynyt.

Miksi biomassa ei kerry merkittävästi? Miksi se pidetään tietyllä tasolla? Loppujen lopuksi biomassalla elävänä aineena on taipumus jatkuvaan kehittymiseen, paranemiseen ja jatkuvaan kertymiseen tämän kehityksen prosessissa, elävien olentojen lisääntymis- ja kasvuprosessissa.

Ja näin ei tapahdu, koska jokainen elementti, josta organismin runko on rakennettu, havaitaan ympäristöstä, ja sitten useiden muiden organismien kautta palaa jälleen ympäröivään, epäorgaaniseen ympäristöön, josta se tulee jälleen elävän aineen koostumukseen. , biomassa. Näin ollen jokaista elävään aineeseen kuuluvaa elementtiä se käyttää monta kertaa.

Tätä ei kuitenkaan pidä ottaa absoluuttisessa merkityksessä. Toisaalta osa alkuaineista poistuu aineiden kierrosta, koska maapallo itsessään kerää orgaanisia yhdisteitä hiilen, öljyn, turpeen, öljyliuskeen jne. muodossa. Toisaalta ihminen voi varmistaa intensiivisempi biomassan kertymisprosessi, joka ilmenee jatkuvana sadon ja kotieläinten tuottavuuden kasvuna.

Mutta kaikki tämä ei suinkaan hylkää yleissääntöä. Pohjimmiltaan maapallon biomassa ei edelleenkään kerry, vaan sitä pidetään jatkuvasti tietyllä tasolla, vaikka tämä taso ei ole absoluuttinen ja vakio. Tämä johtuu siitä, että biomassaa tuhoutuu jatkuvasti ja luodaan uudelleen samasta rakennusmateriaalista, jonka rajoissa tapahtuu keskeytymätöntä aineiden kiertoa. V. I. Vernadsky kirjoittaa: "Elämä vangitsee merkittävän osan atomeista, jotka muodostavat maan pinnan aineen. Sen vaikutuksen alaisena nämä atomit ovat jatkuvassa intensiivisessä liikkeessä. Näistä syntyy jatkuvasti miljoonia erilaisia ​​yhdisteitä. Ja tämä prosessi jatkuu keskeytyksettä kymmenien miljoonien vuosien ajan vanhimmasta arkeotsoisesta aikakaudesta meidän aikanamme. Maan pinnalla ei ole kemiallista voimaa, joka olisi jatkuvasti aktiivisempi ja siksi lopullisissa seurauksissaan voimakkaampi kuin elävät organismit kokonaisuutena tarkasteltuna.

Tätä kiertoa, joka tapahtuu organismien elintärkeän toiminnan seurauksena, kutsutaan aineiden biologiseksi kierroksi. Se sai modernin luonteen vihreiden kasvien ilmaantuessa, jotka suorittavat fotosynteesiprosessin. Siitä lähtien maapallon elävän aineen evoluution olosuhteet ovat saaneet täysin erilaisen luonteen.

Aineiden kierron kulkua voidaan tarkastella lyhyesti käyttämällä esimerkkiä hiilestä, jonka atomit ovat osa monimutkaista proteiinimolekyyliä. Elämä ja aineenvaihdunta liittyvät proteiinimolekyyliin.

Jokaisella maapallon hehtaarilla on jopa 2,5 tonnia hiiltä hiilidioksidin (CO2) koostumuksessa. Laskelmat ovat osoittaneet, että esimerkiksi sokeriruoko hehtaaria kohden imee jopa 8 tonnia hiiltä, ​​jota käytetään näiden kasvien rungon rakentamiseen. Tämän seurauksena vihreät kasvit ovat käyttäneet

Se olisi koko hiilivarasto. Mutta näin ei tapahdu, koska hengityksessä olevat organismit vapauttavat huomattavia määriä hiilidioksidia, ja vielä enemmän hiiltä vapauttavat mädäntyneet bakteerit ja sienet, jotka tuhoavat eläinten ja kasvien kuolleissa ruumiissa olevia hiiliyhdisteitä. Osa hiilestä kuitenkin poistuu "kierto"-alueelta ja laskeutuu öljyn, hiilen, turpeen jne. kerrostumien muodossa, joihin kuolleet kasvit ja eläimet muuttuvat. Mutta tämä hiilen menetys kompensoituu kivikarbonaattien tuhoutumalla ja nykyaikaisissa olosuhteissa myös valtavan louhitun polttoaineen poltolla. Tämän seurauksena hiiltä näyttää jatkuvan virtaavan ilmakehästä vihreiden kasvien, eläinten ja mikro-organismien kautta takaisin ilmakehään. Näin ollen kokonaishiilivarastot biosfäärissä pysyvät suunnilleen vakiona. Voidaan suurella varmuudella olettaa, että lähes jokainen biosfäärin hiiliatomi on elämän syntymisen jälkeen ollut toistuvasti osa elävää ainetta, siirtynyt ilmakehän hiilidioksidiksi ja palannut jälleen elävän aineen, biomassan, koostumukseen.

Nykyaikaisissa olosuhteissa hiili aineiden biologisen kierron prosessissa käy läpi seuraavat vaiheet: 1) vihreät kasvit, orgaanisen aineen luojat, imevät hiiltä ilmakehästä ja vievät sen kehoonsa; 2) eläimet tai kuluttajat, jotka ruokkivat kasveja, rakentavat hiiliyhdisteistään kehonsa hiiliyhdisteitä; 3) bakteerit, samoin kuin jotkut muut organismit tai tuhoajat, tuhoavat kuolleiden kasvien ja eläinten orgaanista ainesta ja vapauttavat hiiltä, ​​joka taas karkaa ilmakehään hiilidioksidina.

Typpi on toinen tärkeä aminohappojen ja biomassaproteiinien ainesosa. Maapallon typen lähde on nitraatti, jota kasvit imevät maaperästä ja vedestä. Kasveja syövät eläimet syntetisoivat protoplasmansa kasviproteiinien aminohapoista. Putrefaktiiviset bakteerit muuttavat näiden organismien kuolleiden ruumiiden typpiyhdisteet ammoniakiksi. Nitrifioivat bakteerit muuttavat sitten ammoniakin nitriiteiksi ja nitraateiksi. Osa typestä palautetaan ilmakehään denitrifioivien bakteerien toimesta. Mutta maan päällä elävän aineen evoluutioprosessissa organismit näyttivät kykenevän sitomaan vapaata typpeä ja muuttamaan sen orgaanisiksi yhdisteiksi. Nämä ovat joitain sinileviä, maaperää sekä kyhmybakteereja sekä palkokasvien juurisoluja. Kun nämä organismit kuolevat, niiden kehon typpi muuttuu nitrifioivien bakteerien toimesta typpihapon suoloiksi.

Samanlaisen kierron suorittavat vesi, fosfori ja monet muut aineet, jotka ovat osa elävää ainetta ja biosfäärin mineraalikuoria, minkä seurauksena kaikki alkuaineet, harvoja poikkeuksia lukuun ottamatta, osallistuvat biosfäärin elävän aineen toimintaan. mittakaavaltaan mahtavimmassa, jatkuvasti liikkuvassa virtauksessa - aineiden biologisessa kierrossa. "Elämän lakkaaminen liittyisi väistämättä kemiallisten muutosten lakkaamiseen, ellei koko maankuoren, niin ainakin sen pinnan - maan pinnan, biosfäärin" - kirjoittaa akateemikko V. I. Vernadsky.

Vernadskyn ajatuksen vahvistaa erityisen elävästi kasvien fotosynteesin tuotteen hapen rooli sen kiertoprosessissa. Lähes kaikki maapallon ilmakehän happi on peräisin vihreiden kasvien toiminnasta, ja se pysyy tietyllä tasolla. Organismit kuluttavat sitä suurina määrinä hengitysprosessissa. Mutta lisäksi, koska sillä on valtava kemiallinen aktiivisuus, happi tulee jatkuvasti yhdisteiksi melkein kaikkien muiden alkuaineiden kanssa.

Jos vihreät kasvit eivät vapauttaisi niin valtavaa määrää happea, se katoaisi kokonaan ilmakehästä noin 2000 vuodessa. Maan koko ulkonäkö muuttuisi, melkein kaikki organismit katoaisivat, kaikki hapetusprosessit biosfäärin fyysisessä osassa pysähtyisivät... Maasta tulisi eloton planeetta. Se on vapaan hapen läsnäolo planeetan ilmakehässä, joka osoittaa, että siinä on elämää, elävää ainetta, on biosfääri. Ja koska on olemassa biosfääri, lähes kaikki ympäristön elementit ovat mukana suuressa, loputtomassa aineiden kierrossa.

On laskettu, että nykyaikana kaikki ilmakehän sisältämä happi kiertää (hengityksen sitomien ja fotosynteesin kautta vapautuvien) eliöiden kautta 2000 vuodessa, että kaikki ilmakehän hiilidioksidi kiertää päinvastaiseen suuntaan 300 vuoden välein. ja että kaikki maapallon vedet hajoavat ja muodostuvat uudelleen fotosynteesin ja hengityksen avulla 2 000 000 vuodessa.

Biosfäärin tutkimus perustuu geokemiallisiin tutkimuksiin, joita on tutkinut ensisijaisesti V. I. Vernadsky, hapen ja hiilen kiertokulkuja. Hän ehdotti ensimmäisenä, että nykyajan ilmakehän sisältämä happi muodostui kasvien fotosynteettisen toiminnan seurauksena.

Erinomaisella luonnontieteilijällä V. I. Vernadskylla oli hämmästyttävä kyky kattaa lähes kaikki nykyaikaisen luonnontieteen osa-alueet terävällä ja loistavalla ajattelullaan. Ajatuksissaan ja käsitteissään hän oli paljon edellä nykyistä tietämystasoaan ja näki niiden kehityksen tulevina vuosikymmeninä. Jo vuonna 1922 Vernadski kirjoitti ihmisen välittömästä valtavien ydinenergiavarantojen hallitsemisesta, ja 1930-luvun lopulla hän ennusti ihmisen avaruuskävelyn tulevaa aikakautta. Hän seisoi monien maapalloa koskevien tieteiden – geneettisen mineralogian, geokemian, biogeokemian, radiogeologian – alkulähteillä ja loi Maan biosfäärin opin, josta tuli hänen työnsä huippu.

V. I. Vernadskyn tieteelliset haut liittyivät jatkuvasti valtavaan organisatoriseen työhön. Hän oli Venäjän luonnollisten tuotantovoimien tutkimuskomission perustamisen aloitteentekijä, yksi Ukrainan tiedeakatemian järjestäjistä ja sen ensimmäinen presidentti. Vernadskin aloitteesta Maantieteen instituutti, M. V. Lomonosovin mukaan nimetty mineralogian ja geokemian instituutti, Radium-, keramiikka- ja optiset instituutit, biogeokemiallinen laboratorio, josta on nyt tullut V. I. Vernadskin mukaan nimetty geokemian ja analyyttisen kemian instituutti, ikiroutatutkimuskomissio, joka sitten muutettiin V. A. Obruchevin ikiroutatieteen instituutiksi, Tiedon historian instituutiksi, nykyiseksi luonnontieteen ja tekniikan historian instituutiksi, meteoriittikomiteaksi, isotooppi-, uraani- ja komiteaksi. monet muut. Lopulta hän keksi idean perustaa kansainvälinen komissio maapallon geologisen iän määrittämiseksi.

ENERGIAN VIRTAUS BIOSFERISSA

Kaikkien aineiden syklit ovat suljettuja, ne käyttävät toistuvasti samoja atomeja. Siksi kiertokulkuun ei tarvita uutta ainetta. Aineen säilymisen laki, jonka mukaan aine ei koskaan synny tai katoa, on ilmeinen tässä. Mutta aineiden muuntamiseen biogeenisessä kierrossa tarvitaan energiaa. Millaisella energialla tämä suurenmoinen prosessi toteutetaan?


Maan elämälle ja siten aineiden biologisen kierron toteuttamiselle välttämätön energian pääasiallinen lähde on auringonvalo, eli energia, joka syntyy Auringon suolistossa ydinreaktioiden aikana noin 10 000 000 asteen lämpötilassa. (Lämpötila Auringon pinnalla on paljon alhaisempi, vain 6000 astetta.) Jopa 30 prosenttia energiasta hajoaa ilmakehässä tai heijastuu pilviin ja maan pinnalle, jopa 20 prosenttia absorboituu ylemmille kerroksille. pilviä, noin 50 prosenttia saavuttaa maan tai valtameren pinnan ja imeytyy lämmön muodossa. Vihreät kasvit sieppaavat vain merkityksettömän määrän energiaa, vain noin 0,1-0,2 prosenttia; se tarjoaa koko aineiden biologisen kierron maan päällä.

Vihreät kasvit keräävät auringonsäteen energiaa, keräävät sitä kehoonsa. Eläimet, jotka syövät kasveja, ovat olemassa sen energian ansiosta, joka tuli heidän kehoonsa ruoan mukana, syötyjen kasvien kanssa. Petoeläimet elävät myös vihreiden kasvien varastoimalla energialla, koska ne ruokkivat kasvinsyöjiä.

Siten auringon energia, jota vihreät kasvit käyttivät alun perin fotosynteesiprosessissa, muunnetaan niiden orgaanisten yhdisteiden kemiallisten sidosten potentiaaliseksi energiaksi, joista kasvisto on rakennettu. Kasvin syöneen eläimen kehossa nämä orgaaniset yhdisteet hapettuvat vapauttamalla sellainen määrä energiaa, jonka kasvi käytti orgaanisen aineen synteesiin. Osa tästä energiasta käytetään eläimen elämään, ja osa termodynamiikan toisen lain mukaan muuttuu lämmöksi ja haihtuu avaruuteen.

Viime kädessä vihreän kasvin Auringosta saama energia siirtyy organismista toiseen. Jokaisen tällaisen siirtymän yhteydessä energia muuttuu yhdestä muodosta (kasvin elämänenergia) toiseen (eläimen, mikro-organismin elämänenergia jne.). Jokaisella tällaisella muutoksella tapahtuu hyödyllisen energian määrän vähenemistä. Siksi, toisin kuin aineiden kierto, joka virtaa noidankehässä, energia liikkuu organismista organismiin tiettyyn suuntaan. On olemassa yksisuuntainen energiavirta, ei kiertokulku.

Ei ole vaikea kuvitella, että heti kun aurinko sammuu, kaikki Maan keräämä energia muuttuu vähitellen tietyn ja suhteellisen lyhyen ajan kuluttua lämmöksi ja haihtuu avaruuteen. Aineiden kierto biosfäärissä pysähtyy, kaikki eläimet ja kasvit kuolevat. Aika synkkä kuva... Elämän loppu maan päällä...

Meidän ei kuitenkaan pitäisi olla hämmentynyt tästä johtopäätöksestä. Loppujen lopuksi Aurinko paistaa vielä useita miljardeja vuosia, eli ainakin niin kauan, että maapallolla on jo elämää, joka on kehittynyt primitiivisistä elävän aineen kokkareista nykyihmiseksi. Lisäksi ihminen itse ilmestyi maan päälle vain noin miljoona vuotta sitten. Tänä aikana hän siirtyi kivikirveestä monimutkaisimpiin elektronisiin tietokoneisiin, tunkeutui atomin ja maailmankaikkeuden syvyyksiin,

Kaikkeen energian siirtymiseen muodosta toiseen liittyy Maan ulkopuolelle menneen ja menestyksekkäästi ulkoavaruuden hallitsevan hyödyllisen energian määrän väheneminen.

Ihmisen ja niin hyvin organisoituneen aineen kuin hänen aivonsa ilmaantuminen oli ja on poikkeuksellisen tärkeä elävien äitien ja koko biosfäärin kehitykselle. Perustamisestaan ​​lähtien ihmiskunta on osana biomassaa ollut täysin riippuvainen ympäristöstä merkittävän ajan. Mutta aivojen ja ajattelun kehittyessä ihminen valloittaa yhä enemmän luonnon, nousee sen yläpuolelle, alistaa sen omien etujensa alle. Jo vuonna 1929 A. P. Pavlov, korostaen ihmisen jatkuvasti kasvavaa roolia maapallon orgaanisen maailman kehityksessä, ehdotti kvaternaarikauden kutsumista "ihmisaineeksi" ja sitten V. I. Vernadskiksi uskoen, että ihmiskunta luo uuden älykkään kuoren. Maa, tai pallomieli, ehdotti nimeä "noosfääri".

Ihmisen toiminta muuttaa merkittävästi aineiden kiertoa biosfäärissä. Noin 50 miljardia tonnia hiiltä on louhittu ja poltettu; louhitaan miljardeja tonneja rautaa ja muita metalleja, öljyä, turvetta. Ihminen on hallinnut erilaisia ​​energiamuotoja, myös atomienergiaa. Tämän seurauksena maapallolle ilmestyi täysin uusia kemiallisia alkuaineita ja tuli mahdolliseksi muuttaa joitakin alkuaineita toisiksi, ja suuri määrä radioaktiivista säteilyä sisällytettiin biosfääriin. Ihmisestä on tullut kosmisen järjestyksen kokoinen ja hänen mielensä voima pystyy lähitulevaisuudessa hallitsemaan sellaisia ​​energiamuotoja, joita emme nyt edes epäile.

Tällä hetkellä maapallolla tunnetaan noin 500 tuhatta kasvilajia ja yli 1,5 miljoonaa eläinlajia. Heistä 93 % asuu maalla ja 7 % on vesiympäristön asukkaita (taulukko).

Taulukon tiedoista voidaan nähdä, että vaikka valtameret kattavat noin 70 % maan pinnasta, ne muodostavat vain 0,13 % maapallon biomassasta.

Maaperä muodostuu biogeenisesti, se koostuu epäorgaanisista ja orgaanisista aineista. Biosfäärin ulkopuolella maaperän muodostuminen on mahdotonta. Mikro-organismien, kasvien ja eläinten vaikutuksesta maapallon maakerros alkaa vähitellen muodostua kiville. Organismiin kertyneet biogeeniset alkuaineet siirtyvät jälleen maaperään niiden kuoleman ja hajoamisen jälkeen.

Maaperässä tapahtuvat prosessit ovat tärkeä osa biosfäärin aineiden kiertoa. Ihmisen taloudellinen toiminta voi johtaa maaperän koostumuksen asteittaiseen muutokseen ja siinä elävien mikro-organismien kuolemaan. Siksi on tarpeen kehittää toimenpiteitä maaperän järkevää käyttöä varten. materiaalia sivustolta

Hydrosfäärillä on tärkeä rooli lämmön ja kosteuden jakautumisessa koko planeetalla, aineen kierrossa, joten sillä on voimakas vaikutus myös biosfääriin. Vesi on tärkeä osa biosfääriä ja yksi organismien elämän tärkeimmistä tekijöistä. Suurin osa vedestä on valtamerissä ja merissä. Meri- ja meriveden koostumus sisältää noin 60 kemiallista alkuainetta sisältäviä mineraalisuoloja. Happi ja hiili, jotka ovat välttämättömiä organismien elämälle, liukenevat hyvin veteen. Vesieläimet vapauttavat hiilidioksidia hengityksen aikana, ja kasvit rikastavat vettä hapella fotosynteesin seurauksena.

Plankton

Valtameren vesien ylemmissä kerroksissa, jotka ulottuvat 100 metrin syvyyteen, ovat laajalle levinneet yksisoluiset levät ja mikro-organismit, jotka muodostavat mikroplanktonia(alkaen kreikkalainen plankton - vaeltava).

Noin 30 % planeettamme fotosynteesistä tapahtuu vedessä. Levät, jotka havaitsevat aurinkoenergian, muuttavat sen kemiallisten reaktioiden energiaksi. Vesieliöiden ravinnossa, planktonia.

Biomassa on termi, jota käytetään kuvaamaan mitä tahansa fotosynteesin tuottamaa orgaanista ainetta. Tämä määritelmä kattaa maa- ja vesikasvillisuuden ja pensaat sekä vesikasvit ja mikro-organismit.

Erikoisuudet

Biomassa on eläinten jäänteitä (lantaa), teollisuus- ja maatalousjätteitä. Tämä tuote on teollisesti tärkeä, sillä on kysyntää energia-alalla. Biomassa on luonnontuote, jonka hiilipitoisuus on niin korkea, että sitä voidaan käyttää vaihtoehtoisena polttoaineena.

Yhdiste

Biomassa on seos vihreitä kasveja, mikro-organismeja ja eläimiä. Sen palauttamiseksi tarvitaan pieni aika. Elävien organismien biomassa on ainoa energianlähde, joka pystyy vapauttamaan hiilidioksidia käsittelyn aikana. Sen pääosa on keskittynyt metsiin. Maalla se sisältää vihreitä pensaita, puita, ja niiden määräksi arvioidaan noin 2 400 miljardia tonnia. Valtamerissä organismien biomassa muodostuu paljon nopeammin, täällä sitä edustavat mikro-organismit ja eläimet.

Tällä hetkellä harkitaan sellaista käsitettä kuin viherkasvien määrän lisääminen. Puumaisen kasvillisuuden osuus on noin kaksi prosenttia. Suurin osa (noin seitsemänkymmentä prosenttia) kokonaiskoostumuksesta muodostuu peltoalasta, vihreistä niityistä ja pienestä kasvillisuudesta.

Noin viisitoista prosenttia kokonaisbiomassasta on meren kasviplanktonia. Koska sen jakautumisprosessi tapahtuu lyhyessä ajassa, voimme puhua maailman valtamerten kasvillisuuden merkittävästä vaihdosta. Tutkijat mainitsevat mielenkiintoisia tosiasioita, joiden mukaan kolme päivää riittää valtameren vihreän osan uusimiseen kokonaan.

Maalla tämä prosessi kestää noin viisikymmentä vuotta. Joka vuosi tapahtuu fotosynteesiprosessi, jonka ansiosta saadaan noin 150 miljardia tonnia kuivaa orgaanista tuotetta. Maailman valtamerissä syntyvä kokonaisbiomassa on merkityksettömistä indikaattoreista huolimatta verrattavissa maalla syntyviin tuotteisiin.

Kasvien painon vähäisyys maailman valtamerissä selittyy sillä, että eläimet ja mikro-organismit syövät ne lyhyessä ajassa, mutta kasvillisuus palautuu täällä melko nopeasti.

Subtrooppisia ja trooppisia metsiä pidetään tuottavimpina maan biosfäärin mannerosassa. Valtameren biomassaa edustavat pääasiassa riutat ja suistot.

Tällä hetkellä käytössä olevista bioenergiateknologioista erottelemme: pyrolyysi, kaasutus, käyminen, anaerobinen käyminen, erilaiset polttoaineen poltto.

Biomassan määrän uusiminen

Viime aikoina monissa Euroopan maissa on tehty erilaisia ​​kokeita, jotka liittyvät biomassaa tuottavien energiametsien viljelyyn. Sanan merkitys on erityisen tärkeä nykyään, kun ympäristöasioihin kiinnitetään erityistä huomiota. Biomassan hankintaprosessiin sekä kotitalouksien kiinteän jätteen, puumassan ja maatalouskattiloiden teolliseen käsittelyyn liittyy turbiinia käyttävän höyryn vapautuminen. Ekologisesta näkökulmasta se on täysin turvallinen ympäristölle.

Tästä johtuen havaitaan generaattorin roottorin pyöriminen, joka pystyy tuottamaan sähköenergiaa. Vähitellen kertyy tuhkaa, mikä heikentää sähköntuotannon tehokkuutta, joten sitä poistetaan ajoittain reaktioseoksesta.

Valtavilla koeviljelmillä kasvatetaan nopeasti kasvavia puita: akaasia, poppeli, eukalyptus. Noin kaksikymmentä kasvilajia on testattu.

Yhdistelmäviljelmät tunnistettiin kiinnostavaksi vaihtoehdoksi, joilla kasvatetaan puiden lisäksi muita maatalouskasveja. Esimerkiksi ohraa istutetaan poppelirivien väliin. Syntyneen energiametsän kiertoaika on kuudesta seitsemään vuotta.

Biomassan käsittely

Jatketaan keskustelua siitä, mikä on biomassa. Tämän termin määritelmän ovat antaneet eri tutkijat, mutta he ovat kaikki vakuuttuneita siitä, että vihreät kasvit ovat lupaava vaihtoehto vaihtoehtoisen polttoaineen saamiseksi.

Ensinnäkin on huomattava, että pääasiallinen kaasutustuote on hiilivety - metaani. Sitä voidaan käyttää kemianteollisuuden raaka-aineena ja tehokkaana polttoaineena.

Pyrolyysi

Nopealla pyrolyysillä (aineiden lämpöhajoaminen) saadaan bioöljyä, joka on palava polttoaine. Tässä tapauksessa vapautuva lämpöenergia käytetään vihreän biomassan muuntamiseen kemiallisesti synteettiseksi öljyksi. Se on paljon helpompi kuljettaa ja varastoida kuin kiinteät materiaalit. Lisäksi bioöljyä poltetaan samalla kun se vastaanottaa sähköenergiaa. Pyrolyysillä voidaan muuttaa biomassa fenoliöljyksi, jota käytetään puuliiman, eristysvaahdon ja muovattujen muovien valmistukseen.

anaerobinen käyminen

Tämän prosessin suorittavat anaerobiset bakteerit. Mikro-organismit elävät paikoissa, joissa happea ei ole saatavilla. Ne kuluttavat orgaanista ainetta muodostaen vetyä ja metaania reaktion aikana. Toimitettaessa lantaa, jätevettä erityisiin keittimiin, viemällä niihin anaerobisia mikro-organismeja, on mahdollista käyttää saatua kaasua polttoaineen lähteenä.

Bakteerit pystyvät hajottamaan kaatopaikkojen, ruokajätteiden sisältämää orgaanista ainetta muodostaen metaania. Kaasun poistamiseen ja polttoaineen käyttöön voidaan käyttää erikoisasennuksia.

Johtopäätös

Biopolttoaineet eivät ole vain erinomainen energianlähde, vaan myös tapa erottaa arvokkaita kemikaaleja. Joten metaanin kemiallisen käsittelyn aikana voidaan saada erilaisia ​​orgaanisia yhdisteitä: metanolia, etanolia, asetaldehydiä, etikkahappoa, polymeerimateriaaleja. Esimerkiksi etanoli on arvokas aine, jota käytetään eri teollisuudenaloilla.

Biologit ovat suorittaneet kvantitatiivisen analyysin biomassan maailmanlaajuisesta jakautumisesta maapallolla, joka oli yhteensä 550 miljardia tonnia hiiltä. Kävi ilmi, että yli 80 prosenttia tästä määrästä osuu kasveihin, maaeliöiden kokonaisbiomassa on noin kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin meren eliöiden ja ihmisten osuus on noin 0,01 prosenttia, tutkijat kirjoittavat Proceedings of the National Academy of Sciences.

Kvantitatiivinen tieto kaikkien maapallon elävien organismien kokonaisbiomassasta ja sen jakautumisesta yksittäisten lajien kesken on tärkeää tietoa nykyajan biologialle ja ekologialle: niiden avulla voidaan tutkia koko biosfäärin yleistä dynamiikkaa ja kehitystä, sen vastetta tapahtuviin ilmastoprosesseihin. planeetalla. Sekä biomassan alueellinen jakautuminen (maantieteellisesti, syvyyden ja lajien elinympäristöjen mukaan) että sen jakautuminen eri elävien organismilajien kesken voivat olla tärkeä indikaattori arvioitaessa hiilen ja muiden alkuainekuljetusreittejä sekä ekologisia vuorovaikutuksia tai ravintoketjuja. Tähän mennessä on kuitenkin tehty kvantitatiivisia arvioita biomassan jakautumisesta joko yksittäisten taksonien tai joidenkin ekosysteemien sisällä, eikä koko biosfääristä ole vielä tehty luotettavia arvioita.

Tällaisten tietojen saamiseksi ryhmä Israelista ja Yhdysvalloista peräisin olevia tutkijoita, jota johti Ron Milo (Ron Milo) Weizmann Institute of Sciencestä, suoritti eräänlaisen laskennan kaikista eläinlajeista arvioiden niiden biomassaa ja maantieteellistä levinneisyyttä. Tutkijat keräsivät kaikki tiedot useista sadoista asiaankuuluvista tieteellisistä artikkeleista, minkä jälkeen he käsittelivät nämä tiedot kehitetyn integraatiojärjestelmän avulla ottaen huomioon lajien maantieteellisen jakautumisen. Eri lajeihin kuuluvan biomassan kvantitatiivisena indikaattorina tutkijat käyttivät tietoa eri taksonien päälle putoavan hiilen massasta (eli vesimassaa ei otettu huomioon esimerkiksi harkittaessa). Nyt kaikki saadut tulokset sekä analyysiin käytetyt ohjelmat ovat julkisia, ja ne löytyvät githubista.

Kaaviokaavio biomassan maailmanlaajuista jakautumista koskevien tietojen johtamisesta saatavilla olevista epätäydellisistä tiedoista, ottaen huomioon ympäristöparametrien maantieteellinen jakautuminen

Y. M. Bar-On et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Saatujen tietojen analyysi osoitti, että kaikkien maapallon elävien organismien kokonaisbiomassa on noin 550 miljardia tonnia hiiltä. Samaan aikaan ylivoimaisen enemmistön siitä ovat kasvikunnan edustajat: 450 gigatonnia hiiltä on yli 80 prosenttia kokonaismäärästä. Toisella sijalla ovat bakteerit: noin 70 miljardia tonnia hiiltä, ​​kun taas eläimet (2 miljardia tonnia) ovat myös huonompia kuin sienet (12 miljardia tonnia), arkeat (7 miljardia tonnia) ja alkueläimet (4 miljardia tonnia). Eläimistä niveljalkaisilla on suurin biomassa (1 miljardi tonnia) ja esimerkiksi lajin kokonaisbiomassa Homo sapiens on 0,06 miljardia tonnia hiiltä - tämä on noin 0,01 prosenttia kaikesta maapallon biomassasta.

Biomassan jakautuminen eri valtakuntien edustajien kesken (vasemmalla) ja eläinkunnan sisällä (oikealla)

Y. M. Bar-On et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Biomassan jakautuminen eri elinympäristöjen välillä: yhteensä kaikille eläville organismeille (vasemmalla) ja erikseen eri valtakuntien edustajille (oikealla)

Y. M. Bar-On et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Mielenkiintoista on, että suurin osa biomassan kannalta tärkeimpien valtakuntien edustajista elää eri elinympäristöissä. Joten suurin osa kasveista on maanpäällisiä lajeja. Suurin osa eläinten biomassasta elää merissä ja valtamerissä, ja esimerkiksi useimmat bakteerit ja arkeat sijaitsevat syvällä maan alla. Samaan aikaan maaeliöiden kokonaisbiomassa on noin kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin meren eliöiden, jotka ovat tutkimuksen tekijöiden mukaan vain 6 miljardia tonnia hiiltä.

Tutkijat huomauttavat, että tarkkojen tietojen puutteen vuoksi saadut tiedot lasketaan erittäin suurella epävarmuudella. Näin ollen vain maapallon kasvien biomassaa voidaan arvioida riittävällä varmuudella, kun taas bakteerien ja arkkien osalta saadut tiedot voivat poiketa todellisista tiedoista kertoimella 10. Kaikkien maapallon elävien organismien kokonaisbiomassaa koskevien tietojen epävarmuus ei kuitenkaan ylitä 70 prosenttia.

Työn tekijöiden mukaan heidän saamansa tulokset perustuvat nykyisten tieteellisten tutkimusten tietoihin, joten niitä voidaan käyttää nykyaikaisissa ekologisissa ja biologisissa arvioinneissa melko suuresta virheestä huolimatta. Tutkijat huomauttavat myös, että dataa analysoidessaan he pystyivät tunnistamaan ne maantieteelliset alueet, joista on tällä hetkellä hyvin vähän tietoa ja lisätutkimusta tarvitaan. Tutkijat toivovat, että tulevaisuudessa tietojen tarkentaminen mahdollistaa tällaisten analyysien suorittamisen riittävällä maantieteellisellä tarkkuudella, mutta myös tällaisten jakaumien muutosten dynamiikan seuraamisen ajan myötä.

Viime aikoina tutkijat ovat jakaneet biomassaa pienempiin järjestelmiin tarkastelemalla suuria metsiä eri puolilla maapalloa. Kävi ilmi, että yli puolet koko metsän biomassasta muodostaa vain prosentti suurimmista puista, joista suurin osa on halkaisijaltaan yli 60 senttimetriä. Samanaikaisesti dynaaminen analyysi voidaan jo tehdä joillekin eläinlajeille tietyillä maantieteellisillä alueilla. Esimerkiksi viime vuonna eurooppalaiset ekologit tutkivat lentävien hyönteisten biomassaa kansallispuistoissa Saksassa ja että se on 27 vuodessa vähentynyt kerralla 76 prosenttia.

Aleksanteri Dubov

Maan biomassa. Maan maalla, alkaen navoista päiväntasaajalle, biomassa kasvaa vähitellen. Samaan aikaan myös kasvilajien määrä lisääntyy. Tundra, jossa on jäkälää ja sammalta, väistyy havu- ja lehtimetsistä, sitten aroista ja subtrooppisesta kasvillisuudesta. Suurin kasvien keskittyminen ja monimuotoisuus tapahtuu trooppisissa sademetsissä. Puiden korkeus on 110-120 metriä. Kasvit kasvavat useissa kerroksissa, epifyytit peittävät puita. Eläinlajien lukumäärä ja monimuotoisuus riippuvat kasvien massasta ja lisääntyvät myös päiväntasaajaa kohti. Metsissä eläimet asettuvat eri tasoihin. Suurin elämäntiheys havaitaan biogeosenoosissa, jossa lajit ovat yhteydessä ravintoketjuihin. Kietoutuneena ravintoketjut muodostavat monimutkaisen verkoston kemiallisten alkuaineiden ja energian siirtämiseksi linkistä toiseen. Organismien välillä käydään kovaa kilpailua tilan, ruoan, valon ja hapen hallussapidosta. Ihmisellä on suuri vaikutus maaperän biomassaan. Sen vaikutuksesta biomassaa tuottavat alueet vähenevät.

maaperän biomassaa. Maaperä on välttämätön ympäristö kasveille ja biogeocenoosille, jossa on erilaisia ​​pieniä eläviä organismeja. Tämä on maankuoren löysä pintakerros, jota ilmakehä ja eliöt ovat modifioineet ja jota jatkuvasti täydennetään orgaanisilla jäännöksillä. Elävän orgaanisen aineen muodostuminen tapahtuu maan pinnalla; orgaanisten aineiden hajoaminen, niiden mineralisaatio tapahtuu pääasiassa maaperässä. Maaperä muodostui organismien ja fysikaalis-kemiallisten tekijöiden vaikutuksesta. Maaperän paksuus kasvaa pintabiomassan mukana ja sen vaikutuksesta navoista päiväntasaajalle. Pohjoisilla leveysasteilla humus on erityisen tärkeä.

Biomassan jakautuminen maan pinnalle.

Maaperä on tiheästi asutettu elävillä organismeilla. Sadevesi, sulava lumi rikastaa sitä hapella ja liuottaa mineraalisuoloja. Osa liuoksista jää maaperään, osa kulkeutuu jokiin ja valtamereen. Maaperä haihduttaa kapillaarien kautta nousevan pohjaveden. Liuosten liikettä ja suolojen saostumista tapahtuu maaperän eri horisonteissa.

Kaasunvaihto tapahtuu myös maaperässä. Yöllä kaasuja jäähdytettäessä ja puristettaessa tietty määrä ilmaa tunkeutuu siihen. Ilman happea imevät eläimet ja kasvit ja se on osa kemiallisia yhdisteitä. Ilman mukana maaperään tunkeutunut typpi vangitsee jotkin bakteerit. Päivän aikana, kun maaperää lämmitetään, vapautuu kaasuja: hiilidioksidia, rikkivetyä, ammoniakkia. Kaikki maaperässä tapahtuvat prosessit sisältyvät biosfäärin ainekiertoon.

Tietyt ihmisen taloudellisen toiminnan tyypit (maatalouden tuotannon kemikaalisointi, öljytuotteiden jalostus jne.) aiheuttavat biosfäärissä tärkeän roolin maaperän eliöiden massakuolemaa.

Valtamerten biomassa. Maan hydrosfääri eli maailmanmeri vie yli 2/3 planeetan pinnasta. Vedellä on korkea lämpökapasiteetti, se tasoittaa valtamerten ja merien lämpötilaa, mikä lieventää äärimmäisiä lämpötilan muutoksia talvella ja kesällä. Meri jäätyy vain napoilta, mutta jään alla on eläviä organismeja.

Vesi on hyvä liuotin. Meriveden koostumus sisältää noin 60 kemiallista alkuainetta sisältäviä mineraalisuoloja, joihin liukenee ilmasta tuleva happi ja hiilidioksidi. Vesieläimet vapauttavat myös hiilidioksidia hengittäessään, ja levät rikastavat vettä hapella fotosynteesin aikana.

Valtameren fysikaaliset ominaisuudet ja kemiallinen koostumus ovat hyvin vakioita ja luovat elämälle suotuisan ympäristön. Levien fotosynteesi tapahtuu pääasiassa veden ylemmässä kerroksessa - jopa 100 metrin syvyydessä. Tässä paksuudessa valtameren pinta on täynnä mikroskooppisia yksisoluisia leviä, jotka muodostavat mikroplanktonia.

Planktonilla on tärkeä rooli valtamerieläinten ravinnossa. Copepod ruokkii leviä ja alkueläimiä. Silli ja muut kalat syövät äyriäisiä. Silakkaa syövät petokalat ja lokit. Baleenvalaat ruokkivat yksinomaan planktonia. Meressä on planktonin ja vapaasti uivien eläinten lisäksi monia pohjaan kiinnittyneitä organismeja, jotka ryömivät sitä pitkin. Pohjan populaatiota kutsutaan pohjaeliöiksi. Organismien kondensaatioita havaitaan valtameressä: plankton, rannikko, pohja. Eläviin klustereihin kuuluu myös koralliyhdyskuntia, jotka muodostavat riuttoja ja saaria. Meressä, erityisesti sen pohjassa, on yleisiä bakteereja, jotka muuttavat orgaaniset jäännökset epäorgaanisiksi aineiksi. Kuolleet organismit asettuvat hitaasti valtameren pohjalle. Monet niistä ovat piikivi- tai kalkkipitoisten kuorien peittämiä, samoin kuin kalkkipitoisia kuoria. Valtameren pohjassa ne muodostavat sedimenttikiviä.

Tällä hetkellä useat maat ratkaisevat ongelmaa, joka liittyy makean veden ja metallien talteenottoon valtamerestä ja ravintovarojensa täysipainoiseen hyödyntämiseen samalla kun suojellaan arvokkaimpia eläimiä.

Hydrosfäärillä on voimakas vaikutus koko biosfääriin. Päivittäiset ja vuodenaikojen vaihtelut maan ja valtamerten pinnan lämpenemisessä aiheuttavat lämmön ja kosteuden kiertoa ilmakehässä ja vaikuttavat ilmastoon ja aineiden kiertokulkuihin koko biosfäärissä.

Öljyntuotanto merillä, sen kuljetus tankkereissa ja muu ihmisen toiminta johtaa maailman valtameren saastumiseen ja sen biomassan vähenemiseen.