«Биологиялық экология» пәнінің оқу-әдістемелік материалдары №3 басылым ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені

Фотосинтез есебінен атмосферада оттегі жиналады. Жердің дамуының ертедегі кезендерінде атмосферада басқа газдар басым болады: сутегі, метан, аммиак, көмірқышқыл газы оттегіден озон қабаты пайда болды. Бұл газдың молекулалары оттегінің үш атомынан тұрады (О₃), ол ультракүлгін сәулелердің молекулалық оттегіне әсер етуі нәтижесінде түзіледі. Тіршіліктің өзі ультракүлгін сәулелердің басым бөлігін ұстап қалатын атмосфераның қорғаныштық қабатын жасады.

Қазіргі атмосферадағы көмірқышқыл газының көп бөлігі тірі ағзалардың тыныс алуы немесе органикалық отынның жануы нәтижесінде түзілген.

Атмосфералық азот та тіршіліктің нәтижесі, ол бірқатар топырақ бактерияларының белсенді әрекетінен түзілген.

Атмосфералық азот та тіршіліктің нәтижесі, ол бірқатар топырақ бактерияларының белсенді әрекетінен түзілген.

Тірі ағзалардың әсерінен көптеген Жердегі тау жыныстары пайда болды. Ағзалар жекеленген элементтерді қоршаған ортада олардың мөлшерінен анағұрлым көп шамасын тандамалы түрде сіңіріп, өз денесінде жинай алады. Мысалы, көптеген теңіз жануарлары өздерінің қаңқасында кальций, кремний немесе фосфорды жинап, өлгеннен соң су түбінде шөгінді жыныстарды: ізбес тас, бор, фосфориттер т. б. түзеді. Олар органогенді элементтер деп атайды.

Тіршіліктің әсерінен құрлықтың бетінде топырақ қабаты қалыптасқан. Топырақтағы минералдық компоненттер, ыдырап жатқан органикалық заттар мен көптеген микро және макроорганизмдердің бір-бірімен тығыз байланыстылығы сонша, В.И. Вернадский оны ерекше, табиғаттың биокосты заты деп атады. Әлемдік мұхиттың суларында да осындай биокосты заты болады.

Тірі ағзалар құрлықтың тау жыныстарының желденуі мен бұзылуында ерекше роль атқарады. Олар өлі органикалық затты негізгі ыдыратушылар.

Тіршілік Жердің атмосферасын, мұхиттың суының құрамын өзгертіп, өзен қабатын, топырақ, көптеген жыныстарын жасады.

Тау жыныстарының желдену жағдайлары өзгеріп, өсімдіктер жасайтын микроклимат үлкен рол атқара бастайды, Жердің климаты да өзгерді.

Тіршілік биосферадағы биологиялық зат айналымын жүзеге асыра отырып, өзінің және адамның тіршілік етуіне қажетті тұрақты жағдайларды қамтамасыз етеді.

Тірі ағзалар биосферада маңызды биогенді элементтердің зат айналымын жүзеге асырады. Олар кезектесіп тірі заттан бейорганикалық материяға өтіп отырады. Бұл циклдер екі негізгі топқа бөлінеді: газдардың айналымы және шөгінді заттар айналымы. Біріншісінде элементтердің негізгі көзі - атмосфера (көміртегі, оттегі, азот), екіншісінде - таулы шөгінді жыныстар (фосфор, күкірт және т.б.) болып табылады.

Осы кезеңде биосферадағы көміртектің жалпы массасы шамамен 4000 Гт. Оның 1000 Гт биомасса үлесіне жатады. Биосферадағы жылдық нетто-биоөнімінің мөлшері көміртекпен есептегенде 90-100 Гт. Осы мөлшерде көміртек дем алу және ыдырау (деструкция) процестерінде де бөлініп отырады. Сонымен, көміртекпен есептегенде биосфера биомассасының жаңару мерзімі 10 жылды құрайды.

Көміртек айналымы жасыл өсімдіктер мен кейбір микроорганизмдердегі фотосинтез процесіне атмосфералық көмірқышқыл газын бекітуден басталады. Өсімдіктер бекіткен көміртек бөлігін жануарлар пайдаланып, көмірқышқыл газын бөледі. Тіршілігін жойған өсімдіктер мен жануарлардың соңынан топырақта микроорганизмдер ыдырайды, осы ыдырау процестердің нәтижесінде ұлпалар құрамындағы қосылыстарға оралып отырады.

Көміртектің белгілі бөлігі ұзақ мерзімде қазанды отын түрлерін (көмір, табиғи газ, мұнай, шымтезек, жаңғыш тақта тас), теңіз су қоймаларында карбонатты жыныстарды (әктас, доломит, т.б.) түзуге қатысады. Құрлықтағы және мұхит аквоториясындағы көміртек қосылыстарының пайда болатын негізгі көзінің бірі болып жанартаудың атқылауы саналады.

Фотосинтез бен органикалық заттардың ыдырауы бірнеше сатыдан өтетін және өте көп экожүйелер мен организмдердің қатысуымен жүзеге асатын болса жалпы биосферада ерекше өте жоғары дәлдікпен олардың теңдіктері ұсталып тұрады.Көмірқышқыл газының атмосферадағы қоры 700 Гт, ал фотосинтез және ыдырау процестері арқылы атмосфераға жылына қайтарылып отыратын массасы 90-100 Гт. Егерде көміртектің атмосферадағы биоталық қайтарылуы тоқтады деп елестететін болсақ, ал фотосинтез бұрынғы қалпында жүріп жататын болса, онда атмосфера толығымен 7-8 жылда көмірқышқыл газынан тазаланып отырар еді. Бірақ-та, әр түрлі белгілі ғылыми мәліметтерге сүйенсек, қазіргі шамалардың ауытқуының шектік деңгейі тұрақты сақталып отырса, атмосфераның газдық құрамы (оның ішінде көмірқышқыл газының мөлшері) аз дегенде 10⁴ жыл бойы тұрақты болып қала берер еді. Бұдан атмосфера үшін көміртектің биотикалық айналымының минималды тұрақтылығы δ_А = (10000-8)/10000=0,999 деп қорытындыға келуге болады.

Экожүйедегі көміртек айналымына толық жете сандық талдауды 1990 жылы эколог-ғалым В.Г.Горшков жасаған. Оның геологиялық мәліметтерге сүйенген тұжырымы бойынша, биогенді мүмкін екен. Тіршілікпен сәйкес осы мөлшер шамалардан реттейтін механизм жоқ болғанда, ондаған және жүздеген миллион жылдарда олар шектен шығып кететін еді. Шынында, палеохимиялық және палеоботаникалық мәліметтер бойынша атмосферадағы көміртек мөлшері 10⁵ жыл бойы сақталып келе жатыр. Солай болғандықтан, биосферадағы органикалық заттардың түзілуі мен ыдырау ағысы 10^-4, тұйықтылығы 10^-3 дәрежедегі дәлдікпен үйлесіп келеді. Демек, корреляция дәлдігі 10^-7 –ге тең.

В.Г.Горшковтың айтуынша: «Синтез бен ыдыраудың арасындағы осы деңгейдегі дәлдікпен корреляцияның болуы қоршаған ортада биологиялық реттеу бар екенін дәлелдейді, себебі миллиондаған жыл бойы шамалардың осындай дәлдікте болуы кездейсоқ екеніне сенбейтін жағдай».

Соңғы жылдары адамның шаруашылық әрекеті, әсіресе, құрамында көміртек болатын отын мен ағашты өте көп мөлшерде жағу арқылы көміртектің айналымына елеулі әсер етті. Ауа райының ғаламдық жылынуына себеп болатын «көшетхана газы» ішінде (метан, озон, фреон, азот оксидтері) көміртек диоксиді бірінші орында тұр (50-55%).

Азот барлық биогенді белоктардың құрылымына кіреді және сонымен қатар биогенді элементтердің ішінде ең негізгі организмдердің тіршілік әрекетіне қажет элемент болып саналады. Атмосферадағы бос молекулалық түрдегі азоттың өте аз мөлшері ғана биоталық айналымға қатысады.

Фосфордың биогеохимиялық циклінің ерекшелігі редуценттердің фосфорды органикалық түрден бейорганикалық түрге тотықтырмай көшіретіндігінде.

Көміртектің, оттектің және азоттың айналымынан тағы да бір айырмашылығы фосфордың циклін тұйықталған деп есептеуге болмайды, себебі фосфаттардың басым көпшілігі мұхит шөгінділерінде қалып отырады.

Фосфор жылжымалы элемент, сондықтан оның айналымымен байланысты процестер қоршаған ортаның көптеген факторларына тәуелді, бірінші кезекте антропогендік факторларға. Мысалы, табиғи сулардың фосфор тыңайтқыштарымен, жуғыш заттармен ластануы салдарынан су қоймалары эвтрофтанады. Осы себептен бір қатар елдерде фосфоттарды жуғыш заттар құрамына қосуға тиым салынған, оның балама алмастырғыштары қолданылады.

Өсімдіктердің фосфорды сіңіруі топырақ ерітіндісінің қышқылдығына байланысты. Суда натрий мен кальций фосфаттары нашар ерісе, сілтілі ортада мүлде ерімейді, қышқылдық көтерілген сайын фосфаттар жақсы еритін фосфор қышқылына айналады. Фосфор тыңайтқыштарын біліксіз артық мөлшерде қолданса, топырақта фосфорлану деген зардап орын алуы мүмкін. Фосфор уытты элемент болмаса да, фосфорлану кезінде тұздардың концентрациясы жоғары болғандықтан өсімдіктердің өсуі мен дамуы, әсіресе вегетация басталған кезеңде тежелуі байқалады, себебі фосфордың мөлшері топырақта көп болғандықтан басқа элементтердің біршама тапшылығы күшейіп, өсімдіктердің қоректенуінің бұзылуы орын алуымен қатар, экологиялық тұрғыдан зиянды ауыр металлдарды және де басқа токсиканттарды көбірек сіңіруге ықтималдығы жоғарлайды.

Су айналымы. Бұл табиғат жағдайында былай жүреді, су мұхиттардың, құрлықтардың, өзендердің және т. б. су қоймаларының бетінен буланып, ауа арқылы су буы тасымалданып, шықтанып, жауын-шашынмен қайтадан жер бетіне оралып отырады. Осылардан басқа, су айналымы процесіне өсімдіктердің ауамен жанасатын барлық сыртқы және ішкі беттеріндегі судың булануы және жердің өте терең қабаттарындағы магмадан бөлінетін оттек пен сутектен түзілген жер асты сулары (ювинилді сулар) жатады.

Жер бетінде судың шамамен есептеу жолымен анықталған теңдестігі (мың км³) мынадай болады: кіріс (жауын-шашын) – 8,4, шығын – 108,4 (булану 71,1, оған жер бетіндегі ағынды сулар қосылады – 37,3).

Су айналымының тұрақтылығы соңғы 100 жылда адамның таласуынан бұзыла бастады. Орман алқабының азаюынан орманнан судың булануы төмендеуде, керісінше, ауыл шаруашылығында пайдаланатын жерлерді суармалау кезінде топырақ бетінен судың булануы артуда. Сонымен қатар, соңғы жылдары мұхит пен теңіздің едәуір бөлігіндегі бетінде мұнай қабатының пайда болу салдарынан судың булануы күрт төмендеп, биосфера құрауыштарының арасындағы алмасу процестері бұзылуда. Бұрыннан табиғатта қалыптасып келген су айналымының ауытқуына байланысты соңғы жылдары әлемдік мұхит деңгейі көтерілуде, осындай қолайсыз жағдайға себеп болып жатқан құрлықтағы көлдердің келуі, жер асты су қорының тиімсіз жүйемен жұмсалуына байланысты азаюы және көшетхана эффектісінің әсерінен мұздық жамылғысының қалыңдығының жұқаруы. Бұл тенденциялардың әрі қарай үдеуі организмдердің әр алуандылығы мен орналасу заңдылығын, экожүйелердің сандық және сапалық құрамын, қасиеті мен құрылымын өзгертуі мүмкін.

Сонымен табиғатта барлық биогенді элементтердің айналымы биогеоценоз деңгейінде өтеді. Биогеоценоздың өнімділігі әр элементтің жүйелі түрде айналымда болуына байланысты. Мұның әсіресе ауылшаруышылық өндірісі мен орман өсіруде маңызы өте ерекше келеді.

Адамның қалай болсада әйтеуір араласуы айналым процестерінің жүруіне кедергі жасайды. Мысалы, орманды кесу немесе өсімдіктердің ассимиляциалау аппаратын өнеркәсіптік шығындылармен зақымдандыру көміртекті сіңіру қарқынын төмендетеді. Өнеркәсіптік ағындылармен суқоймаларына түскен органикалық заттектердің молшылығынан орын алатын эвтрофикация процесі суда еріген түрде болатын оттектің біраз мөлшерін азайтып, сулы ортадағы аэробты организмдердің тіршілік мүмкіндігін жояды. Қазып алынған отындарды жағып, өндіріс өнімдерінде атмосфералық азотты бекітіп, фосфорды детергенттерге байланыстырып, адам элементтер айналымын өзімен қалай болса да тұйықтайтын сияқты, осы жағдай оны қоршаған ортаның химиясын толығымен басқаруға амалсыз мәжбүр етеді.

Биоталық айналымның жоғары дәрежедегі тұйықтылығы мен қоршаған ортаның биологиялық реттелуі – биосфера эвалюциясының заңды нәтижесі.

Атмосферадағы оттегінің мөлшері біртіндеп артты. Соңғы 600 млн. жылда зат айналымдардың жылдамдығы мен сипаты қазіргі кездегі деңгейіне жақындады. Биосфера үлкен, үйлесімді экожүйе ретінде жұмыс істейді. Ондағы ағзалар тек қоршаған ортаға бейімделіп қана қоймай, өздері де тіршілікке қолайлы жағдайларды жасайды.Оттегі айналымы фотосинтез процесінен басталады. Оның биоталық айналымы 250 Гт/жылына, ал биосферадағы оның жалпы массасы 10¹⁴ т. Жер бетінде ең көп таралған элемент: оның мөлшері атмосферада – 23,1 (288мг/л); литосферада – 47,2; гидросферада – 86,9. Гидросферадағы оттектің мөлшері орта шамамен 4,5 мг/л, осы оттекті су организмдері өздерінің тіршілігіне жұмсайды. Ауадағы оттектің мөлшері ұзақтық геологиялық дәуірлер бойына биоталық реттеудің арқасында тұрақты деңгейде келе жатыр. Осы деңгейден ауытқу орын алса, биосфера биотасының жағдайына әсерін тигізер еді: мөлшері төмендесе мұхиттар фаунасы елеулі азайып, көтерілсе ортаның тотығу қасиеттерінің қауіпті жағдайға дейін өсіп кетуі мүмкін. Бұл жағдайлардың жер бетіндегі жануарлар мен адамға да белгілі қолайсыз әсері бар. Мысалы, жануарлар мен адамдар биік тауларға шыққанда немесе оттекті көп мөлшерде пайдаланатын жерлер мен жасанды құрылғыларда оттетік жетіспеуін сезеді.

Озонның түзілуіне Жер бетіне түсетін күн энергиясының шамамен 5% жұмсалады (8,6^.10¹⁵ вт). Озон түзілетін реакция қайтымды болғанына байланысты атмосфераның жоғарғы қабаттарының температурасы жоғары болады, себебі озонның атмосферадағы көлемдік мөлшері 10^-6% құрайды; озонның ең жоғарғы максималды мөлшері 20-25 км биіктікте 4^.10^-6 көл. % –ке дейін жетеді.Озон барлық тірі организмдерге әсер ететін ғарыштағы ультракүлгін сәулеленудің едәуір мөлшерін тұтып отырады, былайша айтқанда, биосфераның қорғағыш қалқаны, себебі тірі организмдердің көптеген молекулалық құрылымдары осы ультракүлгін сәулелерінің әсерінен бұзылады. Осыған байланысты озон қабатының бұзылуы (озон «тесігінің» пайда болуы адамның денсаулығы мен қоршаған ортаға елеулі өзгерістер туғызуы мүмкін.

Үлкен және кіші зат айналым шеңберлері. Биосфера – Жердің ғаламдық экожүйесі – экосферасы, оның құрамы мен энергиясы жер шарындағы жануарлардың жиынымен анықталады және бақыланады. Биосфераның биотасы мен абиоткалық компонеттерінің өзара байланысы табиғаттағы екі негізгі зат алмасу шеңберлерімен сипатталады: үлкен (геологиялық) және кіші (биогеохимиялық) зат алмасу шеңберлері.

Табиғаттағы үлкен зат алмасуы (геологиялық) – күн энергиясының жердің тереңдік энергиясымен алмасуға негізделген. Бұған сондай-ақ судың үлкен алмасу шеңберінде жатқызуға болады. Әлемдік мұхит бетінен буланған су буы құрылыққа жел арқылы жылжып жауын-шашын түрінде құрлыққа түседі, осы түскен жауын-шашын жер беті мен жер асты суларының ағынымен қайтадан мұхитқа барады. Судың осындай айналымын үлкен айналым шеңбері деп атайды, ал буланған судың жарты бөлігі қайтадан мұхит бетіне түскен жағдайда оны судың кіші айналым шеңбері деп атайды. Мұхит бетінен судың булануына күн сәулесінің 50% пайызы жұмсалады. Жер планетасындағы ауа райының қалыптасуына және табиғат жағдайларына елеулі әсерін тигізеді. Өсімдіктердің суды транспирациялау және сол арқылы биогеохимиялық циклға судың өтуін ескере отырып бүкіл дүние жүзіндегі су қорының толық бір айналым жасауына 2 миллион жыл қажет.

Биосферадағы заттардың кіші айналым шеңбері биосфера шегінде ғана жүреді. Бұл құбылыстың негізі фотосинтез процессі кезінде бейорганикалық заттардан органикалық заттардың түзілуі және ыдыраған кезде органиканың қайтадан бейорганикаға айналуы жатады. Бұл айналымның жер бетіндегі тіршілік үшін маңызы зор, себебі осы шеңбердің өзі тіршіліктің көзі болып саналады. Өзгеру арқылы, туылу және өлу арқылы тірі зат Жер бетіндегі тіршілікті қамтамасыз етеді, биогеохимиялық зат алмасу шеңберін құрайды. Жеке заттардың айналымын В.И.Вернадский биогеохимиялық циклдар деп атады. Циклдың мәні мынада, ағзаға сыртқы ортадан түскен химиялық элементтер белгілі бір уақтыттан кейін одан абиотикалық ортаға шығып қайтадан белгілі бір уақыттан соң қайтадан ағзаға оралады. Мұндай элементтер биофильді элементтер деп аталады.

Негізгі әдебиеттер:

1. Жатқанбаев Ж.Ж. Экология негіздері. А., 2003

2. Бейсенова Ә.С., Шілдебаев Ж.Б., Сауытбаев Г.З. Экология., А., 2001.

Дәріс сабақ № 19
БИОСФЕРА ҚАЗІРГІ КҮЙІ. БИОСФЕРА ТУРАЛЫ ІЛІМ. В.И.ВЕРНАДСКИЙДІҢ БИОСФЕРА ЖӘНЕ НООСФЕРА ТУРАЛЫ ІЛІМ

В.И.Вернадский биосфераның пайда болу, даму және қазіргі кезде жағдайында тірі заттардың рөлін өте жоғары бағалады. Ол "Жердің сыртқы кабатында үнемі өзгеріс енгізетін тірі организмдерден басты құдіретті химиялық күш жоқ" деп жазды өзінің "биосфера атты еңбегінде.Әсіресе тірі организмдер оған қоса адамзат баласының әрекеттерінің биосфера шетіндегі биогеохимиялық фактор ретінде (рөлін бағалай келіп биосфера өзін-өзі реттеп отыратын биологиялық экологиялық және химиялық жүйе екенін дәлелдеді. Бір сөзбен айтқанда біздің жер деп аталатын планетамыздағы ең жоғарғы сатыда өсіп-дамыған жер бетіндегі барлық тіршілікті жүргізуші ұлы құдіретпен іске асырылады. Сондықтан да жер бетіндегі неше түрлі құбылыстар осы тірі ағзаларға байланысты екенін толық түсіндіре білді. Шынына келетін болса тірі ағзалар ғарыштық энергияны биосферадағы химиялық элементі мен қосылыстардың миграциясы болып табылады. Бұл үрдісі биосферадағы зат және энергия айналымдарымен шектеліп, биосфера шегіндегі бүкіл дүние жүзілік зат пен энергияның алмасып отыратынына ең себепші құдіретті қозғаушы күш.

Алғашқы кезде проблема биосфералардағы зат пен энергия айналымының қалдықсыз жүруі нтижесінде биосфера деп аталады, айналаны қоршаған ортада, тіршілікке қажетсіз еш қандай басы артық зат синтез делінбейді. Олар үнемі өзгеріп, бір түрден екінші түрге айналып отырады. Өмірге қауіптісі жойылып кетіп, пайдалысы қалады, сөйтіп биосфера өзін-өзі тазартып отырады. Олар бірнеше дәуірден тұрады.

Биосфераның ең бірінші заманы археи деп аталады. Бұл кезде - сфера кандай жағдайда дамығаны және қандай тірі организмдер болғаны туралы ешқандай деректер жоқ. Тек қана қарапайым тіршіліктің түрі болған ғой деп ғалымдар топшылайды.

БИОСФКРА РЕСУРСТАРЫНЫҢ КЛАССИФИКАЦИЯСЫ. ӨНДІРІСТІҢ ӨСУІ ЖӘНЕ ҚОРШАҒАН ОРТАҒА ӘСЕРІ

Жоспар

1. 
   Биосфераның эволюциясы. Адамның биосферадан айырмашылығы
   
2. 
   Ноосфера-сана, ақыл-ой қабаты, экологияның төрт заңы
   
3. 
   Биосфера ыдырауындағы техногендік факторлар
   

В.И.Вернадский: «Жердің келбеті кездейсоқ құбылыстардың нәтижесі емес, ол нақты шектелген геологиялық жер қабықшасы-биосфераға сәйкес келеді. Ол Жер планетасына тән белгілі бір құрылымымен сипатталады. Бұл құрылымды онда жүретін геологиялық процестердің сипатына қарай ұйымдасқан деп атау дұрыс»- деп жазды. Өзінің өмірінің соңғы жылдарын В.И.Вернадский биосфераның ұйымдасуын сараптауға жұмсады. Бұл зерттеулердің нәтижелері бойынша ол «Жер биосферасының химиялық құрылысы мен оның қоршаған айналасы» еңбегін жазды. Бірақ ұлы ғалым аталған кітабын шығарып үлгермеді. Кітап ол өлгеннен соң 20 жылдан соң 1965 жылы жарық көрді.

«Ноосфера» терминін алғаш рет қолданғандар философ, математик, палеонтолог және антрополог Эдуард Леруа және палеонтолог Пьер Тейяр Шарден (1927 ж.) болды. Ноосфера ұғымымен француз ғалымдары адамның санасы пайда болған кездегі табиғаттың эволюциялық сатысын атады. П.Тейяр Шарден өзінің 1959 жылы жарық көрген «Адам феномені» деген еңбегінде ноосфераны «жаңа қабат», «ойлайтын қабат» деп анықтады.

Вернадский бойынша ноосфера «адам санасының ролі және ол бағыттайтын адам еңбегі күшті, өсіп келе жатқан геологиялық күшке» айналатын биосфераның даму сатысы болып табылады.

Адам санасы мен ғылыми ойдың ролін бағалай келе В.И. Вернадский мынадай қорытындылар жасады:

1. 
   ғылыми шығармашылықтың дамуы адамның өзі тұратын биосфераны өзгертетін күш болып табылады;
   
2. 
   биосфераның өзгерістері ғылыми ойдың өсуімен қатар жүретін құбылыстар;
   
3. 
   биосфераның бұл өзгерістері адам еркінен тыс, стихиялы түрде, табиғи процесс ретінде жүреді;
   
4. 
   тіршілік ортасы- биосфера планетасының ұйымдасқан қабықшасы болғандықтан, оның геологиялық тарихына да оны өзгертудің жаңа факторы- адамзаттың ғылыми жұмысының енуі биосфераның жаңа фазаға, жаңа күйге- ноосфераға өтуі табиғи процесс.