Biojisim tanah dalam peratus. Saintis Menjalankan Banci Biojisim Global

DAN Dan V dan saya kira-kira b o l o h Kepada A h e m l Dan

Di mana-mana di Bumi, di mana sahaja anda mengalihkan pandangan anda, kehidupan memerintah. Di mana-mana anda boleh menemui beberapa tumbuhan dan haiwan. Dan berapa banyak lagi organisma yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar! Haiwan bersel tunggal dan alga mikroskopik yang paling mudah, pelbagai kulat, bakteria, virus...

Kini, sehingga 500 ribu spesies tumbuhan dan kira-kira 1.5 juta spesies haiwan diketahui. Tetapi tidak semua spesies masih ditemui dan diterangkan. Dan jika anda bayangkan berapa banyak individu setiap spesies mempunyai!.. Cuba hitung bilangan pokok cemara di taiga, atau dandelion di padang rumput, atau telinga gandum dalam satu ladang... Berapa banyak semut yang hidup dalam satu sarang semut, bagaimana banyak cyclops atau daphnia crustacea dalam satu lopak, berapa banyak tupai yang ada di dalam hutan, berapa banyak tombak, hinggap atau lipas dalam satu tasik?.. Dan nombor yang benar-benar hebat diperolehi apabila cuba mengira mikroorganisma.

Jadi, dalam1 gram Secara purata, tanah hutan mengandungi:

bakteria -400,000,000,

cendawan - 2,000,000,

alga - 100,000,

protozoa - 10,000.

Ahli mikrobiologi dari Universiti Georgia percaya bahawa hanya terdapat 5,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 di Bumi (5 bukan juta) bakteria . Ini berjumlah 70% daripada jisim semua hidupan di planet ini.

Semua makhluk hidup yang tidak terhitung ini tidak terletak secara huru-hara dan rawak, tetapi secara semula jadi, dalam susunan tertentu, mengikut undang-undang kehidupan yang ditubuhkan secara sejarah di Bumi. Inilah yang ditulis oleh ahli biologi Amerika K. Willie tentang perkara ini: “Pada pandangan pertama, nampaknya dunia makhluk hidup terdiri daripada pelbagai jenis tumbuhan dan haiwan yang tidak dapat dibayangkan, berbeza antara satu sama lain dan masing-masing mengikut cara mereka sendiri. Walau bagaimanapun, kajian yang lebih terperinci menunjukkan bahawa semua organisma, kedua-dua tumbuhan dan haiwan, mempunyai keperluan hidup asas yang sama, mereka menghadapi masalah yang sama: mendapatkan makanan sebagai sumber tenaga, menakluk ruang hidup, pembiakan, dll. Dalam proses penyelesaian masalah ini, tumbuh-tumbuhan dan haiwan membentuk pelbagai jenis bentuk yang berbeza, setiap satunya disesuaikan dengan kehidupan dalam keadaan persekitaran tertentu. Setiap bentuk telah menyesuaikan diri bukan sahaja dengan keadaan fizikal persekitaran - ia telah memperoleh ketahanan terhadap turun naik dalam had tertentu kelembapan, angin, pencahayaan, suhu, graviti, dll., tetapi juga kepada persekitaran biotik - kepada semua tumbuhan dan haiwan yang hidup dalam zon yang sama.

Diedarkan secara tetap di Bumi, seluruh set organisma membentuk cangkerang hidup planet kita - biosfera. Kredit untuk membangunkan konsep "biosfera" dan menjelaskan peranan planetnya adalah milik ahli akademik Rusia V.I. Vernadsky, walaupun istilah itu sendiri digunakan pada akhir abad yang lalu. Apakah biosfera dan mengapa ia diberikan begitu penting?

Bahagian permukaan Bumi terdiri daripada tiga mineral, cangkang tak organik: litosfera - cangkang batu keras Bumi; hidrosfera - cecair, cangkang tidak berterusan, termasuk semua laut, lautan dan perairan dalaman - Lautan Dunia; atmosfera ialah cangkang gas.

Seluruh hidrosfera, bahagian atas litosfera dan lapisan bawah atmosfera didiami oleh haiwan dan tumbuhan. Biosfera moden terbentuk dalam proses kemunculan dan perkembangan sejarah selanjutnya bahan hidup. Sejak asal usul kehidupan di Bumi, menurut pelbagai anggaran, dari 1.5-2.5 hingga 4.2 bilion tahun telah berlalu. V.I. Vernadsky membuat kesimpulan bahawa pada masa ini semua lapisan luar kerak bumi diproses oleh aktiviti penting organisma sebanyak 99 peratus. Akibatnya, Bumi seperti yang kita anggap, tempat kita hidup, sebahagian besarnya adalah hasil daripada aktiviti organisma.

Kehidupan, setelah timbul di Bumi sebagai hasil daripada perkembangan semula jadi bahan, selama berjuta-juta tahun kewujudannya dalam bentuk pelbagai organisma, mengubah rupa planet kita.

Semua organisma dalam biosfera secara kolektif membentuk biojisim, atau "bahan hidup," yang mempunyai tenaga berkuasa yang mengubah kerak bumi dan atmosfera. Jumlah berat jisim tumbuhan adalah kira-kira 10,000 bilion, dan jisim haiwan adalah kira-kira 10 bilion tan, iaitu kira-kira 0.01 peratus daripada berat keseluruhan biosfera dengan habitat pepejal, cecair dan gasnya. Dianggarkan bahawa biojisim semua makhluk hidup yang mendiami Bumi, kira-kira satu bilion tahun selepas kemunculan kehidupan, sepatutnya berkali ganda lebih besar daripada jisim planet kita. Tetapi itu tidak berlaku.

Mengapa biojisim tidak terkumpul dengan ketara? Mengapa ia diadakan pada tahap tertentu? Lagipun, biojisim sebagai bahan hidup cenderung kepada pembangunan berterusan, peningkatan dan pengumpulan berterusan dalam proses pembangunan ini, dalam proses pembiakan dan pertumbuhan makhluk hidup.

Tetapi ini tidak berlaku kerana setiap elemen dari mana badan organisma dibina diambil dari persekitaran, dan kemudian melalui beberapa organisma lain ia kembali semula ke persekitaran, persekitaran bukan organik, dari mana ia sekali lagi masuk ke dalam komposisi benda hidup, biojisim. Akibatnya, setiap unsur yang membentuk bahan hidup digunakan olehnya berkali-kali.

Walau bagaimanapun, ini tidak sepatutnya difahami secara mutlak. Di satu pihak, beberapa unsur meninggalkan kitaran bahan, kerana di Bumi pengumpulan sebatian organik dalam bentuk deposit arang batu, minyak, gambut, syal minyak, dan lain-lain berlaku di Bumi. Sebaliknya, manusia , melalui aktivitinya, dapat memastikan proses pengumpulan biojisim yang lebih intensif, yang ditunjukkan dalam peningkatan berterusan dalam hasil tanaman dan produktiviti haiwan peliharaan.

Tetapi semua ini tidak sama sekali menolak peraturan umum. Biojisim di Bumi masih tidak terkumpul dengan ketara, tetapi sentiasa dikekalkan pada tahap tertentu, walaupun tahap ini tidak mutlak dan tetap. Ini berlaku kerana biojisim secara berterusan dimusnahkan dan dicipta semula daripada bahan binaan yang sama; peredaran berterusan bahan berlaku dalam sempadannya. V.I. Vernadsky menulis: "Kehidupan menangkap sebahagian besar atom yang membentuk bahan permukaan bumi. Di bawah pengaruhnya, atom-atom ini berada dalam gerakan sengit yang berterusan. Daripada mereka berjuta-juta sebatian pelbagai dicipta sepanjang masa. Dan proses ini berlangsung tanpa gangguan selama berpuluh-puluh juta tahun, dari era Archeozoic paling purba hingga ke zaman kita. Tiada daya kimia di permukaan bumi yang lebih aktif secara berterusan, dan oleh itu lebih berkuasa dalam kesan muktamadnya, daripada organisma hidup yang diambil secara keseluruhan.

Kitaran ini, yang berlaku sebagai hasil daripada aktiviti penting organisma, dipanggil kitaran biologi bahan. Ia mengambil watak moden dengan kemunculan tumbuhan hijau yang menjalankan proses fotosintesis. Sejak masa itu, keadaan untuk evolusi bahan hidup di Bumi telah memperoleh watak yang sama sekali berbeza.

Perjalanan peredaran bahan boleh dipertimbangkan secara ringkas menggunakan contoh karbon, atom-atomnya merupakan sebahagian daripada molekul protein kompleks. Ia adalah dengan molekul protein bahawa kehidupan dan metabolisme disambungkan.

Setiap hektar Bumi mengandungi sehingga 2.5 tan karbon dioksida (CO2). Seperti yang ditunjukkan oleh pengiraan, tanaman, contohnya, tebu menyerap sehingga 8 tan karbon sehektar, yang digunakan untuk membina badan tumbuhan ini. Akibatnya, tumbuhan hijau telah digunakan selama kira-kira beberapa ratus tahun

Akan menjadi rizab karbon keseluruhan. Tetapi ini tidak berlaku, kerana organisma, dalam proses pernafasan, mengeluarkan sejumlah besar karbon dioksida.Dan lebih banyak karbon dikeluarkan oleh bakteria dan kulat reput, memusnahkan sebatian karbon yang terkandung dalam mayat haiwan dan tumbuhan. Sebahagian daripada karbon masih meninggalkan sfera "peredaran", didepositkan dalam bentuk deposit minyak, arang batu, gambut, dan lain-lain, di mana tumbuhan dan haiwan mati diubah. Tetapi kehilangan karbon ini diimbangi oleh pemusnahan karbonat batu, dan dalam keadaan moden juga oleh pembakaran sejumlah besar bahan api yang diekstrak. Akibatnya, karbon seolah-olah sentiasa mengalir dari atmosfera melalui tumbuhan hijau, haiwan dan mikroorganisma kembali ke atmosfera. Oleh itu, jumlah rizab karbon dalam biosfera kekal kira-kira malar. Ia boleh diandaikan dengan tahap kepastian yang tinggi bahawa hampir setiap atom karbon dalam biosfera, sejak kemunculan kehidupan di Bumi, telah berulang kali menjadi sebahagian daripada bahan hidup, disalurkan ke dalam karbon dioksida atmosfera dan kembali kepada komposisi bahan hidup, biojisim.

Dalam keadaan moden, karbon dalam proses kitaran biologi bahan melalui peringkat berikut: 1) tumbuhan hijau, pencipta bahan organik, menyerap karbon dari atmosfera dan memasukkannya ke dalam komposisi badan mereka; 2) haiwan, atau pengguna, memakan tumbuhan, membina sebatian karbon badan mereka daripada sebatian karbon mereka; 3) bakteria, serta beberapa organisma lain, atau pengurai, memusnahkan bahan organik tumbuhan dan haiwan yang mati dan membebaskan karbon, yang sekali lagi masuk ke atmosfera sebagai karbon dioksida.

Satu lagi komponen penting asid amino dan protein dalam biojisim ialah nitrogen. Sumber nitrogen di Bumi adalah nitrat, yang diserap oleh tumbuhan dari tanah dan air. Haiwan, memakan tumbuhan, mensintesis protoplasma mereka daripada asid amino dan protein tumbuhan. Bakteria putrefaktif menukarkan sebatian nitrogen daripada mayat organisma ini kepada ammonia. Bakteria nitrifikasi kemudian menukar ammonia kepada nitrit dan nitrat. Sebahagian daripada nitrogen dikembalikan ke atmosfera oleh bakteria denitrifikasi. Tetapi di Bumi, dalam proses evolusi bahan hidup, organisma kelihatan mampu mengikat nitrogen bebas dan mengubahnya menjadi sebatian organik. Ini adalah beberapa alga biru-hijau, alga tanah, serta bakteria nodul bersama-sama dengan sel akar kekacang. Apabila organisma ini mati, nitrogen dalam badan mereka ditukar menjadi garam asid nitrik oleh bakteria nitrifikasi.

Kitaran yang serupa dilakukan oleh air, fosforus, dan banyak bahan lain yang merupakan sebahagian daripada bahan hidup dan cangkang mineral biosfera. Akibatnya, semua unsur, dengan pengecualian yang jarang berlaku, ditarik ke dalam yang paling hebat dari segi sifatnya. skala aliran bergerak berterusan - kitaran biologi bahan. . "Pemberhentian kehidupan pasti akan dikaitkan dengan pemberhentian perubahan kimia, jika bukan seluruh kerak bumi, maka sekurang-kurangnya permukaannya-muka Bumi, biosfera," tulis ahli akademik V. I. Vernadsky.

Idea Vernadsky ini sangat jelas disahkan oleh peranan yang dimainkan oleh oksigen, hasil fotosintesis tumbuhan, dalam proses kitarannya. Hampir semua oksigen di atmosfera bumi berasal dan dikekalkan pada tahap tertentu oleh aktiviti tumbuhan hijau. Ia dimakan dalam kuantiti yang banyak oleh organisma semasa pernafasan. Tetapi, sebagai tambahan, mempunyai aktiviti kimia yang besar, oksigen secara berterusan bergabung dengan hampir semua unsur lain.

Jika tumbuhan hijau tidak menghasilkan sejumlah besar oksigen, ia akan hilang sepenuhnya dari atmosfera dalam kira-kira 2000 tahun. Keseluruhan rupa Bumi akan berubah, hampir semua organisma akan hilang, semua proses pengoksidaan di bahagian fizikal biosfera akan terhenti... Bumi akan menjadi planet tidak bernyawa. Ia adalah kehadiran oksigen bebas di atmosfera planet yang menunjukkan bahawa terdapat kehidupan, bahan hidup, dan biosfera di atasnya. Dan kerana terdapat biosfera, hampir semua unsur alam sekitar ditarik ke dalam kitaran bahan yang hebat dan tidak berkesudahan.

Dianggarkan bahawa pada zaman moden semua oksigen di atmosfera dikitar melalui organisma (mengikat melalui respirasi dan dibebaskan melalui fotosintesis) dalam 2,000 tahun, bahawa semua karbon dioksida di atmosfera berkitar ke arah yang bertentangan setiap 300 tahun, dan semua air di Bumi sedang mereput dan dicipta semula melalui fotosintesis dan respirasi selama 2,000,000 tahun.

Doktrin biosfera adalah berdasarkan penyelidikan geokimia, terutamanya kitaran oksigen dan karbon yang dikaji oleh V.I. Vernadsky. Beliau adalah orang pertama yang mencadangkan bahawa oksigen yang terkandung dalam atmosfera moden terbentuk hasil daripada aktiviti fotosintesis tumbuhan.

Naturalis yang cemerlang V.I. Vernadsky mempunyai kebolehan luar biasa untuk merangkumi hampir semua bidang sains semula jadi moden dengan pemikirannya yang tajam dan cemerlang. Dalam pemikiran dan konsepnya, dia jauh mendahului tahap pengetahuan kontemporarinya dan meramalkan perkembangan mereka beberapa dekad lebih awal. Kembali pada tahun 1922, Vernadsky menulis tentang penguasaan segera manusia terhadap rizab tenaga nuklear yang sangat besar, dan pada penghujung tahun 30-an dia meramalkan era akan datang kemasukan manusia ke angkasa. Dia berdiri pada asal-usul banyak sains tentang Bumi - mineralogi genetik, geokimia, biogeokimia, radiogeologi dan mencipta doktrin biosfera Bumi, yang menjadi puncak kreativitinya.

Penyelidikan saintifik V.I. Vernadsky sentiasa dikaitkan dengan kerja organisasi yang besar. Beliau adalah pemula penciptaan Suruhanjaya Kajian Tenaga Produktif Asli Rusia, salah seorang penganjur Akademi Sains Ukraine dan presiden pertamanya. Atas inisiatif Vernadsky, Institut Geografi, Institut Mineralogi dan Geokimia dinamakan sempena M.V. Lomonosov, Institut Radium, Seramik dan Optik, Makmal Biogeokimia, yang kini telah menjadi Institut Geokimia dan Kimia Analitik yang dinamakan sempena V.I. Vernadsky, dan Suruhanjaya Kajian telah diwujudkan dalam sistem Akademi Sains USSR. permafrost, kemudian berubah menjadi Institut Sains Permafrost V. A. Obruchev, Suruhanjaya Sejarah Pengetahuan, kini Institut Sejarah Sains dan Teknologi Semula Jadi, Jawatankuasa Meteorit, Suruhanjaya Isotop, Uranium dan banyak lagi. Akhirnya, beliau mendapat idea untuk mewujudkan Suruhanjaya Antarabangsa untuk Menentukan Zaman Geologi Bumi

ALIRAN TENAGA DALAM BIOSFERA

Kitaran semua bahan ditutup; atom yang sama digunakan berulang kali di dalamnya. Oleh itu, tiada bahan baru diperlukan untuk menjalankan kitaran. Undang-undang pemuliharaan jirim, yang menurutnya jirim tidak pernah timbul atau hilang, jelas di sini. Tetapi transformasi bahan dalam kitaran biogenik memerlukan tenaga. Apakah jenis tenaga yang digunakan untuk menjalankan proses yang hebat ini?


Sumber tenaga utama yang diperlukan untuk kehidupan di Bumi, dan oleh itu untuk pelaksanaan kitaran biologi bahan, adalah cahaya matahari, iaitu, tenaga yang timbul di kedalaman Matahari semasa tindak balas nuklear pada suhu kira-kira 10,000,000 darjah. (Suhu di permukaan Matahari jauh lebih rendah, hanya 6,000 darjah.) Sehingga 30 peratus tenaga terlesap di atmosfera atau dipantulkan oleh awan dan permukaan Bumi, sehingga 20 peratus diserap di lapisan atas awan, dan kira-kira 50 peratus mencapai permukaan daratan atau lautan dan diserap dalam bentuk haba. Hanya sejumlah kecil tenaga, hanya kira-kira 0.1 hingga 0.2 peratus, ditangkap oleh tumbuhan hijau; Ini adalah yang memastikan keseluruhan kitaran biologi bahan di Bumi.

Tumbuhan hijau mengumpul tenaga sinaran matahari dan menyimpannya di dalam badan mereka. Haiwan, makan tumbuhan, wujud kerana tenaga yang masuk ke dalam badan mereka bersama makanan, dengan tumbuhan yang dimakan. Pemangsa akhirnya juga wujud disebabkan oleh tenaga yang terkumpul oleh tumbuhan hijau, kerana mereka memakan herbivor.

Oleh itu, tenaga Matahari, yang pada asalnya digunakan oleh tumbuhan hijau dalam proses fotosintesis, ditukarkan kepada tenaga potensi ikatan kimia sebatian organik dari mana badan tumbuhan itu sendiri dibina. Dalam badan haiwan yang telah memakan tumbuhan, sebatian organik ini teroksida, membebaskan jumlah tenaga yang sama yang dibelanjakan untuk sintesis bahan organik oleh tumbuhan. Sebahagian daripada tenaga ini digunakan untuk kehidupan haiwan, dan sebahagian, mengikut undang-undang kedua termodinamik, ditukar kepada haba dan hilang di angkasa.

Akhirnya, tenaga yang diterima daripada Matahari oleh tumbuhan hijau dipindahkan dari satu organisma ke yang lain. Dengan setiap peralihan tersebut, tenaga diubah daripada satu bentuk (tenaga hayat tumbuhan) kepada yang lain (tenaga hayat haiwan, mikroorganisma, dll.). Dengan setiap transformasi sedemikian, jumlah tenaga berguna berkurangan. Akibatnya, berbeza dengan peredaran bahan, yang mengalir dalam bulatan tertutup, tenaga bergerak dari organisma ke organisma dalam arah tertentu. Terdapat aliran tenaga sehala, bukan kitaran.

Tidak sukar untuk membayangkan bahawa sebaik sahaja Matahari padam, semua tenaga yang terkumpul oleh Bumi akan beransur-ansur, selepas tempoh tertentu dan agak singkat, bertukar menjadi haba dan hilang di angkasa. Peredaran bahan dalam biosfera akan berhenti, semua haiwan dan tumbuhan akan mati. Gambar yang agak suram... Berakhirnya kehidupan di Bumi...

Walau bagaimanapun, kita tidak boleh keliru dengan kesimpulan ini. Lagipun, Matahari akan bersinar selama beberapa bilion tahun lagi, iaitu, sekurang-kurangnya selagi kehidupan telah wujud di Bumi, yang telah berkembang daripada ketulan primitif bahan hidup kepada manusia moden. Lebih-lebih lagi, manusia sendiri muncul di Bumi hanya kira-kira sejuta tahun yang lalu. Dalam tempoh ini, dia pergi dari kapak batu ke komputer elektronik yang paling kompleks, menembusi ke kedalaman atom dan Alam Semesta,

Sebarang peralihan tenaga dari satu bentuk ke bentuk yang lain disertai dengan pengurangan jumlah tenaga berguna. Ia telah melangkaui Bumi dan berjaya menerokai angkasa lepas.

Penampilan manusia dan bahan yang sangat teratur seperti otaknya dan sangat penting untuk evolusi ibu-ibu yang masih hidup dan seluruh biosfera. Sejak penubuhannya, manusia, sebagai sebahagian daripada biojisim, telah bergantung sepenuhnya kepada alam sekitar untuk masa yang ketara. Tetapi apabila otak dan pemikiran berkembang, manusia semakin menakluki alam, bangkit di atasnya, menundukkannya kepada kepentingannya. Kembali pada tahun 1929, A.P. Pavlov, menekankan peranan manusia yang semakin meningkat dalam pembangunan dunia organik di Bumi, mencadangkan untuk memanggil zaman Kuarter sebagai "anthropocene", dan kemudian V.I. Vernadsky, mempercayai bahawa manusia sedang mencipta cangkang baru yang pintar. Bumi, atau minda sfera, mencadangkan nama "noosfera".

Aktiviti manusia dengan ketara mengubah kitaran bahan dalam biosfera. Kira-kira 50 bilion tan arang batu telah dilombong dan dibakar; Berbilion tan besi dan logam lain, minyak, dan gambut dilombong. Manusia telah menguasai pelbagai bentuk tenaga, termasuk tenaga atom. Akibatnya, unsur kimia yang benar-benar baru muncul di Bumi dan peluang muncul untuk mengubah beberapa unsur kepada yang lain, dan sejumlah besar sinaran radioaktif memasuki biosfera. Manusia telah menjadi magnitud susunan kosmik dan dengan kuasa mindanya dalam masa terdekat dia akan dapat menguasai bentuk tenaga yang tidak kita sedari sekarang.

Pada masa ini, kira-kira 500 ribu spesies tumbuhan dan lebih daripada 1.5 juta spesies haiwan diketahui di Bumi. 93% daripada mereka mendiami tanah, dan 7% adalah penghuni persekitaran akuatik (meja).

Jadual menunjukkan bahawa walaupun lautan menduduki kira-kira 70% daripada permukaan bumi, ia hanya membentuk 0.13% daripada biojisim bumi.

Pembentukan tanah berlaku secara biogenik; ia terdiri daripada bahan bukan organik dan organik. Di luar biosfera, pembentukan tanah adalah mustahil. Di bawah pengaruh mikroorganisma, tumbuhan dan haiwan pada batu, lapisan tanah Bumi mula terbentuk secara beransur-ansur. Unsur-unsur biogenik yang terkumpul dalam organisma selepas kematian dan penguraian semula masuk ke dalam tanah.

Proses yang berlaku di dalam tanah adalah komponen penting kitaran bahan dalam biosfera. Aktiviti ekonomi manusia boleh membawa kepada perubahan beransur-ansur dalam komposisi tanah dan kematian mikroorganisma yang hidup di dalamnya. Itulah sebabnya perlu untuk membangunkan langkah-langkah untuk penggunaan tanah yang bijak. Bahan dari tapak

Hidrosfera memainkan peranan penting dalam pengagihan haba dan kelembapan di seluruh planet dan dalam kitaran bahan, jadi ia juga mempunyai pengaruh yang kuat pada biosfera. Air adalah komponen penting dalam biosfera dan salah satu faktor yang paling diperlukan untuk kehidupan organisma. Kebanyakan air terdapat di lautan dan laut. Komposisi air laut dan laut termasuk garam mineral yang mengandungi kira-kira 60 unsur kimia. Oksigen dan karbon, yang diperlukan untuk kehidupan organisma, sangat larut dalam air. Haiwan akuatik mengeluarkan karbon dioksida semasa respirasi, dan tumbuhan memperkayakan air dengan oksigen melalui fotosintesis.

Plankton

Di lapisan atas perairan lautan, mencapai kedalaman 100 m, alga unisel dan mikroorganisma yang membentuk mikroplankton(daripada bahasa Yunani plankton - mengembara).

Kira-kira 30% daripada fotosintesis yang berlaku di planet kita berlaku di dalam air. Alga, yang memahami tenaga suria, menukarkannya kepada tenaga tindak balas kimia. Dalam pemakanan organisma akuatik, kepentingan utama ialah plankton.

Biojisim ialah istilah yang digunakan untuk mencirikan sebarang bahan organik yang dicipta melalui fotosintesis. Takrifan ini termasuk tumbuh-tumbuhan dan pokok renek darat dan akuatik, serta tumbuhan akuatik dan mikroorganisma.

Keanehan

Biojisim ialah sisa-sisa aktiviti haiwan (tanah), sisa industri dan pertanian. Produk ini mempunyai kepentingan industri dan mendapat permintaan dalam sektor tenaga. Biojisim adalah produk semulajadi yang kandungan karbonnya sangat tinggi sehingga boleh digunakan sebagai bahan api alternatif.

Kompaun

Biojisim ialah campuran tumbuhan hijau, mikroorganisma, dan haiwan. Untuk memulihkannya, tempoh masa yang singkat diperlukan. Biojisim organisma hidup adalah satu-satunya sumber tenaga yang boleh membebaskan karbon dioksida semasa pemprosesan. Bahagian utamanya tertumpu di hutan. Di darat, ia termasuk pokok renek dan pokok hijau, dan jumlahnya dianggarkan kira-kira 2,400 bilion tan. Di lautan, biojisim organisma terbentuk lebih cepat; di sini ia diwakili oleh mikroorganisma dan haiwan.

Pada masa ini, konsep seperti peningkatan bilangan tumbuhan hijau sedang dipertimbangkan. Tumbuhan berkayu menyumbang kira-kira dua peratus. Majoriti (kira-kira tujuh puluh peratus) daripada jumlah komposisi terdiri daripada tanah pertanian, padang rumput hijau, dan tumbuh-tumbuhan kecil.

Kira-kira lima belas peratus daripada jumlah biojisim berasal daripada fitoplankton marin. Disebabkan fakta bahawa proses pembahagiannya berlaku dalam tempoh yang singkat, kita boleh bercakap tentang perolehan tumbuh-tumbuhan yang ketara di lautan dunia. Para saintis memetik fakta menarik mengikut mana tiga hari cukup untuk memperbaharui sepenuhnya bahagian hijau lautan.

Di darat, proses ini mengambil masa kira-kira lima puluh tahun. Setiap tahun, proses fotosintesis berlaku, yang mana kira-kira 150 bilion tan produk organik kering diperolehi. Jumlah biojisim yang dijana di lautan dunia, walaupun penunjuknya tidak ketara, adalah setanding dengan pengeluaran yang dihasilkan di darat.

Ketidakpentingan berat tumbuhan di lautan dunia dapat dijelaskan oleh fakta bahawa mereka dimakan oleh haiwan dan mikroorganisma dalam tempoh yang singkat, tetapi tumbuh-tumbuhan di sini dipulihkan sepenuhnya dengan cepat.

Hutan subtropika dan tropika dianggap paling produktif di bahagian benua biosfera bumi. Biojisim lautan terutamanya diwakili oleh terumbu dan muara.

Antara teknologi biotenaga yang digunakan pada masa ini, kami menyerlahkan: pirolisis, pengegasan, penapaian, penapaian anaerobik, pelbagai jenis pembakaran bahan api.

Pembaharuan biojisim

Baru-baru ini, di banyak negara Eropah, pelbagai eksperimen telah dijalankan berkaitan dengan penanaman hutan tenaga, dari mana biojisim diperolehi. Makna perkataan itu sangat relevan pada hari ini, apabila perhatian diberikan kepada isu alam sekitar. Proses mendapatkan biojisim, serta pemprosesan industri sisa pepejal isi rumah, pulpa kayu, dan dandang pertanian, disertai dengan pembebasan wap yang memacu turbin. Dari sudut pandangan alam sekitar, ia benar-benar selamat untuk alam sekitar.

Terima kasih kepada ini, putaran pemutar penjana diperhatikan, mampu menjana tenaga elektrik. Secara beransur-ansur, abu terkumpul, mengurangkan kecekapan penjanaan kuasa, jadi ia dikeluarkan secara berkala daripada campuran tindak balas.

Pokok yang cepat tumbuh ditanam di ladang eksperimen yang besar: akasia, poplar, kayu putih. Kira-kira dua puluh spesies tumbuhan telah diuji.

Perladangan gabungan, di mana, sebagai tambahan kepada pokok, tanaman lain ditanam, dianggap sebagai pilihan yang menarik. Sebagai contoh, barli ditanam di antara barisan poplar. Tempoh putaran hutan tenaga yang dicipta adalah enam hingga tujuh tahun.

Pemprosesan biojisim

Mari kita sambung perbualan tentang apa itu biojisim. Takrif istilah ini telah diberikan oleh saintis yang berbeza, tetapi mereka semua yakin bahawa tumbuhan hijau adalah pilihan yang menjanjikan untuk mendapatkan bahan api alternatif.

Pertama sekali, perlu diperhatikan bahawa produk utama pengegasan adalah hidrokarbon - metana. Ia boleh digunakan sebagai bahan mentah dalam industri kimia dan juga sebagai bahan api yang cekap.

Pirolisis

Pirolisis pantas (penguraian terma bahan) menghasilkan bio-minyak, iaitu bahan api yang mudah terbakar. Tenaga haba yang dikeluarkan dalam kes ini digunakan untuk menukar biojisim hijau secara kimia kepada minyak sintetik. Ia lebih mudah untuk diangkut dan disimpan daripada bahan pepejal. Seterusnya, bio-minyak dibakar untuk menghasilkan tenaga elektrik. Dengan pirolisis, adalah mungkin untuk menukar biojisim kepada minyak fenolik, digunakan untuk pengeluaran gam kayu, busa penebat, dan plastik pengacuan suntikan.

Penapaian anaerobik

Proses ini dijalankan terima kasih kepada bakteria anaerobik. Mikroorganisma hidup di tempat yang tiada akses kepada oksigen. Mereka menggunakan bahan organik, menghasilkan hidrogen dan metana semasa tindak balas. Dengan memasukkan baja dan air sisa ke dalam pencerna khas, memasukkan mikroorganisma anaerobik ke dalamnya, gas yang terhasil boleh digunakan sebagai sumber bahan api.

Bakteria mampu mengurai bahan organik yang terkandung di tapak pelupusan sampah dan sisa makanan, menghasilkan metana. Untuk mengekstrak gas dan menggunakannya sebagai bahan api, pemasangan khas boleh digunakan.

Kesimpulan

Biofuel bukan sahaja sumber tenaga yang sangat baik, tetapi juga cara untuk mengekstrak bahan kimia yang berharga. Oleh itu, semasa pemprosesan kimia metana, pelbagai sebatian organik boleh diperolehi: metanol, etanol, asetaldehid, asid asetik, dan bahan polimer. Contohnya, etanol ialah bahan berharga yang digunakan dalam pelbagai industri.

Ahli biologi menjalankan analisis kuantitatif pengedaran global biojisim di Bumi, yang berjumlah 550 bilion tan karbon. Ternyata lebih daripada 80 peratus daripada jumlah ini berasal dari tumbuh-tumbuhan, jumlah biojisim organisma darat adalah kira-kira dua urutan magnitud lebih besar daripada organisma marin, dan bahagian manusia adalah kira-kira 0.01 peratus, tulis saintis dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan.

Data kuantitatif tentang jumlah biojisim semua organisma hidup di Bumi dan pengedarannya antara spesies individu adalah maklumat penting untuk biologi dan ekologi moden: ia boleh digunakan untuk mengkaji dinamik umum dan perkembangan keseluruhan biosfera, tindak balasnya terhadap proses iklim yang berlaku. di planet ini. Kedua-dua taburan spatial biojisim (secara geografi, mengikut kedalaman dan habitat spesies) dan taburannya di kalangan spesies organisma hidup yang berbeza boleh berfungsi sebagai penunjuk penting dalam menilai laluan pengangkutan karbon dan unsur lain, serta interaksi ekologi atau siratan makanan. Walau bagaimanapun, sehingga kini, anggaran kuantitatif taburan biojisim telah dibuat sama ada untuk taksa individu atau dalam beberapa ekosistem, dan anggaran yang boleh dipercayai bagi keseluruhan biosfera belum lagi dibuat.

Untuk mendapatkan data sedemikian, sekumpulan saintis dari Israel dan Amerika Syarikat, yang diketuai oleh Ron Milo dari Institut Weizmann, menjalankan sejenis bancian semua spesies haiwan, menilai pengedaran biojisim dan geografi mereka. Para saintis mengumpul semua data daripada beberapa ratus artikel saintifik semasa, dan kemudian memproses maklumat ini menggunakan skema integrasi yang dibangunkan dengan mengambil kira pengedaran geografi spesies. Sebagai penunjuk kuantitatif biojisim yang dikaitkan dengan spesies yang berbeza, saintis menggunakan maklumat tentang jisim karbon yang jatuh pada pelbagai taksa (iaitu, jisim air, sebagai contoh, tidak diambil kira). Kini semua keputusan yang diperolehi, serta program yang digunakan untuk analisis, tersedia secara umum dan boleh didapati di github.

Gambar rajah skema untuk mendapatkan data taburan global biojisim berdasarkan data tidak lengkap yang tersedia, dengan mengambil kira taburan geografi parameter persekitaran

Y. M. Bar-On et al./ Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, 2018

Analisis data yang diperoleh menunjukkan bahawa jumlah biojisim semua organisma hidup di Bumi adalah kira-kira 550 bilion tan karbon. Pada masa yang sama, sebahagian besar daripadanya terkandung oleh wakil kerajaan tumbuhan: 450 gigaton karbon adalah lebih daripada 80 peratus daripada jumlah keseluruhan. Bakteria berada di tempat kedua: kira-kira 70 bilion tan karbon, manakala haiwan (2 bilion tan) juga kedua kepada kulat (12 bilion tan), archaea (7 bilion tan) dan protozoa (4 bilion tan). Antara haiwan, arthropod mempunyai biojisim terbesar (1 bilion tan), dan, sebagai contoh, jumlah biojisim spesies Homo sapiens ialah 0.06 bilion tan karbon - iaitu kira-kira 0.01 peratus daripada semua biojisim di Bumi.

Taburan biojisim antara wakil kerajaan yang berbeza (kiri) dan dalam kerajaan haiwan (kanan)

Y. M. Bar-On et al./ Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, 2018

Taburan biojisim antara habitat yang berbeza: jumlah untuk semua organisma hidup (kiri) dan berasingan untuk wakil kerajaan yang berbeza (kanan)

Y. M. Bar-On et al./ Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, 2018

Menariknya, bahagian maksimum wakil kerajaan utama dari segi biojisim hidup di habitat yang berbeza. Oleh itu, kebanyakan tumbuhan adalah spesies daratan. Biojisim maksimum haiwan hidup di laut dan lautan, dan, sebagai contoh, kebanyakan bakteria dan archaea ditemui jauh di bawah tanah. Selain itu, jumlah biojisim organisma darat adalah kira-kira dua urutan magnitud lebih besar daripada organisma marin, yang menurut pengarang kajian, hanya menyumbang 6 bilion tan karbon.

Para saintis mencatatkan bahawa kerana kekurangan maklumat yang tepat, data yang diperoleh dikira dengan ketidakpastian yang sangat besar. Oleh itu, kita boleh menganggarkan biojisim tumbuhan di Bumi dengan yakin, tetapi untuk bakteria dan archaea, data yang diperoleh mungkin berbeza daripada yang sebenar dengan faktor 10. Walau bagaimanapun, ketidakpastian dalam data mengenai jumlah biojisim semua organisma hidup di Bumi tidak melebihi 70 peratus.

Menurut pengarang karya itu, keputusan mereka adalah berdasarkan data daripada penyelidikan saintifik semasa, dan oleh itu boleh digunakan untuk penilaian alam sekitar dan biologi moden, walaupun terdapat ralat yang agak besar. Para saintis juga menyatakan bahawa apabila menganalisis data, mereka dapat mengenal pasti kawasan geografi yang pada masa ini terdapat sangat sedikit data dan penyelidikan tambahan diperlukan. Para penyelidik berharap bahawa pada masa hadapan, data yang diperhalusi akan membolehkan bukan sahaja untuk menjalankan analisis serupa dengan resolusi geografi yang mencukupi, tetapi juga untuk memantau dinamik perubahan dalam pengedaran tersebut dari semasa ke semasa.

Baru-baru ini, saintis telah mengedarkan biojisim ke dalam sistem yang lebih kecil dengan melihat hutan besar di seluruh Bumi. Ternyata lebih separuh daripada jumlah biojisim hutan berasal dari hanya satu peratus daripada pokok terbesar, yang kebanyakannya melebihi diameter 60 sentimeter. Pada masa yang sama, bagi sesetengah spesies haiwan di kawasan geografi tertentu sudah mungkin untuk menjalankan analisis dinamik. Sebagai contoh, tahun lepas ahli ekologi Eropah mengkaji biojisim serangga terbang di taman negara Jerman dan mendapati bahawa selama 27 tahun ia telah menurun sebanyak 76 peratus.

Alexander Dubov

Biojisim Bumi. Di bumi, bermula dari kutub hingga khatulistiwa, biojisim secara beransur-ansur meningkat. Pada masa yang sama, bilangan spesies tumbuhan semakin meningkat. Tundra dengan lichen dan lumut memberi laluan kepada hutan konifer dan daun luruh, kemudian padang rumput dan tumbuh-tumbuhan subtropika. Kepekatan dan kepelbagaian tumbuhan terbesar berlaku di hutan hujan tropika. Ketinggian pokok mencapai 110-120m. Tumbuhan tumbuh dalam beberapa peringkat, epifit menutupi pokok. Bilangan dan kepelbagaian spesies haiwan bergantung kepada jisim tumbuhan dan juga meningkat ke arah khatulistiwa. Di dalam hutan, haiwan menetap di peringkat yang berbeza. Ketumpatan tertinggi hidupan diperhatikan dalam biogeocenoses, di mana spesies disambungkan oleh rantai makanan. Rantai makanan, yang saling berkait, membentuk rangkaian kompleks pemindahan unsur kimia dan tenaga daripada satu pautan ke pautan yang lain. Terdapat persaingan sengit antara organisma untuk memiliki ruang, makanan, cahaya, dan oksigen. Manusia mempunyai pengaruh yang besar terhadap biojisim tanah. Di bawah pengaruhnya, kawasan yang menghasilkan biojisim dikurangkan.

Biojisim tanah. Tanah adalah persekitaran yang diperlukan untuk kehidupan tumbuhan dan biogeocenosis dengan pelbagai organisma hidup yang kecil. Ini adalah lapisan permukaan longgar kerak bumi, diubah suai oleh atmosfera dan organisma dan sentiasa diisi semula dengan sisa organik. Pembentukan bahan organik hidup berlaku di permukaan bumi; Penguraian bahan organik dan mineralisasinya berlaku terutamanya di dalam tanah. Tanah terbentuk di bawah pengaruh organisma dan faktor fizikokimia. Ketebalan tanah, bersama-sama dengan biojisim permukaan dan di bawah pengaruhnya, meningkat dari kutub ke khatulistiwa. Di latitud utara, humus adalah amat penting.

Taburan biojisim di permukaan tanah.

Tanah ini padat dengan organisma hidup. Air daripada hujan dan salji cair memperkayakannya dengan oksigen dan melarutkan garam mineral. Sebahagian daripada penyelesaian dikekalkan di dalam tanah, manakala yang lain dibawa ke sungai dan lautan. Tanah menyejat air bawah tanah yang naik melalui kapilari. Terdapat pergerakan larutan dan pemendakan garam di ufuk tanah yang berbeza.

Pertukaran gas juga berlaku di dalam tanah. Pada waktu malam, apabila gas menyejuk dan memampat, beberapa udara menembusi ke dalamnya. Oksigen daripada udara diserap oleh haiwan dan tumbuhan dan merupakan sebahagian daripada sebatian kimia. Nitrogen yang menembusi ke dalam tanah dengan udara ditangkap oleh beberapa bakteria. Pada siang hari, apabila tanah menjadi panas, gas dibebaskan: karbon dioksida, hidrogen sulfida, ammonia. Semua proses yang berlaku di dalam tanah termasuk dalam kitaran bahan dalam biosfera.

Beberapa jenis aktiviti ekonomi manusia (pengeluaran kimia dalam pengeluaran pertanian, penapisan produk petroleum, dll.) menyebabkan kematian besar-besaran organisma tanah yang memainkan peranan penting dalam biosfera.

Biojisim Lautan Dunia. Hidrosfera Bumi, atau Lautan Dunia, menduduki lebih daripada 2/3 permukaan planet. Air mempunyai kapasiti haba yang tinggi, menjadikan suhu lautan dan laut lebih seragam, melembutkan perubahan suhu yang melampau pada musim sejuk dan musim panas. Lautan membeku hanya di kutub, tetapi organisma hidup juga wujud di bawah ais.

Air adalah pelarut yang baik. Air laut mengandungi garam mineral yang mengandungi kira-kira 60 unsur kimia; oksigen dan karbon dioksida yang datang dari udara terlarut di dalamnya. Haiwan akuatik juga mengeluarkan karbon dioksida semasa bernafas, dan alga memperkayakan air dengan oksigen melalui proses fotosintesis.

Sifat fizikal dan komposisi kimia perairan laut adalah sangat malar dan mewujudkan persekitaran yang sesuai untuk kehidupan. Fotosintesis alga berlaku terutamanya di lapisan atas air - sehingga 100 m. Permukaan lautan dalam lapisan ini dipenuhi dengan alga unisel mikroskopik yang membentuk mikroplankton.

Plankton adalah kepentingan utama dalam pemakanan haiwan laut. Copepod memakan alga dan protozoa. Krustasea dimakan oleh herring dan ikan lain. Ikan haring digunakan sebagai makanan untuk ikan pemangsa dan camar. Ikan paus Baleen makan secara eksklusif pada plankton. Di lautan, sebagai tambahan kepada plankton dan haiwan yang berenang bebas, terdapat banyak organisma yang melekat di bahagian bawah dan merangkak di sepanjangnya. Populasi bawah dipanggil benthos. Di lautan, kepekatan organisma diperhatikan: planktonik, pantai, bawah. Kepekatan hidupan juga termasuk koloni karang yang membentuk terumbu dan pulau. Di lautan, terutamanya di bahagian bawah, bakteria adalah perkara biasa, menukar sisa organik kepada bahan bukan organik. Organisma mati perlahan-lahan mengendap di dasar laut. Banyak daripada mereka ditutup dengan batu api atau cengkerang berkapur, serta cengkerang berkapur. Mereka membentuk batu sedimen di dasar lautan.

Pada masa ini, beberapa negara sedang menyelesaikan masalah mengekstrak air tawar dan logam dari lautan dan menggunakan sepenuhnya sumber makanannya sambil melindungi haiwan yang paling berharga.

Hidrosfera mempunyai pengaruh yang kuat pada keseluruhan biosfera. Turun naik harian dan bermusim dalam pemanasan permukaan daratan dan lautan menyebabkan peredaran haba dan lembapan di atmosfera dan menjejaskan iklim dan kitaran bahan di seluruh biosfera.

Pengeluaran minyak di laut, pengangkutannya dalam kapal tangki dan lain-lain jenis aktiviti manusia membawa kepada pencemaran Lautan Dunia dan pengurangan biojisimnya.