БИОСФЕРА ТУРАЛЫ ІЛІМ НЕГІЗДЕРІ

 

1. Биосфера және Жер планетасы биомассаның қасиеттері

 

Ғылыми-техникалық прогресс ғасырында бүкіл планетада жүріп жатқан тіршіліктің тұтас процестері туралы білім алудың маңызы орасан зор. Космосты зерттеу арқылы Жерді сырттан көріп, оны қоршап тұрған әлемді зерттеуге мүмкіндік туды. Жер бетінде халық санының өсуі жаңадан азық-түлік қорларын табуды талап етеді. Өнеркәсіп пен транспорттың зиянды қалдықтары тірі организмдерді ғана емес, сондай-ақ су мен ауаның тазалығын қорғау проблемасын қойып отыр. Осыған байланысты Жердің зат айналымындағы тірі табиғаттың ролін түсіне білу қажет. Ең бастысы - тірі табиғаттың энергияны жеткізуші және өзгертуші ретіндегі маңызын анықтау. Бүкіл планетадағы тіршілік құрылымы мен оның тұрақтылық негіздерін білу қажет. Сендер ботаниканы, зоологияны, адам анатомиясы мен физиологиясын және жалпы биологияны оқығанда тірі табиғаттың барлық деңгейімен: молекулалық, клеткалық, организмдік, популяциялық-түрлік және биогеоценоздық құрылымымен таныстыңдар. Ал бұл тақырыпты өткенде сендер біздің планетадағы тіршілік құрылымының ең жоғары биосфералық деңгейімен танысатын боласыңдар.

Биосфера және оның шекаралары.Бүкіл Жер планетасындағы тірі организмдердің тұтас алатын орны мен ролін түсінбейінше органикалық дүние формаларының көптүрлілігі мен оның даму заңдылықтарын толық оқып үйренуге болмайды. Барлык, тірі организмдердің жиынтығы тірі затты немесе планета биомассасын құрайды.

Организмдердің тіршілік әрекеті жер қыртысы мен атмосфераны өзгертті және өзгертіп отырады. Биомассаның өсімдік бөлімі миллиардтаған жылдар ішінде атмосфераны көмірқышқыл газынан тазартып, оны оттегімен байытты және әктас, тас көмір мен мұнайда көміртегі қабаттарының түзілуіне мүмкіндік берді. Эволюция барысында Жер айналасында тірі организмдер өмір сүретін ерекше қабықша немесе сфера түзілді. Осы жер қабықшасы немесе тіршілік аймағы биосфера деп аталған (грекше: «биос» - тіршілік, «сфера» - шар). Бұл атауды тұңғыш рет Б. Ламарк берді. Биосфера туралы ілімді Жер химиясын тіршілік химиясымен байланыстырып, жер бетін өзгертудегі тірі заттардың ролін белгілейтін жаңа ғылымның - биогеохимияның негізін қалаушы академик В. И. Вернадский         (1863-1945)         жасады.

Жер планетасын бірнеше геосфераларға ажыратуға болады.

Литосфера (грекше: «литос» - тас) - жер шарының сыртқы қатты қабықшасы. Ол екі қабаттан тұрады: оның сыртқы қабаты - гранитті шөгінді жыныстар, ал ішкісі - базальт қабаты. Бұл қабаттар біркелкі орналаспаған. Гранит кей жерлерде қабаттың бетіне шығып жатады.

Жер бетінің 70,8%-ін алып жатқан барлық мұхиттар, теңіздер (олардың бәрін қосып Дүние жүзілік мұхит деп атайды), сондай-ақ көлдер мен өзендерден гидросфера түзіледі. Мұхиттың орташа тереңдігі 3,8 км, ал жекелеген қазаншұңқырларының тереңдігі 11,034 км-ге дейін жетеді.

Литосфера мен гидросферадан 100 км биіктікке дейін атмосфера орналасады. Атмосфераның биіктігі орта есеппен 15 км келетін төменгі қабатын тропосфера деп атайды (грекше: «тропэ» - өзгеріс). Тропосферада Жердің үстіңгі беті біркелкі қызбаған кезде алмасқан ауадағы су буы болады. Тропосферадан жоғары 100 км биіктікке дейін стратосфера (латынша: «стратум» - қабат) болады. Оның шекарасында солтүстік шұғылалары пайда болады. Стратосфера ішінде 15-35 км биіктіктегі бос оттегі күн радиациясының әсерімен озонға (О₂ ® О₃) айналады да, тірі организмдерді өлтіріп жіберетін космос сәулесі мен ішінара Күннің ультракүлгін сәулесін өткізбейтін экран түзеді.

Барлық Жер сфераларының ішінде биосфера - тірі организмдер орналасқан геологиялық қабықша ерекше орын алады. Оған жердің үстіңгі қабаты, литосфераның жоғары қабаты, бүкіл гидросфера және атмосфераның төменгі бөлігі - тропосфера кіреді.  Биосферада тірі заттың: өсімдіктердің, жануарлардың, микроорганизмдер мен адамзаттың іс-әрекеті көрінеді. Биосфера шекарасы әртүрлі организмдердің тіршілік етуіне керекті жағдайлармен анықталады. Биосфера тіршілігінің жоғары шегі ультракүлгін сәулелердің қарқынды концентрациясымен; төменгі шегі - жер қойнауының жоғары температурасымен (100°С-ден жоғары) шектеледі. Оның ең соңғы шегіне тек төменгі сатыдағы организмдер - бактериялар ғана жетеді. Бактериялар мен саңыраукұлактардың споралары 20 км биіктікке дейін ұшып бара алады, ал анаэробты бактерияларды жер қыртысының 3 км-ден астам тереңдігінен, мұнай кен орындарындағы сулардан кездестіруге болады.

Биосферадағы тірі массаның ең жоғары концетрациясының шоғырлануы құрлық пен мұхит бетінде, литосфера мен атмосфераның, гидросфера мен атмосфераның, гидросфера мен литосфераның түйіскен шекараларынан байқалады. Бұл жерлерде тіршілікке неғұрлым қолайлы жағдайлар: температура, ылғалдылық, оттегі және организмдердің қоректенуіне қажетті басқа да химиялық элементтер жеткілікті болады. Атмосфераның жоғары қабатына, мұхиттың ең терең жерлеріне және литосфераның қойнауына жақындаған сайын тіршілік концентрациясы кеми береді: Биомассаның жиналуы жасыл өсімдіктердің тіршілік әрекетіне байланысты.

Тірі заттың массасы жер қыртысының массасымен салыстырғанда аз болады. Алайда, жер қыртысының өзгеруіне биомассалардың тіршілік әрекеті әсер етеді.

Сурет – Жер геосферасы

 

Тірі заттың қасиеттері. Биомасса құрайтын организмдер ұдайы өседі, көбейіп, планетада тарала алады.

Биомассаның энергиясы көбею кезінде ерекше байқалады. «Тірі зат - организмдер жиынтығы - газ массасы тәрізді жердің үстіңгі бетіне таралып, қоршаған ортада белгілі дәрежеде қысым жасайды, оның ілгері жылжуына кедергі болатын тосқауылдарды айналып өтеді немесе оны меңгеріп, жауып қалады. Бұл қозғалыс организмдердің көбеюі арқылы жүзеге асады.... Осы қасиеттің тірі организмдер үшін ең маңызды екенін, оларды сіресіп қалған өлі материядан бөліп тұратын шекара тәріздес қасиет екенін Қ. Линней де жақсы білген» (Вернадский).

Қайсыбір жылдарда кейбір түрлердің көбейіп кетуі сонша, тіпті оның аяғы бунақденелілердің (шегіртке), кемірушілер мен басқа да жануарлардың қаптап кетуіне әкеліп соғады. Әртүрлі организмдердің кеңістікті қамтуы олардың көбею жылдамдығына байланысты.

Ұсақ организмдер, әсіресе сулы ортада тез көбейіп, тез таралады. Кейбір бактериялардың саны әр 22 мин сайын екі есе өсіп отырады. Құрлық жәндіктерінің негізгі массасын құрайтын буынаяқтылар тез көбейеді.

Сурет - Биосферадағы тіршілік шегі

 

Әсіресе бірклеткалы организмдердің көбеюі мен тез таралуы биосфераның ең шеткі шегіне дейін «кез келген жерде» (Вернадский) тіршіліктің болатынын анықтады. Тіршіліктің қысымы мен тығыздығы - аудан бірлігіне келетін особьтар саны көбеюге байланысты.

Тіршілік тығыздығы организмдердің дене мөлшері мен олардың тіршілік етуіне қажетті жер көлеміне байланысты. Балықоты мен хлорелла балдырлары үшін қажетті тіршілік ауданының мөлшері олардың дене мөлшеріне тең болу керек. Пілдің коректенуіне 30 км², бал жинау үшін балараға 200 м² жер, шөптесін өсімдіктер үшін - орташа есеппен 30 см² жер көлемі керек. Тіршілік қысымынан организмдер арасында кеңістік, қорек, ауа, су үшін күрес туады.

Әрбір тірі организм мен бүкіл биомассаның ерекшелігі - қоршаған ортамен үздіксіз зат алмасуында. Тірі организмде ішінара тіршілік кезінде және біразы өлгеннен кейін жинақталып, денесінен бөлініп шығатын әртүрлі элементтер болады. Олар негізінен оттегі, сутегі, көміртегі, натрий, кальций, фосфор, калий, кремний және басқалары - 20-дан астам элементтер. Қоректену процесінде энергия жиналады және ол қоректену тізбегі мен көбею жолдары арқылы басқа организмдерге беріледі. Биосферада жасыл өсімдіктердегі фотосинтез кезінде оттегінің бөлініп, көмірқышқыл газы сіңірілуінің мәні өте зор.

Биосферада өсімдік массасы жануарлардікінен бірнеше есе көгі болады. Ол жалпы биосфера массасының тек 0,01 процентке жуығын ғана құрағанымен, планетада өте зор роль атқарады.

Қазіргі деректер бойынша Жер бетіндегі биомасса орта есеппен алғанда шамамен 2,423∙10¹² т болады, мұның 97 процентін құрлықтағы жасыл өсімдіктердің 3 процентін - жануарлар мен микроорганизмдердің массасы құрайды.

 

2. Құрлық беті мен мұхит биомассасы

 

Жердің құрлық бөлігінде полюстерден экваторға қарай биомасса біртіндеп арта түседі. Сонымен қатар, өсімдіктердің түрлері де көбейеді. Қыналар мен мүктер (500-ге жуық түрлер кіреді) өсетін тундра қылқанды және жалпақ жапырақты ормандарға ауысады, онан кейін далаға (2000-ға тарта түр) және субтропиктік (3000-нан артық түр) өсіуідіктері бар аймақтарға ауысады. Өсімдіктердің ең қалың өсетін және түрге бай жері тропиктің ылғалды ормандары (8000-нан астам түрлер өседі). Ағаштардың биіктігі 110-120 м-ге дейін жетеді. Өсімдіктер бірнеше ярус болып өседі де, ағаштарды эпифиттер жауып тұрады. Жануарлардың түрлері мен саны өсімдік массаларына байланысты болады да, экваторға жақындаған сайын артыпотырады. Ормандарда жануарлар әртүрлі ярусқа орналасады. Организмнің құрылысы әртүрлі болған кезде, яғни түрлер бірлесіп тіршілік ету жағдайына түрліше дәрежеде бейімделгенде тіршілік ең жоғары тығыздыққа жетеді. Сондықтан да түрлер қоректену тізбегі арқылы байланысқан биогеоценоздарда тіршілік тығыздығы өте жоғары болады. Қоректену тізбегі шырмала келіп, бір буыннан екінші буынға химиялық элементтер мен энергияны беруде күрделі тор түзеді. Организмдер арасында кеңістік, корек, жарық, оттегі үшін қатаң күрес жүріп жатады. Құрлық биомассасына адамның ықпалы зор. Оның әсерінен биомасса өндіретін жер көлемі азаяды. Бұл жер мен суқоймаларды өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығының мұқтаждығы үшін тиімді пайдалануды талап етеді.

Топырақ биомассасы.Құрлыктың бетін түгелдей топырақтың ерекше биогеоценозы жауып тұрады. Топырақ өсімдіктердің тіршілігі үшін кажетті орта ғана емес, сонымен катар әртүрлі өте ұсақ тірі организмдер биогеоценозы. Топырак жер кыртысының атмосфера мен организмдер өзгертіп тұратын және органикалық қалдықтармен үнемі толықтырылып отыратын борпылдақ беті. Тірі органикалық заттар жердің бетінде пайда болды, органикалық заттардың іріп-шіруі, олардың минералдануы негізінен топырақта өтеді. Топырақ организмдер мен физикалық, химиялық факторлар әсерінен пайда болған. Жер бетіндегі биомассамен катар биомасса әсеріне байланысты топырак калыңдығы полюстерден экваторға қарай өсіп отырады. Солтүстік ендіктерде карашіріктің маңызы ерекше, оның қалыңдығы күлгін топырақтарда 5-10 см, ал қара топыракты жерлерде 1-1,5 м. Әртүрлі топырактың өзіне тән биогеоценоздары болады. Олар ағаш, бұта, шөптесін өсімдіктердің терең топырақтың қабаттарында орналаскан тамырларынан құралады. Бунақденелілер мен личинкалар топырақты ойып, қазып, тесіп, көп жұмыс атқарады. Ч. Дарвиннің бақылауы бойынша жауынқұрттар топырақты ішегі арқылы өткізе отырып, жер бстіне жыл сайын әр гектарға қалыңдығы 0,5 см, массасы 25 т топырак қабатын түзеді.

Сурет - Биомассаның қурлық бетіне таралуы

 

Топырақта тірі организмдер тығыз орналасқан. Саздау топырақтың әр гектарындағы тек жауынқұрттардың ғана биомассасы 1,2 тоннаға немесе 2,5 млн. особьқа жетеді. 1 г топырақтағы бактериялардың саны жүздеген миллионға тең. Жаңбырдан, қардың еруінен пайда болған су оны оттегіне байытып, минералды тұздарды ерітіп отырады. Еріген заттардың біразы топырақта қалып қояды да, біразы өзендер мен мұхиттарға құйылады. Топырақ капилляр арқылы көтерілген жерасты суын буға айналдырады. Ерітінділер айналымы өтіп, топырақтың түрлі қабаттарына тұз шөгеді.

Топырақта газ алмасуы болып тұрады. Түнде газ суынып, көлемі сығылған кезде топыраққа біраз мөлшерде ауа енеді. Ауа құрамындағы оттегін жануарлар мен өсімдіктер сіңіреді де, химиялық қосылыстардың құрамына өтеді. Топыраққа ауамен бірге енген азотты кейбір бактериялар бойына сіңіреді. Күндіз топырақ қызғанда мынадай газдар: көмірқышқыл газы, күкіртсутек, аммиак бөлініп шығады. Топыракта өтетін барлық процестер биосферадағы заттар айналымына кіреді.

Адамның шаруашылық әрекетінен (ауылшаруашылық өндірісін химияландыру, мұнай өнімдерін өңдеу және т. б.) топырақта тіршілік етіп, биосферада маңызды роль атқаратын организмдер жаппай қырылады. Топырақты күтіп, оны тиімді пайдалану және ластанудан қорғау қажет.

Әлемдік мұхит биомассасы. Жер гидросферасы - әлемдік мұхит бүкіл планетаның 2/3 бөлігін алып жатыр. Ондағы су көлемі теңіз деңгейінен жоғары тұрған құрлықтан 15 есе артық.

Су организмдер тіршілігі үшің өте қажет. Оның жоғары жылу сіңіргіштігі арқасында мұхиттар мен теңіздердің температурасы едәуір тұрақты болады да температурада қысы-жазы күрт өзгеріс біліне қоймайды. Судың жылу өткізгіштігі ауаныкінен 20 есе артық. Мұхит тек полюстерде ғана қатады, бірақ тірі организмдер мұз астында тіршілік ете береді.

Су - жақсы еріткіш. Мұхит суының құрамында минералдық тұздар болады, онда 60-қа жуық химиялық элементтер кездеседі. Ауадан өтетін оттегі мен көмірқышқыл газ ериді. Суда тіршілік ететін жануарлар да тыныс алған көмірқышқыл газын бөледі, ал балдырлар фотосинтез процесінде суды оттегіне байытады.

Мұхит суының физикалық қасиеттері мен химиялық құрамы бір қалыпты болады да, тіршілік үшін қолайлы. Балдырлар фотосинтезі негізінде судың 100 метрге дейінгі беткі қабатында жүреді. Мұхит бетінің бұл қабаты микропланктон (грекше: «планктос» - кезеген) түзетін, өте ұсақ бір клеткалы балдырларға толы болады.

Бүкіл планетада өтетін фотосинтездің 1/3 бөлігі мұхиттың үлесіне тиеді. Мұхит бетіндегі балдырлар - жарық энергиясын химиялық реакция энергиясына айналдыратын трансформаторлар.

Мұхит жануарларының қоректенуінде планктонның ерекше маңызы бар. Ескекаяқты ұсақ сушаяндары балдырлар және қарапайымдармен қоректенеді. Бұларды майшабақ пен басқа да балықтар жейді. Майшабақ жыртқыш балықтар мен шағалаларға жем болады. Мұртты кит теқ планктонмен ғана қоректенеді.

Мұхитта планктон және еркін жұзіп жүретін организмдерден басқа дасу түбінде бір нәрсеге бекініп және жорғалап жүріп тіршілік ететін организмдер өте көп. Су түбінде тіршілік етушілер бентос (грекше: «бентос» - су түбінде жатушы) деп аталады.

Мұхитта планктондық, жағалық, су түбінде тіршілік ететін организмдердің өте көп болатыны байқалады. Рифтер мен аралдардан құралатын маржан колониясы да топтасқан тірі организмдерге жатады. Мұхит биомассасы шашыраңқы орналасады. Балықтар, теңіз сүтқоректілері мен кальмарлар судың түбінде жүзіп жүреді.

Мұхитта әсіресе оның түбінде органикалық заттарды бейорганикалық заттарға айналдыратын бактериялар таралған. Өлген организмдер біртіндеп мұхит түбіне шөгеді. Олардың көпшілігінің сырты кремний немесе әк қабықшалармен, сондай-ақ әк бақалшақпен қапталған. Мұхит түбінде олар шөгінді жыныстар кұрайды. Мәселен, осында 100 млн. жыл бұрын Орталық Еуропаны алып жатқан теңіздің орнынан әктас, бор табылған. Одан өте ертеде тіршілік еткен жануарлардың (тамыраяқтылардың және т. б.) өте ұсақ бақалшақтарын көруге болады.

Әлемдік мұхитта құрлыққа қарағанда тірі биомасса 1000 есе аз. Күн энергиясы мұхит айдынында - 0,04%, құрлықта - 0,01% пайдаланылады. Бұрынғы айтып жүрген болжамдағыдай, мұхит тіршілікке онша бай болмай шықты.

Қазіргі кезде бірқатар елдерде мұхит суын тұщыландыру, одан металдар алу және онда тіршілік етуші неғұрлым бағалы жануарларды қорғау, мұхиттың қоректік байлықтарын мейлінше толық пайдалану проблемалары шешіліп отыр.

Гидросфера бүкіл биосфераға күшті әсер егеді. Құрлық пен мұхит беті тәуліктік және маусымдық ауытқуы атмосферадағы жылылық пен ылғалдылықтың ауысып тұруына себепші болады да, бүкіл биосферадағы климат пен заттардың айналымына әсер етеді.

Адамның теңіз түбінен мұнай өндіру, оны танкерлермен тасылмалдау секілді әрекеттері әлемдік мұхиттың ластануы мен оның биомассасының азаюына әкеліп соғады. Ендеше, суды ластанудан қорғау шараларын сақтау қажет.

Адамның планета биомассасына тигізетін әсері.Адамзат биосфераның шағын ғана биомассасы болғанымең, оған күшті әсер етеді. Адам санының ұдайы өсуі, табиғи ортаға ғылыми-техникалық ыкпалдың тездеуі нәтижесінде адамзат әрекетінің көлемі ұлғаюда.

Адамзат табиғатты пайдалану процесінде жыл сайын планетамызда 4 трлн. тоннадан астам заттардың орнын ауыстырып, жаңадан мыңдаған химиялық қосылыстар жасайды, олардың көпшілігі зат айналымына қосылмай, ең ақырында биосферада жиналып, оны ластайды. Өнеркәсіп әрекетінің нәтижесінде табиғи орта ластанып, ірі географиялық аймақтардағы күн радиациясының деңгейі кемиді.

Биосфераның дамуында адам өзінің шаруашылық әрекетін осынау алып экожүйеде қалыптасқан заңдылықтарды бұзбайтындай биомассаны азайтпайтындай етіп жоспарлайтын кезең туды.

 

3. Биосферадағы зат айналымы және энергияның өзгеруі

 

Зат айналымы. Биосфераны түзген және оның тұрақтылығы мен біртұтастығын қамтамасыз еткен негізгі биологиялық зат айналымы тұтастай алғанда бүкіл биомассаның тіршілік әрекетімен байланысты.

Күннің жарық энергиясын сіңірген жасыл өсімдіктер бейорганикалық заттардан органикалық заттар - бүкіл планетадағы жануарлар, саңырауқұлақ; бактерияларға қажетті бастапқы өнім түзеді. Жануарлар бастапқы өсімдік өнімін ақырғы өнім - жануарлар өніміне айналдырады. Бактериялар мен саңырауқұлақтар бастапқы өсімдік және ақырғы жануарлар өнімін минералдық заттарға дейін ыдыратады.

Жер бетінде тіршіліктің болуын қамтамасыз ететін биологиялық зат айналымының негізін Күн энергиясы мен жасыл өсімдіктер хлорофилі құрайды. Қалған зат айналымдары биологиялық зат айналымымен байланысты және оған септігін тигізеді. Кез келген биогеоценозда әр түрлердің популяциялары арасындағы өзара қарым-қатынас өте күрделі және қарама-қайшы болып келеді. Жануарлар мен өсімдіктер бір-бірімен қоректену тізбегі арқылы және қоршаған өлі табиғатпен (жарық, су, жылу, ауа, химиялық элементтер) тұрақты зат алмасуы арқылы байланысады. Осы арқылы олар әрбір биогеоценозда жәңе бүкіл биосферада өтіп жататын зат айналымына қатысады.

Биосферада үнемі су мен тірі организмдер құрамына кіретін барлық элементтер айналымы болып тұрады. Бұл процесс ондаған миллион жылдарға созылады. «Тұтас алып қарағанда жер бетінде тірі организмдердей мейлінше жұдіретті, сондықтан да өзінің ақырғы нәтижесі тұрғысынан қарағанда, мейлінше тұрақты ықпал жасайтын химиялық күш жоқ» (Вернадский).

Жер планетасындағы зат айналымында тірі зат немесе биомасса биогеохимиялық, газдық, концентрациялық, тотығу-тотықсыздану және биохимиялық қызмет атқарады.

Газдык, қызмет фотосинтез процесі кезінде оттегін бөліп шығаратын жасыл өсімдіктер, сол сияқты тынысалу кезінде көмірқышқыл газын бөліп шығаратын өсімдіктер мен жануарлар, азотты, күкіртсутекті және т. б. қалпына келтіретін көптеген бактериялар арқылы жүзеге асады.

Концентрациялыққызметі тірі организмдердің химиялық элементтерді (сутегін, көміртегін, азотты, оттегін, натрийді, марганецті, магнийді, алюминийді, фосфорды, кремнийді, калийді, кальцийді, күкіртті, темірді) «қабылдауынан» және йод, радий секілді жекелеген түрлерді жинақтауынан байқалады.

Тотығу-тотықсыздану қызметі топырақтағы және гидросферадағы организмдердің көмегімен заттарды тотықтыру, сөйтіп тұз, оксидтер түзу, заттарды (күкіртсутек, күкіртті темір және басқалар) қалпына келтіру арқылы пайда болады. Әктас, боксит руда және т. б. жер қыртысында бактериялардың әрекеті нәтижесінде түзіледі.

Биохимиялыққызмет коректену, тынысалу және көбеюге, өлген организмдердің ыдырауы мен шіруіне байланысты. Бұлардың бәрі атомдардың биогендік миграциясынан байқалады.

Адамның іс-әрекеті мен осы әрекет нәтижесінде өнеркәсіптің бөліп шығаратын және пайдаланатын химиялық элементтер айналымы ерекше орын алады.

Атомдардың биогендік миграциясы.Биосферада бір организмнен екіншісіне, өлі табиғатқа және қайтадан организмге өтіп отыратын активті элементтердің тұрақты айналымы болады. Бұл Жердегі сулы ортада (элементтердің еруі, топырақтағы ыза және жер бетіндегі суда ертінділердің қозғалуы) және атмосферада (газ тәрізді қосылыстар мен су буларының қозғалуы) болып жататын физикалық-химиялық өзгерістерге ұқсамайтын биогендік миграция. Микроорганизмдер босатып шығарған элементтер шіру кезінде топырақ пен атмосфераға өтіп, биосферадағы зат айналымына кіріседі, оларды тірі организмдер пайдаланады.

Биосфера заттарының айналымында тірі организмдердің кұрамына белгілі бір элементтер (көміртегі, азот, сутегі, оттегі, күкірт) кіреді. Олар өлі табиғаттан өсімдіктер құрамына, өсімдіктерден - жануарлар мен адамға өтеді. Атомдар бір организмнен екінші организмге ауысып, тіршілік шеңберінде жүз миллиондаған жылдар бойы жүре береді, бұл жағдайды изотоптар туралы кейінгі кездерде алынған мағлұматтар дәлелдеп отыр. Органикалық қосылыстар құрамына элементтердің белгілі изотоптары кіреді. Сутегінің үш изотобынан - 'Н, ²Н, ³Н - біріншісі ғана активті болады, өйткені ол екіншісіне қарағанда реакцияға- 6 есе тезірек түседі. Табиғатта оттегінің үш изотобы бар, олар: ¹⁶О, ¹⁷О және ¹⁸О. Ең жеңіл оттегі ¹⁶О судың құрамына кіріп, фотосинтезге қатысады. Органикалық заттардың құрамына ¹²С кірсе, бейорганикалық процестерге ¹³С қатысатыны белгілі.

Тірі организмдерде химиялық элементтердің жинақталуы, сондай-ақ өлі организмдердің ыдырауы нәтижесінде олардың босап шығуы - биогендік миграцияға тән қасиет. Биогеоценоздың әрқайсысынан элементтердің биологиялық айналымын – олардыңжинақталуы мен минералдануын байқауға болады. Жасыл өсімдіктер бар жағдайда құрлық бетінде және теңіздің үстіңгі қабаттарында тірі заттардың пайда болуы олардың минералдануынан басым келеді. Жер шарындағы өсімдіктер атмосфера мен гидросферадағы көмірқышқыл газынан көміртегін алады. Топырақ пен теңіздің терең түбінде минералдану басым болады. Организмдердің (бактериялардың, споралардың, тұқымдардың, бунақденелілердің, құстардың және т. б.)і таралуы мен қозғалуы атомдардың миграциялануына себепші болады. Құстар, балықтар мен бунақденелілер алысқа миграция жасап, химиялық элементтерді де тасымалдайды. Өсімдіктер мен жануарлардың бір-біріне тіршілік үшін қажетті элементтерді беріп отыратын өзара күрделі карым-қатынастарының тізбегін барлық биогеоценоздардан көруге болады.

Сурет - Табиғаттағы азот айналымы

 

Биогендік миграция үш тіршілік процесінен тұрады: организмдердегі зат алмасуы, олардың өсуі және көбеюі.

Атомдар биогендік миграциясының екі тегі болады: біріншісі микроорганизмдерді, екіншісі - көпклеткалы организмдерді туғызады. Бірінші тектегі атомдардың миграциясы екіншісінің миграциясынан асып түседі. Адам баласы өзінің әрекеті әсерімен өтетін атомдар миграциясының үшінші тегін игереді.

Микроорганизмдердің зат айналымындағы ролі. Микроорганизмдердің атмосферада, литосферада, гидросферада таралуы, олардың көбею жылдамдығы және зат айналымына әсер ететін тіршілік әрекеті биосферада орасан зор роль атқарады.

Кейбір бактериялардың споралары - 253°С температурада тіршілік қабілетін сактай алады. Кішкентай және жеңіл микроорганизмдер мен олардың споралары тропосфера шегінен де жоғары көтеріледі. Бактериялардың таралуы олардың көбею жылдамдығына байланысты. 1 г бактерияның құрамында 600 миллиардтан астам особьтар болады. Қоректік заттар бар бола тұрып, ешбір кедергісіз көбейген жағдайда, бір бактериядан тараған ұрпақ 5 тәулік ішінде бүкіл Әлемдік мұхитты толтырған болар еді. Микроорганизмдер өте тез көбейе алатындықтан аса зор генетикалық өзгергіштік пен бейімделушілікке ие болады.

Қоректенуіне және энергияны пайдалануына карай бакгериялардың түрлері төмендегіше болады: химиялық қосылыстардың (темірбактериялар, күкіртбактериялар, азотбактериялар және т. б.) энергиясын пайдаланатын хемосинтездеуші бактериялар; органикалық (сүтқышқылды, майқышқылды сіркеқышқылды, шіріткіш, т. б.) заттарды қорек ететін сапрофит бактериялар; тірі организмдермен қоректенетін паразит бактериялар (туберкулез, оба, тырыспа, сүзек, т. б. ауруды тудырады). Бактериялардың тіршілік әрекетінің бір жакты «мамандануының» салдарынан бір бактериялардың орнын екінші бактериялар басып отырады. Мысалы, сүтқышқылының ашу процесінде сүтте: алғашында шіріту және майқышқылы бактериялар көп болады; одан соң сүтқышқылының жиналуына қарай аса қышқылдыққа төзе алмай олар қырылып қалады да, орнына сүтқышқылды бактериялар мекендейді. Бірақ осыдан кейін олар да қантты тотықтырып, түзген сүт қышқылды ортада тіршілігінен айрылады. Топырақ ішінде шіріту бактериялары органикалық қалдықтарды шірітіп, аммиак бөліп шығарса, бактериялардың басқа бір түрлері оны азотты қышқылға соңынан азот қышқылына айналдырады.

Нитрлеуші (аэробты) және басқа бактериялар топырақта азот қосылыстарын жинайды ал денитрлеуші (анаэробты) бактериялар ауаға азот бөліп шығарады

Л. Пастер бактерияларды «табиғаттың ұлы тажалдары» деп атады. Минут сайын миллиондаған организмдер өліп жатады. Өсімдіктер мен жануарлардың өлген денелерінің шіруі - биосферадағы орасан зор процесс, осы процесс нәтижесінде күрделі органикалық қосылыстар қайтадан жай минералды затқа айналады. Шіру кезінде атмосфераға көп мөлшерде көмірқышқыл газ бен сутегі бөлініп шығады. Егер жасыл өсімдіктер органикалық заттарды түзуші, жануарлар оларды қорек етуші десек, микроорганизмдер негізінен сол органикалық заттарды бүлдіруші болады. Микроорганизмдер биосферадағы геохимиялық процестер мен зат айналымына сондай-ақ заттарды зат айналымынан шығарып, олардың жер қыртысында кор түзуіне кеңінен қатысады.

Биосфера және энергияның өзгеруі. Жердегі заттар тіршілік жағдайларына ғана тәуелді болып қоймай, биосферада болып тұратын барлық химиялық процестерді қамтып, қайта құрып отырады, биосфераға бір жағынан энергия келіп жатса, сол сәтте ол екінші жағынан ысырап болып жатады. Жердің энергетикалық балансының ең негізгі көзі -Күн және радиоактивтік энергиялар. Жер эволюциясы барысында радиоактивтік заттар үнемі ыдырап, осыдан 3 млрд. жыл бұрын радиоактивті жылу 18 есе көп болған. Қазіргі уақытта Жерге түсетін Күн сәулесінің жылуы ішкі жылудан әлдеқайда көп.

Жер тіршілігінде үздіксіз келіп тұратын Күн энергиясы: 10,5•10²⁰ кДж/жыл (2,5 -10²⁰ ккал/жыл) негізгі роль атқарады. Күн энергиясының 42%-і жерден шағылысып, әлем кеңістігіне кетеді, 58%-і атмосфера мен топыраққа сіңеді. Осы мөлшердің 20%-і Жерден сәулеленіп қайта шығады, ал 10%-і Әлемдік мұхит суын буға айналдыруға жұмсалады. Күн энергиясы жасыл өсімдіктер денесіне жиналып, басқа организмдерге өтеді.

Жер шарындағы жасыл өсімдіктер жылына 100 млрд. тоннадай органикалық зат түзіп, олар арқылы жылына 1,8Х10¹⁸ кДж-ге (45Х10¹⁷ ккал) жуық энергия жинап алады. Сонда олар 1,7Х10⁸ тоннадай көмірқышқыл газын сіңіріп, шамамен 11,5Х10⁷ тоннадай оттегін бөліп шығарады және 16Х10¹³ т суды буға айналдырады. Күн, оның жарық сәулелері - Жердегі энергия көзі, ол энергияны фотосинтез процесінде өсімдіктер пайдаланып, органикалық зат жасап, оттегін бөліп шығарады. Органикалық заттардың пайда болуы - эндотермиялық процесс, олардың тотығуы - экзотермиялық процесс. Жасыл өсімдіктерде болатын фотосинтезбен қатар, Жерде мөлшері жөнінде онымен қатар шамалас, органикалық заттардың тотығу процесі де болып тұрады, бұл тынысалу, ашу, шіру процестері, одан жылу энергиясы, су және көмірқышқыл газы бөлініп шығады. Олардың біразы жер қыртысындағы организмдер қалдығы - көмір, мұнай, сапропель (лай) және шымтезек құрамында сақталып келген.

Күн энергиясы Жерде көлемі жағынан өте үлкен климаттық, геологиялық және биологиялық процестер тудырады. Биосфераның әсерімен ол әртүрлі энергия формаларына айиалып, көлемі мен жылдамдығы жағынан үлкен миграцияға ұшырататын заттар айналымына, биомассаның көбейіп, таралуына әкеліп соғады. Оны мына есептен көруге болады. Өсімдік фотосинтезі болмаса, 100 жыл ішінде ауа құрамындағы көмірқышқыл газ мөлшері орасан көбейіп, адам мен жануарлар қырылып қалар еді.

Биосферада 2 млрд. жылдан бері өзгерістер болып келеді. Биосфера бүкіл жер шарын қамтиды. Оның құрамына әр алуан экожүйелердің (биогеоценоздардың) барлығы енеді.

Биосфера - Жердегі барлык, тірі заттар мен химиялық элементтер айналымының жүйесі, бірақ ол ашық жүйе, өйткені оған сырттан үздіксіз күн энергиясының ағымы келіп жатады.

Әдебиет: Жалпы биология. Алматы, 1991. -Б.14-15.