Людина й середовище її існування

1.1. Поняття про біосферу

У будові земної кулі виділяють зовнішні оболонки — атмос­феру й гідросферу, та внутрішні — літосферу (земну кору), мантію та ядро. Земля має геосфери, тобто концентричні оболонки, з яких вона складається. Геосфери мають свої структури, фізичні та хімічні властивості. Крім того, виділяють ще географічну оболонку Землі (епігеосферу) — комплексну оболонку землі, яка існує в шарі взаємодії атмосфери, гідросфери, літосфери й біосфери.

Біосфера (грец. bios — життя, spharia — куля, сфера) — оболонка нашої планети, в якій розвивається життя різноманітних організмів, що населяють воду, повітря, сушу, ґрунт. Вона охоплює нижню частину атмосфери (аеробіосферу) до висоти 25—
30 км (до озонового шару), усю гідросферу (гідробіосферу), тобто річки, моря, океани тощо, верхню частину земної кори (террабіосферу) до глибини 3—5 км і верхні шари літосфери (літобіосферу). Згідно з останніми даними, товщина біосфери становить 40—50 км. Біосфера — активна оболонка Землі, у якій сукупна діяльність живих організмів виявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу, що є основою середовищеутворювання. Під терміном і поняттям «біосфера» розуміють як живі організми («живу речовину»), так і середовище їх існування.

За своєю структурою біосфера є результатом взаємодії живої й неживої матерії. Найважливішими компонентами біосфери є:

¾ жива речовина (рослини, тварини й мікроорганізми);

¾ біогенна (нежива) речовина (органічні та органікомінеральні продукти, створені живими організмами впродовж геологічної історії — кам’яне вугілля, нафта, торф тощо);

¾ косна речовина (гірські породи неорганічного походження й вода);

¾ біокосна речовина (продукти синтезу живого й неживого, тобто опадові породи, ґрунт, мул).

Жива речовина має специфічний хімічний склад. У ній переважають водень (10 %), вуглець, кальцій, азот (1—10 %), кисень (65—70 %), сірка, калій, хлор (0, 1—1 %). Загальну масу живої речовини оцінюють у (2, 4—3, 6)× 10¹² тонн. Усі компоненти біосфери тісно взаємозв’язані.

Особливістю біосфери є її цілісність та наявність життя. Жива речовина Землі — це найпотужніша сила в біосфері, яка матеріально та енергетично визначає її функції. У результаті безперервної взаємодії (обміну) між компонентами біосфери під впливом живої речовини змінюються як організми, що її населяють, так і середовище, в якому вони живуть. Завдяки живій речовині підтримується взаємозв’язок і взаємозумовленість усіх компонентів біосфери.

Живі організми в біосфері та середовище їх життєдіяльності органічно зв’язані й постійно взаємодіють, утворюючи цілісну динамічну систему, що існує завдяки кругообігу речовин.

Цей багатосторонній і різноманітний зв’язок визначає біосферу як гігантську екологічну систему, в якій людина є, з одного боку, біологічною частиною всієї системи, а з іншого — активним її перетворювачем. Біосфера скінченна, вона має певні визначені геометричні розміри й біологічні можливості. Тому не можна взяти від природи більше, ніж вона може дати.

Наростаюча технічна та енергетична озброєність людства негативно впливає на збалансованість процесів, що проходять у біосфері. Тому сьогодні глобальним завданням є визначення та здійснення допустимих меж впливу на біосферу з метою уникнення екологічної катастрофи. Непродумана виробнича діяльність не тільки підриває основу стійкості та організованості біосфери, а й може призвести до тяжких наслідків.

Кінцева мета людини стосовно біосфери — управління всіма найважливішими процесами, що відбуваються в екологічних системах, тобто перетворення біосфери в ноосферу — сферу розуму.

Ноосфера — вища стадія розвитку біосфери, що характеризується збереженням усіх природних закономірностей, притаманних біосфері, більш високому рівню розвитку господарських сил, наукової організації впливу суспільства на природу, з максимальними можливостями суспільства задовольнити матеріальні та культурні потреби людства.

У науці про ноосферу В. І. Вернадський виокремив думку про те, що геохімічні функції людства характеризуються не його масою, а його виробничою діяльністю. Темп, напрям, характер використання людством біогеохімічної енергії мають визначатися не потребами, а розумом людини. Він, зокрема, писав: «Людство загалом стає потужною геологічною силою. І перед ним, перед його думкою й працею постає питання про перебудову біосфери. Цей новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наб­лижаємось, і є ноосферою».

Ноосфера — не суспільство, що існує в певному середовищі, це не просто природне середовище, що зазнає сильного впливу людства, а єдине ціле, у якому поєднується суспільство, що розвивається, й перетворене природне середовище. Виникає цілком новий об’єкт, в якому переплітаються закони неживої й живої природи, суспільства й мислення. Ноосфера — новий стан біосфери, що ґрунтується на універсальному зв’язку природи й суспільства, за якого подальшу еволюцію планети Земля спрямовує Розум.

Перехід біосфери в ноосферу розпочався з появою суспільства, розвитку науки й техніки. Нині ноосфера перебуває на етапі становлення.

Завершуючи визначення поняття «біосфера», необхідно сказати, що вона може існувати без людини, водночас життя людини поза біосферою неможливе. Загалом біосфера є глобальною екологічною системою («екосистемою»), а її складові частини — локальними екосистеми.

Наявність атмосфери є необхідною умовою життя на Землі. Кисень в атмосферному повітрі потрібний живим організмам для дихання, а вуглекислий газ — рослинам для розвитку. Озон пог­линає в стратосфері ультрафіолетові промені, які у разі проникнення на земну поверхню в значних кількостях негативно впливали б на живі організми.

Особливо важливою є участь атмосфери в кругообігу води на Землі, перенесенні водяної пари повітряними масами та її послідовна конденсація й випадання у вигляді опадів.

Атмосфера є непоганим передавачем звуку. Крім того, розсію­ючи світло, вона освітлює ділянки земної кулі, куди не потрапляють прямі сонячні промені. Невичерпна енергія вітру відкриває можливість для розвитку вітроенергетики. Людина користується атмосферою для повітряних сполучень, адже швидкість літака значно більша, ніж потягу або пароплава. Нарешті, верхні шари атмосфери — іоносфера, дає людству можливість користуватися далеким радіозв’язком на коротких хвилях.

Атмосфера (грец. аtmos — повітря, spharia — куля, сфера) — природна зовнішня газова (повітряна) оболонка Землі. Вона сягає від поверхні Землі на висоту 1500—2000 км. Різкої верхньої межі атмосфера не має й на значних висотах (майже 20 000 км) переходить у міжпланетне середовище. Її вертикальна протяжність становить близько трьох земних радіусів (середній радіус Землі — 6371 км), а загальна маса атмосфери 5, 27× 10¹⁵ тонн при масі Землі близько 6·10²¹ тонн, тобто менше однієї мільйонної частки маси Землі. Майже 99 % маси атмосфери зосереджено в шарі, розташованому від земної поверхні на висоті 30—35 км. Вона забезпечує фізіологічні процеси дихання, регулює інтенсивність сонячної радіації, захищає живі організми від шкідливої дії космічного випромінювання, утворює клімат планети, підтримує середню температуру поверхні Землі близько +14 °С, є джерелом атмо­сферної вологи, а також середовищем, куди видаляються залишкові газоподібні продукти життєдіяльності людей та інших живих істот — вуглекислий газ тощо. Нижня її частина — тропосфера (до 8—15 км від поверхні Землі) є місцем існування аеробіонтів і формування аеробіосфери. Атмосферне повітря в товщі літосфери називають підземною тропосферою.

Через атмосферу проходить фотосинтез та обмін енергії в біосфері. Склад, температура, рух повітряних мас в атмосфері — необхідні умови існування всіх живих організмів на Землі.

Для атмосфери характерна стійка саморегуляція якісного стану. Якість атмосфери, як і інших компонентів біосфери, — узагальнений показник, який свідчить про такий її стан, за якого забезпечується постійний обмін речовини та енергії між живими й неживими компонентами природи, що й зумовлює постійне й безперервне відтворення життя на Землі.

Атмосфера складається із суміші різних газів, яку називають повітрям. Основними компонентами цієї суміші є азот (78 %) і кисень (21 %). У невеликій кількості до складу атмосферного повітря входять аргон, неон, гелій, криптон, водень, озон, ксенон (табл. 1.1).

У складі повітря є гази, такі як водяна пара, вуглекислий газ, метан, окисли азоту та сірки. Крім того, в ньому постійно знаходиться велика кількість дуже маленьких рідких і твердих частинок пилу, диму, сажі, кіптяви, солей, води. У 1 см³ повітря містяться десятки, а в промислових центрах сотні тисяч пилинок.

Атмосферний пил має різне походження. Найбільша його кіль­кість піднімається вітром з поверхні землі. Багато пилу надходить в атмосферу під час вулканічних вивержень, а також руйнування метеоритів.

Завислі в повітрі тверді та рідкі домішки мають велике значення для перебігу різноманітних явищ і процесів, які протікають в атмосфері. Особливо важливу роль відіграють частинки гігроскопічних речовин (наприклад, частинки солі), які служать ядрами конденсації. Завдяки ним водяна пара стає густішою й утворюються краплі води.

Гази й частинки можна розглядати як газові домішки атмо­сферного повітря. Їхня кількість змінюється залежно від місцевості, пори року, погоди, висоти та інших чинників.

Найважливішою змінною складовою частиною атмосфери є водяна пара, кількість якої на поверхні Землі коливається в значних межах: від 0, 2—0, 3 % за низьких температур над сушею
(у полярних районах), до 3—4 % за високих температур над екватором (тропіками). Водяна пара потрапляє в атмосферу в результаті випаровування води з поверхні водойм і ґрунту. Основну її масу зосереджено в тропосфері.

Однією з важливих змінних складових частин атмосфери є вуглекислий газ, кількість якого за останні 100 років зросла приб­лизно на 10 %. Він поглинає теплове випромінювання Землі, створюючи так званий «парниковий ефект».

З віддаленням від поверхні землі атмосфера стає все більш розрядженою й поступово переходить у міжпланетний простір, тому яскраво вираженого зовнішнього кордону атмосфера не має. Раніше умовним кордоном атмосфери вважали ту найбільшу її висоту, на якій спостерігалися будь-які відомі метеорологічні явища.

Залежно від характеру й причин фізичних процесів, що проходять в атмосфері, вона може бути поділена на кілька горизонтальних шарів. В основу такого поділу покладено відмінності у складі повітря, характер взаємодії атмосфери із земною поверхнею й розподіл температури повітря з висотою.

За складом повітря атмосфера поділяється на гомосферу («гомо» — людський) і гетеросферу («гетеро» — різний). У гомосфері (шар від земної поверхні до висоти приблизно 90—100 км) у зв’язку з турбулентним переміщуванням склад сухого повітря, його молекулярна маса з висотою майже не змінюється. У гетеросфері (шар атмосфери вище 90—100 км), що складається з молекул азоту N₂ і кисню О₂, а також атомів О, Не, Н, під дією дифузного розподілу газів і процесу дисоціації молекул склад повітря змінюється: поступово збільшується вміст кисню та змен­шується молекулярна маса. Під час дисоціації гази переходять в атомарний стан. Частина молекул і газів при цьому отримують електричний заряд.

За цим самим принципом в атмосфері виділяють озоносферу (шар щонайбільшої концентрації озону на висоті 20—25 км) та іоносферу. Остання складається з кількох шарів (D — на висоті близько 60 км, Е — на висоті 90—120 км, F — на висоті майже 180 км) з підвищеною концентрацією іонів.

Таблиця 1.1