Biomasa Zeme v percentách. Vedci vykonávajú globálne sčítanie biomasy

A A V a i o b o l o h Komu A h e m l A

Všade na Zemi, kamkoľvek sa pozriete, dominuje život. Rastliny a zvieratá nájdete všade. A koľko ešte organizmov, ktoré nie sú viditeľné voľným okom! Najjednoduchšie jednobunkové živočíchy a mikroskopické riasy, početné huby, baktérie, vírusy...

V našej dobe je známych až 500 tisíc druhov rastlín a asi 1,5 milióna živočíšnych druhov. Ale zďaleka nie všetky druhy boli objavené a opísané. A keď si predstavíte, koľko jedincov má každý druh! .. Skúste spočítať počet jedlí v tajge, či púpav na lúke, či klasov na jednom pšeničnom poli... Koľko mravcov žije v jednom mravenisku, koľko kôrovcov kyklopov či dafnií je v jednej mláke, koľko veveričiek je v lese, koľko šťúk, ostriežov či plotíc je v jednom jazere?... A skutočne rozprávkové čísla sa získajú pri pokuse spočítať mikroorganizmy.

Áno, v1 gram lesná pôda má v priemere:

baktérie - 400 000 000,

huby - 2 000 000,

riasy - 100 000,

prvoky - 10 000.

Veria tomu mikrobiológovia z University of Georgia na Zemi je len 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (5 miliónov) baktérie . To predstavuje 70% hmotnosti všetkého života na planéte.

Všetko toto nespočetné množstvo živých bytostí je umiestnené nie chaoticky a náhodne, ale prísne prirodzene, v určitom poradí, podľa zákonov života historicky stanovených na Zemi. Americký biológ K. Willy o tom píše: „Na prvý pohľad sa môže zdať, že svet živých bytostí pozostáva z nepredstaviteľného množstva rastlín a živočíchov, ktoré sa od seba líšia a každý si ide vlastnou cestou. Podrobnejšia štúdia však ukazuje, že všetky organizmy, rastlinné aj živočíšne, majú rovnaké základné životné potreby, čelia rovnakým problémom: získavanie potravy ako zdroja energie, dobývanie životného priestoru, rozmnožovanie atď. tieto problémy, rastliny a zvieratá vytvorili obrovskú škálu rôznych foriem, z ktorých každá je prispôsobená životu v daných podmienkach prostredia. Každá forma sa prispôsobila nielen fyzikálnym podmienkam prostredia – získala odolnosť voči kolísaniu v určitých medziach vlhkosti, vetru, osvetleniu, teplote, gravitácii a pod., ale aj biotickému prostrediu – všetkým rastlinám a živočíchom žijúcim v rovnakej zóne.

Na Zemi pravidelne rozmiestnené organizmy tvoria živú škrupinu našej planéty - biosféru. Zásluhu na rozvíjaní pojmu „biosféra“ a objasňovaní jej planetárnej úlohy patrí ruskému akademikovi V. I. Vernadskému, hoci samotný termín sa používal ešte koncom minulého storočia. Čo je biosféra a prečo je taká dôležitá?

Povrchové časti Zeme pozostávajú z troch minerálnych, anorganických obalov: litosféra je tvrdý kamenný obal Zeme; hydrosféra - tekutý, nesúvislý obal, zahŕňajúci všetky moria, oceány a vnútrozemské vody - Svetový oceán; atmosféra je plynný obal.

Celá hydrosféra, vrchné časti litosféry a spodné vrstvy atmosféry sú obývané živočíchmi a rastlinami. Moderná biosféra sa formovala v procese vzniku a ďalšieho historického vývoja živej hmoty. Od doby vzniku života na Zemi podľa rôznych odhadov uplynulo 1,5-2,5 až 4,2 miliardy rokov. V. I. Vernadsky dospel k záveru, že počas tejto doby boli všetky vonkajšie vrstvy zemskej kôry spracované životnou činnosťou organizmov na 99 percent. Preto Zem, ako ju vnímame, na ktorej žijeme, je z veľkej časti produktom činnosti organizmov.

Život, ktorý na Zemi vznikol v dôsledku prirodzeného vývoja hmoty, v priebehu mnohých miliónov rokov svojej existencie v podobe rôznych organizmov zmenil tvár našej planéty.

Všetky organizmy v biosfére spolu tvoria biomasu alebo „živú hmotu“ so silnou energiou, ktorá mení zemskú kôru a atmosféru. Celková hmotnosť rastlinnej hmoty je asi 10 000 miliárd a hmotnosti zvierat asi 10 miliárd ton, čo je približne 0,01 percenta hmotnosti celej biosféry s jej pevnými, kvapalnými a plynnými biotopmi. Odhaduje sa, že biomasa všetkých živých tvorov, ktoré obývali Zem, by asi miliardu rokov po objavení života musela byť mnohonásobne väčšia ako hmotnosť našej planéty. To sa však nestalo.

Prečo sa biomasa výrazne nehromadí? Prečo sa udržiava na určitej úrovni? Koniec koncov, biomasa ako živá hmota má tendenciu k neustálemu vývoju, zlepšovaniu a neustálemu hromadeniu v procese tohto vývoja, v procese reprodukcie a rastu živých bytostí.

A to sa nestane, pretože každý prvok, z ktorého je telo organizmu postavené, je vnímaný z prostredia a potom sa cez množstvo iných organizmov opäť vracia do okolitého, anorganického prostredia, z ktorého opäť vstupuje do zloženia živej hmoty. , biomasa. V dôsledku toho je každý prvok, ktorý je súčasťou živej hmoty, mnohokrát použitý.

Netreba to však brať v absolútnom zmysle. Na jednej strane časť prvkov opúšťa obeh látok, keďže samotná Zem akumuluje organické zlúčeniny vo forme ložísk uhlia, ropy, rašeliny, ropných bridlíc a pod. Na druhej strane si človek môže zabezpečiť intenzívnejší proces akumulácie biomasy, ktorý sa prejavuje neustálym zvyšovaním úrody plodín a úžitkovosti domácich zvierat.

Ale to všetko v žiadnom prípade neodmieta všeobecné pravidlo. Biomasa na Zemi sa v podstate stále nehromadí, ale neustále sa udržiava na určitej úrovni, hoci táto úroveň nie je absolútna a konštantná. Deje sa tak preto, že biomasa sa neustále ničí a znovu vytvára z toho istého stavebného materiálu, v rámci jej hraníc prebieha neprerušovaný obeh látok. V. I. Vernadsky píše: „Život zachytáva významnú časť atómov, ktoré tvoria hmotu zemského povrchu. Pod jeho vplyvom sú tieto atómy v nepretržitom intenzívnom pohybe. Z nich sa neustále vytvárajú milióny rôznych zlúčenín. A tento proces pokračuje bez prerušenia desiatky miliónov rokov, od najstarších archeozoických období až po našu dobu. Na zemskom povrchu nie je žiadna chemická sila, ktorá by bola neustále aktívnejšia, a teda vo svojich konečných dôsledkoch silnejšia ako živé organizmy ako celok.

Tento cyklus, ktorý prebieha v dôsledku životnej činnosti organizmov, sa nazýva biologický cyklus látok. Moderný charakter nadobudla s príchodom zelených rastlín, ktoré uskutočňujú proces fotosyntézy. Odvtedy nadobudli podmienky pre vývoj živej hmoty na Zemi úplne iný charakter.

Priebeh obehu látok možno stručne zvážiť na príklade uhlíka, ktorého atómy sú súčasťou komplexnej bielkovinovej molekuly. Život a metabolizmus sú spojené s molekulou proteínu.

Každý hektár Zeme obsahuje až 2,5 tony uhlíka v zložení oxidu uhličitého (CO2). Výpočty ukázali, že napríklad plodiny cukrovej trstiny na hektár absorbujú až 8 ton uhlíka, ktorý sa používa na stavbu tela týchto rastlín. V dôsledku toho sa použili zelené rastliny

Bola by to celá zásoba uhlíka. To sa však nestane, pretože organizmy v procese dýchania uvoľňujú značné množstvo oxidu uhličitého. A ešte viac uhlíka uvoľňujú hnilobné baktérie a huby, ktoré ničia zlúčeniny uhlíka obsiahnuté v mŕtvych telách zvierat a rastlín. Určitá časť uhlíka však opúšťa sféru „cirkulácie“ a ukladá sa vo forme ložísk ropy, uhlia, rašeliny atď., na ktoré sa premieňajú mŕtve rastliny a živočíchy. Táto strata uhlíka je však kompenzovaná deštrukciou horninových uhličitanov av moderných podmienkach aj spaľovaním obrovského množstva vyťaženého paliva. V dôsledku toho sa zdá, že uhlík neustále prúdi z atmosféry cez zelené rastliny, zvieratá, mikroorganizmy späť do atmosféry. Celkové zásoby uhlíka v biosfére teda zostávajú približne konštantné. S vysokou mierou istoty možno predpokladať, že takmer každý atóm uhlíka v biosfére od vzniku života na Zemi bol opakovane súčasťou živej hmoty, prešiel do atmosférického oxidu uhličitého a opäť sa vrátil do zloženia živej hmoty, biomasy.

V moderných podmienkach uhlík v procese biologického cyklu látok prechádza týmito fázami: 1) zelené rastliny, tvorcovia organickej hmoty, absorbujú uhlík z atmosféry a zavádzajú ho do svojich tiel; 2) zvieratá alebo konzumenti, ktorí sa živia rastlinami, vytvárajú zlúčeniny uhlíka vo svojom tele z ich zlúčenín uhlíka; 3) baktérie, ako aj niektoré iné organizmy, či ničiteľky, ničia organickú hmotu mŕtvych rastlín a živočíchov a uvoľňujú uhlík, ktorý opäť uniká do atmosféry ako oxid uhličitý.

Dusík je ďalšou dôležitou zložkou aminokyselín a bielkovín biomasy. Zdrojom dusíka na Zemi sú dusičnany, ktoré rastliny absorbujú z pôdy a vody. Zvieratá, ktoré jedia rastliny, syntetizujú svoju protoplazmu z aminokyselín rastlinných bielkovín. Hnilobné baktérie premieňajú zlúčeniny dusíka mŕtvych tiel týchto organizmov na amoniak. Nitrifikačné baktérie potom premieňajú amoniak na dusitany a dusičnany. Časť dusíka sa vracia do atmosféry denitrifikačnými baktériami. Ale na Zemi sa v procese evolúcie živej hmoty objavili organizmy schopné viazať voľný dusík a premieňať ho na organické zlúčeniny. Sú to niektoré modrozelené riasy, pôda, ako aj uzlové baktérie spolu s bunkami koreňov strukovín. Keď tieto organizmy uhynú, dusík ich tela sa premení nitrifikačnými baktériami na soli kyseliny dusičnej.

Podobný kolobeh vykonáva voda, fosfor a mnohé ďalšie látky, ktoré sú súčasťou živej hmoty a minerálnych obalov biosféry.V dôsledku toho sa všetky prvky, až na zriedkavé výnimky, podieľajú na činnosti živej látky biosféry v najveľkolepejšom meradle, nepretržite sa pohybujúci tok - biologický cyklus látok. „Zánik života by sa nevyhnutne spájal so zastavením chemických zmien, ak nie celej zemskej kôry, tak aspoň jej povrchu – tváre Zeme, biosféry,“ píše akademik V. I. Vernadskij.

Vernadského myšlienku obzvlášť živo potvrdzuje úloha, ktorú zohráva kyslík, produkt fotosyntézy rastlín, v procese jeho obehu. Takmer všetok kyslík v zemskej atmosfére vznikol a na určitej úrovni sa udržiava činnosťou zelených rastlín. Vo veľkých množstvách je spotrebovaný organizmami v procese dýchania. Okrem toho však kyslík, ktorý má obrovskú chemickú aktivitu, nepretržite vstupuje do zlúčenín s takmer všetkými ostatnými prvkami.

Ak by zelené rastliny nevyžarovali také obrovské množstvo kyslíka, potom by asi za 2000 rokov úplne zmizol z atmosféry. Zmenil by sa celý vzhľad Zeme, zmizli by takmer všetky organizmy, zastavili by sa všetky oxidačné procesy vo fyzickej časti biosféry... Zem by sa stala planétou bez života. Práve prítomnosť voľného kyslíka v atmosfére planéty naznačuje, že je na nej život, živá hmota, existuje biosféra. A keďže existuje biosféra, takmer všetky zložky životného prostredia sú ňou zapojené do grandiózneho, nekonečného kolobehu látok.

Vypočítalo sa, že v modernej dobe všetok kyslík obsiahnutý v atmosfére cirkuluje cez organizmy (viazaný dýchaním a uvoľňovaný fotosyntézou) za 2000 rokov, že všetok oxid uhličitý v atmosfére koluje v opačnom smere každých 300 rokov, a že všetky vody na Zemi sa rozložia a znovu vytvoria fotosyntézou a dýchaním za 2 000 000 rokov.

Štúdium biosféry je založené na geochemických štúdiách, ktoré študoval predovšetkým V. I. Vernadsky, cykly kyslíka a uhlíka. Ako prvý naznačil, že kyslík obsiahnutý v modernej atmosfére vznikol ako výsledok fotosyntetickej aktivity rastlín.

Vynikajúci prírodovedec V. I. Vernadskij disponoval úžasnou schopnosťou obsiahnuť takmer všetky oblasti modernej prírodnej vedy svojím bystrým a brilantným myslením. Vo svojich myšlienkach a koncepciách bol ďaleko pred svojou súčasnou úrovňou poznania a predvídal ich vývoj na desaťročia dopredu. Už v roku 1922 Vernadsky písal o bezprostrednom zvládnutí obrovských zásob jadrovej energie človekom a na konci 30. rokov predpovedal nastávajúcu éru vesmírnych výstupov človeka. Stál pri zrode mnohých vied o Zemi – genetickej mineralógie, geochémie, biogeochémie, rádiogeológie a vytvoril náuku o biosfére Zeme, ktorá sa stala vrcholom jeho práce.

Vedecké rešerše V. I. Vernadského boli neustále spojené s obrovskou organizačnou prácou. Bol iniciátorom vytvorenia Komisie pre štúdium prírodných výrobných síl Ruska, jedným z organizátorov Ukrajinskej akadémie vied a jej prvým prezidentom. Z iniciatívy Vernadského, Geografického ústavu, Mineralogického a geochemického ústavu M. V. Lomonosova, Rádiového, Keramického a Optického ústavu, Biogeochemického laboratória, z ktorého sa stal Ústav geochémie a analytickej chémie V. I. Vernadského, Komisia pre Štúdium permafrostu sa potom pretransformovalo na Ústav vedy o permafroste V. A. Obručeva, Komisiu pre dejiny poznania, dnes Ústav dejín prírodných vied a techniky, Výbor pre meteority, Komisiu pre izotopy, urán a mnohé ďalšie. Nakoniec prišiel s myšlienkou vytvorenia Medzinárodnej komisie pre určovanie geologického veku Zeme.

TOK ENERGIE V BIOSFÉRE

Cykly všetkých látok sú uzavreté, opakovane využívajú rovnaké atómy. Preto nie je potrebná žiadna nová látka, aby cyklus prebehol. Je tu evidentný zákon zachovania hmoty, podľa ktorého hmota nikdy nevzniká ani nezaniká. Ale na premenu látok v rámci biogénneho cyklu je potrebná energia. Vďaka akej energii sa tento grandiózny proces uskutočňuje?


Hlavným zdrojom energie potrebnej pre život na Zemi, a teda aj pre realizáciu biologického cyklu látok, je slnečné svetlo, teda energia, ktorá sa vyskytuje v útrobách Slnka počas jadrových reakcií pri teplote približne 10 000 000 stupňov. (Teplota na povrchu Slnka je oveľa nižšia, len 6000 stupňov.) Až 30 percent energie sa rozptýli v atmosfére alebo sa odrazí od mrakov a zemského povrchu, až 20 percent sa absorbuje v horných vrstvách tzv. oblakov, asi 50 percent dosiahne povrch pevniny alebo oceánu a absorbuje sa vo forme tepla. Zelené rastliny zachytia len nepatrné množstvo energie, len asi 0,1 – 0,2 percenta; zabezpečuje celý biologický cyklus látok na Zemi.

Zelené rastliny akumulujú energiu slnečného lúča, hromadia ju vo svojom tele. Zvieratá, ktoré jedia rastliny, existujú vďaka energii, ktorá vstúpila do ich tela spolu s jedlom, so zjedenými rastlinami. Predátori tiež v konečnom dôsledku existujú na energii uloženej zelenými rastlinami, pretože sa živia bylinožravými zvieratami.

Energia Slnka, pôvodne využívaná zelenými rastlinami v procese fotosyntézy, sa teda premieňa na potenciálnu energiu chemických väzieb tých organických zlúčenín, z ktorých je postavené samotné telo rastlín. V tele zvieraťa, ktoré zjedlo rastlinu, sa tieto organické zlúčeniny oxidujú s uvoľnením takého množstva energie, ktoré rastlina vynaložila na syntézu organickej hmoty. Časť tejto energie sa spotrebuje na život zvieraťa a časť sa podľa druhého termodynamického zákona premení na teplo a rozptýli sa v priestore.

V konečnom dôsledku energia prijatá zo Slnka zelenou rastlinou prechádza z jedného organizmu do druhého. Pri každom takomto prechode sa energia transformuje z jednej formy (životná energia rastliny) do inej (životná energia zvieraťa, mikroorganizmu atď.). Pri každej takejto transformácii dochádza k poklesu množstva užitočnej energie. Preto na rozdiel od obehu látok, ktorý prúdi v začarovanom kruhu, sa energia pohybuje od organizmu k organizmu určitým smerom. Existuje jednosmerný tok energie, nie cyklus.

Nie je ťažké si predstaviť, že akonáhle Slnko zhasne, všetka energia naakumulovaná Zemou sa po určitom a relatívne krátkom čase premení na teplo a rozplynie sa vo vesmíre. Obeh látok v biosfére sa zastaví, všetky živočíchy a rastliny zomrú. Dosť ponurý obraz... Koniec života na Zemi...

Za tento záver by sme sa však nemali nechať zahanbiť. Veď Slnko bude svietiť ešte niekoľko miliárd rokov, teda aspoň dovtedy, kým už bude na Zemi existovať život, ktorý sa vyvinul z primitívnych hrudiek živej hmoty až po moderného človeka. Navyše, samotný človek sa objavil na Zemi len asi pred miliónom rokov. V tomto období prešiel od kamennej sekery k najzložitejším elektronickým počítačom, prenikol do hlbín atómu a vesmíru,

Akýkoľvek prechod energie z jednej formy do druhej je sprevádzaný poklesom množstva užitočnej energie, ktorá presiahla Zem a úspešne ovláda vesmír.

Vznik človeka a takej vysoko organizovanej hmoty, akou je jeho mozog, mal a má mimoriadny význam pre evolúciu živých matiek a celej biosféry. Od svojho vzniku je ľudstvo ako súčasť biomasy po významný čas úplne závislé od životného prostredia. Ale ako sa rozvíja mozog a myslenie, človek stále viac dobýva prírodu, povyšuje sa nad ňu, podriaďuje ju svojim záujmom. V roku 1929 A.P. Pavlov, zdôrazňujúc neustále rastúcu úlohu človeka vo vývoji organického sveta na Zemi, navrhol nazvať kvartérne obdobie „antropogénom“ a potom V.I. Vernadsky, veriac, že ​​ľudstvo vytvára novú, inteligentnú škrupinu Zem, alebo guľatá myseľ, navrhla názov „noosféra“.

Ľudská činnosť výrazne mení obeh látok v biosfére. Bolo vyťažených a spálených asi 50 miliárd ton uhlia; ťažia sa miliardy ton železa a iných kovov, ropy, rašeliny. Človek si osvojil rôzne formy energie, vrátane atómovej energie. V dôsledku toho sa na Zemi objavili úplne nové chemické prvky a bolo možné transformovať niektoré prvky na iné a do biosféry bolo zahrnuté veľké množstvo rádioaktívneho žiarenia. Človek sa stal veľkosťou kozmického poriadku a sila jeho mysle bude v blízkej budúcnosti schopná zvládnuť také formy energie, o ktorých teraz ani netušíme.

V súčasnosti je na Zemi známych asi 500 tisíc druhov rastlín a viac ako 1,5 milióna živočíšnych druhov. 93 % z nich obýva súš a 7 % tvoria obyvatelia vodného prostredia (tabuľka).

Z údajov v tabuľke je vidieť, že hoci oceány zaberajú asi 70 % zemského povrchu, tvoria len 0,13 % biomasy Zeme.

Pôda je tvorená biogénnou cestou, pozostáva z anorganických a organických látok. Mimo biosféry je tvorba pôdy nemožná. Pôdna vrstva Zeme sa vplyvom mikroorganizmov, rastlín a živočíchov začína postupne vytvárať na horninách. Biogénne prvky nahromadené v organizmoch po ich smrti a rozklade opäť prechádzajú do pôdy.

Procesy prebiehajúce v pôde sú dôležitou súčasťou obehu látok v biosfére. Ekonomická činnosť človeka môže viesť k postupnej zmene zloženia pôdy a odumieraniu mikroorganizmov v nej žijúcich. Preto je potrebné vypracovať opatrenia na rozumné využívanie pôdy. materiál zo stránky

Hydrosféra hrá dôležitú úlohu v distribúcii tepla a vlhkosti po celej planéte, v obehu hmoty, takže má silný vplyv aj na biosféru. Voda je dôležitou súčasťou biosféry a jedným z najdôležitejších faktorov pre život organizmov. Väčšina vody je v oceánoch a moriach. Zloženie oceánskej a morskej vody zahŕňa minerálne soli obsahujúce asi 60 chemických prvkov. Kyslík a uhlík, ktoré sú nevyhnutné pre život organizmov, sú vysoko rozpustné vo vode. Vodné živočíchy pri dýchaní uvoľňujú oxid uhličitý a rastliny obohacujú vodu kyslíkom v dôsledku fotosyntézy.

Planktón

V horných vrstvách oceánskych vôd, dosahujúcich hĺbku 100 m, sú rozšírené jednobunkové riasy a mikroorganizmy, ktoré tvoria mikroplanktón(od grécky planktón – putovanie).

Asi 30 % fotosyntézy na našej planéte prebieha vo vode. Riasy, ktoré vnímajú slnečnú energiu, ju premieňajú na energiu chemických reakcií. Vo výžive vodných organizmov planktón.

Biomasa je termín, ktorý sa používa na charakterizáciu akejkoľvek organickej hmoty vytvorenej fotosyntézou. Táto definícia zahŕňa suchozemskú a vodnú vegetáciu a kríky, ako aj vodné rastliny a mikroorganizmy.

Zvláštnosti

Biomasa sú zvyšky živočíšneho života (hnoj), priemyselný a poľnohospodársky odpad. Tento produkt má priemyselný význam, je po ňom dopyt v energetickom sektore. Biomasa je prírodný produkt, v ktorom je obsah uhlíka taký vysoký, že sa dá použiť ako alternatívne palivo.

Zlúčenina

Biomasa je zmes zelených rastlín, mikroorganizmov, živočíchov. Na jeho obnovenie je potrebný krátky časový úsek. Biomasa živých organizmov je jediným zdrojom energie schopným uvoľňovať oxid uhličitý pri spracovaní. Jeho hlavná časť je sústredená v lesoch. Na súši zahŕňa zelené kríky, stromy a ich objem sa odhaduje na približne 2 400 miliárd ton. V oceánoch sa biomasa organizmov tvorí oveľa rýchlejšie, tu ju zastupujú mikroorganizmy a živočíchy.

V súčasnosti sa uvažuje o takom koncepte, akým je zvýšenie počtu zelených rastlín. Drevinová vegetácia predstavuje približne dve percentá. Väčšinu (asi sedemdesiat percent) z celkového zloženia tvorí orná pôda, zelené lúky a drobná vegetácia.

Asi pätnásť percent celkovej biomasy tvorí morský fytoplanktón. Vzhľadom na to, že proces jeho delenia prebieha v krátkom časovom období, môžeme hovoriť o výraznom obrate vegetácie svetových oceánov. Vedci uvádzajú zaujímavé fakty, podľa ktorých na úplné obnovenie zelenej časti oceánu stačia tri dni.

Na súši tento proces trvá asi päťdesiat rokov. Každý rok prebieha proces fotosyntézy, vďaka ktorému sa získa asi 150 miliárd ton suchého organického produktu. Celková biomasa vyprodukovaná vo svetových oceánoch je napriek nevýznamným ukazovateľom porovnateľná s produktmi vyprodukovanými na pevnine.

Nevýznamnosť hmotnosti rastlín vo svetových oceánoch možno vysvetliť tým, že ich zvieratá a mikroorganizmy v krátkom čase zožerú, ale vegetácia sa tu celkom rýchlo obnoví.

Subtropické a tropické lesy sa považujú za najproduktívnejšie v kontinentálnej časti zemskej biosféry. Oceánsku biomasu predstavujú najmä útesy a ústia riek.

Z v súčasnosti používaných bioenergetických technológií vyčleňujeme: pyrolýzu, splyňovanie, fermentáciu, anaeróbnu fermentáciu, rôzne druhy spaľovania palív.

Obnova množstva biomasy

V poslednom období sa v mnohých európskych krajinách uskutočňujú rôzne experimenty súvisiace s pestovaním energetických lesov, z ktorých sa získava biomasa. Význam tohto slova je obzvlášť aktuálny dnes, keď sa venuje veľká pozornosť otázkam životného prostredia. Proces získavania biomasy, ako aj priemyselné spracovanie tuhého odpadu z domácností, drevnej hmoty, poľnohospodárskych kotlov je sprevádzané uvoľňovaním pary, ktorá poháňa turbínu. Z ekologického hľadiska je absolútne bezpečný pre životné prostredie.

Vďaka tomu sa pozoruje rotácia rotora generátora, ktorý je schopný generovať elektrickú energiu. Postupne dochádza k hromadeniu popola, čo znižuje účinnosť výroby elektrickej energie, preto sa periodicky odstraňuje z reakčnej zmesi.

Na obrovských pokusných plantážach sa pestujú rýchlo rastúce stromy: akácie, topole, eukalypty. Testovaných bolo asi dvadsať druhov rastlín.

Ako zaujímavá možnosť boli uznané kombinované plantáže, na ktorých sa okrem stromov pestujú aj iné poľnohospodárske plodiny. Napríklad jačmeň sa vysádza medzi radmi topoľov. Trvanie rotácie vytvoreného energetického lesa je šesť až sedem rokov.

Spracovanie biomasy

Pokračujme v rozhovore o tom, čo je biomasa. Definíciu tohto pojmu uvádzajú rôzni vedci, no všetci sú presvedčení, že práve zelené rastliny sú sľubnou možnosťou na získanie alternatívneho paliva.

V prvom rade si treba uvedomiť, že hlavným produktom splyňovania je uhľovodík – metán. Môže byť použitý ako surovina v chemickom priemysle a ako účinné palivo.

Pyrolýza

Rýchlou pyrolýzou (tepelným rozkladom látok) sa získava bioolej, ktorý je horľavým palivom. Uvoľnená tepelná energia sa v tomto prípade využíva na chemickú premenu zelenej biomasy na syntetický olej. Je oveľa jednoduchšie prepravovať a skladovať ako pevné materiály. Ďalej sa spaľuje bioolej pri prijímaní elektrickej energie. Pyrolýza dokáže premeniť biomasu na fenolový olej, ktorý sa používa na výrobu lepidla na drevo, izolačnej peny, lisovaných plastov.

anaeróbna fermentácia

Tento proces vykonávajú anaeróbne baktérie. Mikroorganizmy žijú na miestach, kde nie je prístup kyslíka. Spotrebúvajú organickú hmotu, pričom počas reakcie tvoria vodík a metán. Pri privádzaní hnoja, splaškov do špeciálnych digestorov, vnášaní anaeróbnych mikroorganizmov do nich je možné vzniknutý plyn využiť ako zdroj paliva.

Baktérie sú schopné rozkladať organickú hmotu obsiahnutú na skládkach, potravinový odpad, pričom vytvárajú metán. Na extrakciu plynu a jeho použitie ako paliva je možné použiť špeciálne zariadenia.

Záver

Biopalivá sú nielen výborným zdrojom energie, ale aj spôsobom, ako extrahovať cenné chemikálie. Pri chemickom spracovaní metánu sa teda môžu získať rôzne organické zlúčeniny: metanol, etanol, acetaldehyd, kyselina octová, polymérne materiály. Napríklad etanol je cenná látka používaná v rôznych priemyselných odvetviach.

Biológovia vykonali kvantitatívnu analýzu globálnej distribúcie biomasy na Zemi, ktorá predstavovala 550 miliárd ton uhlíka. Ukázalo sa, že viac ako 80 percent z tohto počtu pripadá na rastliny, celková biomasa suchozemských organizmov je približne o dva rády väčšia ako morských organizmov a podiel ľudí je asi 0,01 percenta, píšu vedci v r. Zborník Národnej akadémie vied.

Kvantitatívne údaje o celkovej biomase všetkých živých organizmov na Zemi a jej distribúcii medzi jednotlivými druhmi sú dôležitou informáciou pre modernú biológiu a ekológiu: dajú sa použiť na štúdium celkovej dynamiky a vývoja celej biosféry, jej reakcie na prebiehajúce klimatické procesy. na planéte. Priestorová distribúcia biomasy (geograficky, podľa hĺbky a druhových biotopov), ako aj jej distribúcia medzi rôznymi druhmi živých organizmov môže byť dôležitým ukazovateľom pri posudzovaní ciest transportu uhlíka a iných prvkov, ako aj ekologických interakcií alebo potravinových reťazcov. Doteraz sa však robili kvantitatívne odhady distribúcie biomasy buď pre jednotlivé taxóny, alebo v rámci niektorých ekosystémov a zatiaľ nie sú urobené spoľahlivé odhady pre celú biosféru.

Na získanie takýchto údajov skupina vedcov z Izraela a Spojených štátov pod vedením Rona Mila (Ron Milo) z Weizmann Institute of Science vykonala akési sčítanie všetkých živočíšnych druhov s hodnotením ich biomasy a geografického rozšírenia. Vedci zozbierali všetky údaje z niekoľkých stoviek relevantných vedeckých článkov, následne tieto informácie spracovali pomocou vyvinutej integračnej schémy s prihliadnutím na geografické rozšírenie druhov. Ako kvantitatívny ukazovateľ biomasy, ktorú možno pripísať rôznym druhom, vedci použili informácie o hmotnosti uhlíka, ktorý pripadá na rôzne taxóny (to znamená, že pri zvažovaní sa napríklad nebrala do úvahy hmotnosť vody). Teraz sú všetky získané výsledky, ako aj programy použité na analýzu, vo verejnej doméne a možno ich nájsť na githube.

Schematický diagram odvodenia údajov o globálnom rozložení biomasy z dostupných neúplných údajov s prihliadnutím na geografické rozloženie parametrov prostredia

Y. M. Bar-On a kol./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Analýza získaných údajov ukázala, že celková biomasa všetkých živých organizmov na Zemi je približne 550 miliárd ton uhlíka. Drvivú väčšinu z neho zároveň obsahujú zástupcovia rastlinnej ríše: 450 gigaton uhlíka je viac ako 80 percent z celkového množstva. Na druhom mieste sú baktérie: približne 70 miliárd ton uhlíka, zatiaľ čo zvieratá (2 miliardy ton) sú tiež horšie ako huby (12 miliárd ton), archaea (7 miliárd ton) a prvoky (4 miliardy ton). Spomedzi zvierat majú najväčšiu biomasu článkonožce (1 miliarda ton) a napríklad celkovú biomasu druhu Homo sapiens je 0,06 miliardy ton uhlíka – to je približne 0,01 percenta všetkej biomasy na Zemi.

Distribúcia biomasy medzi predstaviteľmi rôznych kráľovstiev (vľavo) a v rámci živočíšnej ríše (vpravo)

Y. M. Bar-On a kol./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Distribúcia biomasy medzi rôznymi biotopmi: súčet pre všetky živé organizmy (vľavo) a samostatne pre zástupcov rôznych kráľovstiev (vpravo)

Y. M. Bar-On a kol./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Je zaujímavé, že maximálny podiel zástupcov hlavných kráľovstiev z hľadiska biomasy žije v rôznych biotopoch. Takže väčšina rastlín sú suchozemské druhy. Maximum biomasy živočíchov žije v moriach a oceánoch a napríklad väčšina baktérií a archeí sa nachádza hlboko pod zemou. Celková biomasa suchozemských organizmov je zároveň asi o dva rády väčšia ako u morských organizmov, ktoré podľa autorov štúdie tvoria len 6 miliárd ton uhlíka.

Vedci poznamenávajú, že kvôli nedostatku presných informácií sa získané údaje počítajú s veľmi veľkou neistotou. S dostatočnou istotou sa teda dá odhadnúť iba biomasa rastlín na Zemi, zatiaľ čo pre baktérie a archaea sa získané údaje môžu líšiť od skutočných údajov až 10-násobne. Neistota v údajoch o celkovej biomase všetkých živých organizmov na Zemi však nepresahuje 70 percent.

Výsledky, ktoré získali, sú podľa autorov práce založené na údajoch zo súčasných vedeckých štúdií, preto ich možno aj napriek pomerne veľkej chybe použiť na moderné ekologické a biologické hodnotenia. Vedci tiež poznamenávajú, že pri analýze údajov boli schopní identifikovať tie geografické oblasti, pre ktoré je v súčasnosti veľmi málo údajov a je potrebný ďalší výskum. Výskumníci dúfajú, že v budúcnosti spresnenie údajov umožní nielen vykonávať takúto analýzu s dostatočným geografickým rozlíšením, ale aj sledovať dynamiku zmien v takýchto distribúciách v priebehu času.

Nedávno vedci distribuovali biomasu v menších systémoch tak, že sa pozerali na veľké lesy po celej Zemi. Ukázalo sa, že viac ako polovicu celej biomasy lesa tvorí len jedno percento najväčších stromov, z ktorých väčšina presahuje priemer 60 centimetrov. Zároveň je už možné vykonať dynamickú analýzu pre niektoré živočíšne druhy v určitých zemepisných oblastiach. Napríklad minulý rok európski ekológovia skúmali biomasu lietajúceho hmyzu v národných parkoch v Nemecku a že za 27 rokov sa naraz znížila o 76 percent.

Alexander Dubov

Biomasa Zeme. Na pevnine Zeme, počnúc od pólov k rovníku, biomasa postupne narastá. Zároveň sa zvyšuje aj počet rastlinných druhov. Tundra s lišajníkmi a machmi ustupuje ihličnatým a listnatým lesom, potom stepiam a subtropickej vegetácii. Najväčšia koncentrácia a rozmanitosť rastlín sa odohráva v tropických dažďových pralesoch. Výška stromov dosahuje 110-120m. Rastliny rastú v niekoľkých vrstvách, epifyty pokrývajú stromy. Počet a rozmanitosť živočíšnych druhov závisí od rastlinnej hmoty a zvyšuje sa aj smerom k rovníku. V lesoch sa zvieratá usadzujú na rôznych úrovniach. Najvyššia hustota života sa pozoruje v biogeocenózach, kde sú druhy spojené potravinovými reťazcami. Potravinové reťazce, prepletené, tvoria komplexnú sieť prenosu chemických prvkov a energie z jedného článku do druhého. Medzi organizmami existuje tvrdá konkurencia o priestor, jedlo, svetlo, kyslík. Človek má veľký vplyv na biomasu pôdy. Pod jeho vplyvom sa zmenšujú plochy produkujúce biomasu.

pôdna biomasa. Pôda je prostredie nevyhnutné pre život rastlín a biogeocenózu s množstvom drobných živých organizmov. Ide o uvoľnenú povrchovú vrstvu zemskej kôry, modifikovanú atmosférou a organizmami a neustále dopĺňanú organickými zvyškami. K tvorbe živej organickej hmoty dochádza na zemskom povrchu; rozklad organických látok, ich mineralizácia sa uskutočňuje najmä v pôde. Pôda vznikla vplyvom organizmov a fyzikálno-chemických faktorov. Hrúbka pôdy spolu s povrchovou biomasou a pod jej vplyvom narastá od pólov k rovníku. V severných zemepisných šírkach má mimoriadny význam humus.

Rozloženie biomasy na zemskom povrchu.

Pôda je husto osídlená živými organizmami. Voda z dažďov, topiaceho sa snehu ju obohacuje o kyslík a rozpúšťa minerálne soli. Časť roztokov sa zadržiava v pôde, časť sa odvádza do riek a oceánov. Pôda vyparuje podzemnú vodu stúpajúcu cez kapiláry. V rôznych pôdnych horizontoch dochádza k pohybu roztokov a zrážaniu solí.

Výmena plynov prebieha aj v pôde. V noci pri ochladzovaní a stláčaní plynov do nej preniká určité množstvo vzduchu. Vzduchový kyslík je absorbovaný živočíchmi a rastlinami a je súčasťou chemických zlúčenín. Dusík, ktorý so vzduchom prenikol do pôdy, zachytávajú niektoré baktérie. Počas dňa, keď sa pôda zahrieva, sa uvoľňujú plyny: oxid uhličitý, sírovodík, amoniak. Všetky procesy prebiehajúce v pôde sú zahrnuté do kolobehu látok v biosfére.

Niektoré druhy hospodárskej činnosti človeka (chemizácia poľnohospodárskej výroby, spracovanie ropných produktov a pod.) spôsobujú hromadné odumieranie pôdnych organizmov, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v biosfére.

Biomasa oceánov. Hydrosféra Zeme alebo Svetový oceán zaberá viac ako 2/3 povrchu planéty. Voda má vysokú tepelnú kapacitu, zjednocuje teplotu oceánov a morí, čím zmierňuje extrémne zmeny teploty v zime a v lete. Oceán zamŕza len na póloch, no pod ľadom sú živé organizmy.

Voda je dobré rozpúšťadlo. Zloženie oceánskej vody zahŕňa minerálne soli obsahujúce asi 60 chemických prvkov, v ktorých sa rozpúšťa kyslík a oxid uhličitý pochádzajúci zo vzduchu. Vodné živočíchy tiež pri dýchaní uvoľňujú oxid uhličitý a riasy pri fotosyntéze obohacujú vodu o kyslík.

Fyzikálne vlastnosti a chemické zloženie oceánskych vôd sú veľmi konštantné a vytvárajú prostredie priaznivé pre život. Fotosyntéza rias prebieha hlavne v hornej vrstve vody – do 100 m. Povrch oceánu v tejto hrúbke je vyplnený mikroskopickými jednobunkovými riasami, ktoré tvoria mikroplanktón.

Planktón hrá hlavnú úlohu vo výžive morských živočíchov. Veslonôžky sa živia riasami a prvokmi. Kôrovce jedia sleď a iné ryby. Sleďov jedia dravé ryby a čajky. Baleen veľryby sa živia výlučne planktónom. V oceáne je okrem planktónu a voľne plávajúcich živočíchov množstvo organizmov pripevnených na dne a plaziacich sa po ňom. Populácia dna sa nazýva bentos. V oceáne sa pozorujú kondenzácie organizmov: planktón, pobrežie, dno. Medzi živé zhluky patria aj koralové kolónie, ktoré tvoria útesy a ostrovy. V oceáne, najmä na jeho dne, sú bežné baktérie, ktoré premieňajú organické zvyšky na anorganické látky. Mŕtve organizmy sa pomaly usadzujú na dne oceánu. Mnohé z nich sú pokryté kremennými alebo vápenatými škrupinami, ako aj vápenatými škrupinami. Na dne oceánu tvoria sedimentárne horniny.

V súčasnosti množstvo krajín rieši problém získavania sladkej vody a kovov z oceánu a plnšieho využívania jeho potravinových zdrojov pri ochrane najcennejších živočíchov.

Hydrosféra má silný vplyv na celú biosféru. Denné a sezónne výkyvy ohrievania povrchu pevniny a oceánov spôsobujú cirkuláciu tepla a vlhkosti v atmosfére a ovplyvňujú klímu a cykly látok v celej biosfére.

Ťažba ropy v moriach, jej preprava v tankeroch a ďalšie ľudské aktivity vedú k znečisteniu svetového oceánu a zníženiu jeho biomasy.