Сторінка
2

Природні системи абіотичного середовища біосфери

Під час проходження крізь атмосферу на висоті 20… 25 km значна частина енергії ультрафіолетового проміння витрачається на іонізацію кисню і утворення його алотропної форми — озону О3. Сонячний спектр променевої енергії, яка падає на поверхню Землі, має приблизно до 45% видимого й інфрачервоного і до 20% ультрафіолетового проміння.

Нескладно орієнтовно підрахувати, який потік енергії падає на всю поверхню Землі. Узявши поверхневу густину теплового (променевого) потоку променів Сонця, який досягає Землі, постійною щодо всього перерізу () за діаметра Земної кулі 12742 km [], отримаємо сумарну потужність Р теплового потоку:

.

Важко уявити цю величезну потужність, навіть порівнявши її з сучасним блоком атомної станції в 1000 МW. Що ж відбувається з цією енергією Сонця на поверхні Землі? Значна частина її просто відбивається від поверхні Землі відповідно до показника альбедо (відношення енергії відбитого променя до падаючого) даної місцевості. Альбедо різних ділянок поверхні Землі, залежно від пори року, погоди та інших факторів, становить від кількох (3% — від поверхні морів і океанів) до десятків відсотків (90% — від поверхні снігового покриву). У середньому альбедо земної поверхні дорівнює близько 30%. Близько 45% променевої сонячної енергії перетворюється на теплову енергію матеріальних об’єктів Землі, на випаровування води, що забезпечує її кругообіг у природі, витрачається близько 20%, на утворення морських хвиль, течій океанів і вітру — значно менше 1%. Тільки близько 1% всієї сонячної енергії витра­чається на основне енергетичне джерело життя на нашій планеті — фотосинтез. Тепло, яке надходить до біосфери з боку літосфери, порівняно з сонячним, є майже в 200 разів меншим.

На шляху сонячної радіації Земля — це потужний акумулятор енергії, який економно витрачає її на підтримання і стабілізацію глобальних кліматичних умов біосфери, які сформувалися протягом геологічних епох Землі.

Атмосфера

озон

Сучасний склад атмосфери Землі не випадковий, він різко відрізняється від атмосфери інших планет Сонячної системи (табл. 15) і перебуває в стані динамічної рівноваги з іншими визначальними факторами (абіотичними і біотичними) біосфери. Відносно невеликі зміни складу атмосферного повітря призвели б до непоправних змін у природі. Наприклад, зменшення вмісту кисню на 5—7% спричинило б вимирання багатьох видів живих організмів, а збільшення на таку саму величину — страшні пожежі лісів, які б не загасили навіть безперервні дощі. За даними сучасної науки формування складу повітря відбувалося протягом понад 3 млрд років від часу появи на Землі перших живих організмів. До того часу атмосфера формувалась виключно абіотичними факторами — активною вулканічною діяльністю Землі. У складі тогочасної атмосфери були азот, аміак, водень, діоксид і оксид вуглецю, метан, водяна пара, хлор, сірководень і деякі інші гази. Як бачимо, в атмосфері повністю бракувало молекулярного кисню. Відтак не існувало й озонового прошарку, бо саме під дією ультрафіолетового проміння сьогодні на висоті 15… 45 km відбувається перетворення 3О+ + 3О– ® 2О3. Відсутність озонового прошарку в атмосфері Землі не перешкоджала проникненню на поверхню суходолу й океанів енергії коротко­хвильового (ультрафіолетового) спектра сонця.

Вода (H2O) не є постійним компонентом атмосфери Землі і становить у середньому 0,2 — 2,5%. Як виняток, у тропіках — до 4 %, а у приполярних широтах і пустелях — близько 0%. Середня температура на поверхні Землі 286 К і тиск 7,013 · 105 Ра (760 mm Нg).

Сьогодні ми знаємо, що такі умови є згубними для всього живого, але колись енергія саме ультрафіолетового спектра сонця ініціювала хімічні реакції утворення складних органічних речовин, «цеглинок» білка живої матерії — амінокислот.

Поява молекулярного (О2) кисню в атмосфері Землі могла, як припускають, відбуватися за ендотермічного процесу іонізації води під впливом енергії ультрафіолетової частини сонячного спектра 2Н2О 2H2 + O2, але його накопичення за відомими нам законами термохімії не могло бути стійким унаслідок оберненої реакції. Утворення кисневої атмосфери можна пояснити лише комплексною дією зовнішніх (алогенних) абіотичних факторів, що обумовлювали кліматичні параметри, і внутрішніх (автогенних) процесів життєдіяльності організмів.

Першими на Землі організмами були найпростіші одноклітинні анаеробні, які отримували кисень зброджуванням органічних речовин зі вмістом кисню, що утворювались на поверхні водоймищ під впливом ультрафіолетових променів Сонця. Самі ж ці організми ховалися від згубного впливу променів під водою. За браком достатньої кількості поживних речовин анаеробні організми не могли швидко еволюціонувати. Знадобився ще мільярд років, перш ніж з’явились рослинні організми і, поступово, завдяки «таємничому» процесу фотосинтезу збагатили атмосферу Землі молекулярним киснем до сучасного рівня.

Саме завдяки фотосинтезу близько 2 млрд років тому збільшення кисню в атмосфері спричинилося до глобальних змін геохімічних процесів: утворився озоновий прошарок атмосфери, що забезпечило захист живих організмів від згубної дії сонячної радіації. Коли понад 1 млрд років тому вміст кисню в атмосфері досяг 3—4%, з’явились багатоклітинні організми з аеробним диханням (тобто диханням безпосередньо молекулярним киснем). За наступні 300 млн років концентрація кисню в атмосфері збільшилась удвічі.