1.बायोस्फीअर(प्राचीन ग्रीक βιος - जीवन आणि σφαῖρα - गोल, बॉल) - पृथ्वीचे कवच सजीव प्राण्यांनी भरलेले, त्यांच्या प्रभावाखाली आणि त्यांच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांच्या उत्पादनांनी व्यापलेले; "जीवनाचा चित्रपट"; पृथ्वीची जागतिक परिसंस्था.

बायोस्फियर हे पृथ्वीचे कवच आहे जे सजीव सजीवांनी भरलेले आहे आणि त्यांच्याद्वारे बदललेले आहे. बायोस्फियर 3.8 अब्ज वर्षांपूर्वी तयार होऊ लागले, जेव्हा आपल्या ग्रहावर प्रथम जीव उदयास येऊ लागले. ते संपूर्ण हायड्रोस्फियर, लिथोस्फियरचा वरचा भाग आणि वातावरणाच्या खालच्या भागात प्रवेश करते, म्हणजेच ते इकोस्फियरमध्ये राहतात. बायोस्फियर हे सर्व सजीवांचे संपूर्णत्व आहे. हे वनस्पती, प्राणी, बुरशी आणि जीवाणूंच्या 3,000,000 पेक्षा जास्त प्रजातींचे घर आहे. मनुष्य हा देखील बायोस्फीअरचा एक भाग आहे, त्याची क्रिया अनेक नैसर्गिक प्रक्रियांना मागे टाकते आणि व्हीआय व्हर्नाडस्कीने म्हटल्याप्रमाणे: "मनुष्य एक शक्तिशाली भूवैज्ञानिक शक्ती बनतो."

19व्या शतकाच्या सुरुवातीला फ्रेंच नैसर्गिक शास्त्रज्ञ जीन बॅप्टिस्ट लामार्क. प्रथमच, त्याने मूलत: बायोस्फियरची संकल्पना मांडली, अगदी शब्दाचा परिचय न करता. ऑस्ट्रियन भूगर्भशास्त्रज्ञ आणि जीवाश्मशास्त्रज्ञ एडुआर्ड सुस यांनी 1875 मध्ये "बायोस्फीअर" हा शब्द प्रस्तावित केला होता.

जैव-रसायनशास्त्रज्ञ आणि तत्वज्ञानी व्ही.आय. प्रथमच, त्यांनी सजीवांना पृथ्वी ग्रहावरील मुख्य परिवर्तन शक्तीची भूमिका नियुक्त केली, केवळ सध्याच्या काळातच नव्हे तर भूतकाळातील त्यांच्या क्रियाकलापांचा विचार केला.

आणखी एक, व्यापक व्याख्या आहे: बायोस्फीअर - वैश्विक शरीरावर जीवनाच्या वितरणाचे क्षेत्र. पृथ्वीशिवाय इतर अवकाशातील वस्तूंवर जीवनाचे अस्तित्व अद्याप अज्ञात असताना, असे मानले जाते की बायोस्फियर त्यांच्यापर्यंत अधिक लपलेल्या भागात विस्तारू शकते, उदाहरणार्थ, लिथोस्फेरिक पोकळ्यांमध्ये किंवा सबग्लेशियल महासागरांमध्ये. उदाहरणार्थ, गुरूचा उपग्रह युरोपाच्या महासागरात जीवसृष्टीच्या अस्तित्वाची शक्यता विचारात घेतली जात आहे.

पर्यावरणशास्त्रातील मुख्य संकल्पना आहे "इकोसिस्टम". ही संज्ञा मांडण्यात आली A. टन्सले 1935 मध्ये. एक परिसंस्था म्हणजे सजीव प्राणी आणि त्यांचे निवासस्थान असलेली कोणतीही प्रणाली, जी एकाच कार्यात्मक संपूर्ण मध्ये एकत्रित केली जाते.

इकोसिस्टमचे मुख्य गुणधर्म आहेत:पदार्थांचे अभिसरण पार पाडण्याची, बाह्य प्रभावांना तोंड देण्याची आणि जैविक उत्पादने तयार करण्याची क्षमता.

सामान्यतः तेथे असतात: सूक्ष्म पर्यावरण प्रणाली (उदाहरणार्थ, पाण्याचे एक लहान शरीर), जे अस्तित्वात असतात जोपर्यंत त्यांच्यामध्ये सायकल चालविण्यास सक्षम सजीव असतात; mesoecosystems (उदाहरणार्थ, एक नदी); मॅक्रोइकोसिस्टम्स (उदाहरणार्थ, महासागर) तसेच ग्लोबल इकोसिस्टम - बायोस्फीअर

एक जागतिक परिसंस्था म्हणून बायोस्फीअर

संकल्पना "बायोस्फियर"ऑस्ट्रियन भूवैज्ञानिकाने 1875 मध्ये वैज्ञानिक साहित्यात सादर केले एडवर्ड सुस त्यांनी बायोस्फियरला वातावरणातील संपूर्ण जागा, हायड्रोस्फियर आणि लिथोस्फियर (पृथ्वीचे घन कवच) असे संबोधले, जेथे सजीव प्राणी आढळतात.

व्लादिमीर इव्हानोविच वर्नाडस्की हा शब्द वापरला आणि त्याच नावाने एक विज्ञान तयार केले. या प्रकरणात, बायोस्फीअर संपूर्ण जागा (पृथ्वीचे कवच) संदर्भित करते जिथे जीवन अस्तित्वात आहे किंवा कधीही अस्तित्वात आहे, म्हणजेच जिथे सजीव किंवा त्यांच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांची उत्पादने आढळतात. व्ही.आय. व्हर्नाडस्कीने केवळ बायोस्फीअरमधील जीवनाच्या सीमा निर्दिष्ट केल्या नाहीत, परंतु सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे ग्रहांच्या प्रमाणात प्रक्रियांमध्ये सजीवांची भूमिका सर्वसमावेशकपणे प्रकट केली. त्याने दाखवून दिले की निसर्गात सजीव प्राणी आणि त्यांच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांच्या उत्पादनांपेक्षा अधिक शक्तिशाली पर्यावरण-निर्मिती शक्ती नाही. I मध्ये वर्नाडस्कीने सजीवांची प्राथमिक परिवर्तनीय भूमिका आणि भूवैज्ञानिक संरचनांची निर्मिती आणि नाश करण्याची यंत्रणा, पदार्थांचे अभिसरण आणि त्यांच्याद्वारे निर्धारित घन पदार्थांमधील बदल यांचा अंदाज लावला. लिथोस्फियर), एक ( जलमंडल) आणि हवा ( वातावरण) पृथ्वीचे कवच. बायोस्फियरचा जो भाग सध्या जिवंत प्राणी आढळतो त्याला सामान्यतः आधुनिक बायोस्फियर म्हणतात, ( neobiosphere), प्राचीन बायोस्फियर्सचे वर्गीकरण ( पॅलेओबायोस्फियर्स). नंतरचे उदाहरण म्हणून, आपण सेंद्रिय पदार्थांचे निर्जीव सांद्रता (कोळसा, तेल, तेल शेलचे साठे), सजीवांच्या सहभागाने तयार झालेल्या इतर संयुगांचे साठे (चुना, खडू, धातूची रचना) दर्शवू शकतो.

बायोस्फीअरच्या सीमा.वातावरणातील निओबायोस्फियर पृथ्वीच्या बहुतेक पृष्ठभागावर ओझोन स्क्रीनपर्यंत स्थित आहे - 20-25 किमी. जवळजवळ संपूर्ण जलमंडल, अगदी पॅसिफिक महासागरातील सर्वात खोल मारियाना खंदक (11,022 मी), जीवसृष्टीने व्यापलेला आहे. जीवन लिथोस्फियरमध्ये देखील प्रवेश करते, परंतु काही मीटरपर्यंत, केवळ मातीच्या थरापर्यंत मर्यादित आहे, जरी ते वैयक्तिक क्रॅक आणि गुहांमधून शेकडो मीटरपर्यंत पसरते. परिणामी, बायोस्फीअरच्या सीमा सजीवांच्या उपस्थितीद्वारे किंवा त्यांच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांच्या "ट्रेस" द्वारे निर्धारित केल्या जातात. इकोसिस्टम हे बायोस्फीअरचे मुख्य दुवे आहेत. इकोसिस्टम स्तरावर, जीवांच्या कार्याचे मूलभूत गुणधर्म आणि नमुने बायोस्फीअरच्या उदाहरणाचा वापर करून अधिक तपशीलवार आणि सखोलपणे विचारात घेतले जाऊ शकतात.

प्राथमिक इकोसिस्टमच्या संरक्षणाद्वारे, आपल्या काळातील मुख्य समस्या सोडवली गेली आहे - जागतिक संकटाच्या प्रतिकूल घटना रोखणे किंवा तटस्थ करणे, संपूर्णपणे बायोस्फियरचे जतन करणे.

2.जिवंत पदार्थ- बायोस्फीअरमधील सजीवांच्या शरीराचा संपूर्ण संच, त्यांची पद्धतशीर संलग्नता विचारात न घेता.

ही संकल्पना बायोजेनिक पदार्थाचा भाग असलेल्या "बायोमास" च्या संकल्पनेसह गोंधळात टाकू नये.

हा शब्द V.I. Vernadsky ने सादर केला

सजीव पदार्थ विकसित होतो जिथे जीवन अस्तित्वात असू शकते, म्हणजेच वातावरण, लिथोस्फियर आणि हायड्रोस्फीअरच्या छेदनबिंदूवर. अस्तित्वासाठी प्रतिकूल परिस्थितीत, सजीव पदार्थ निलंबित ॲनिमेशनच्या स्थितीत जातो.

सजीव पदार्थाची विशिष्टता खालीलप्रमाणे आहे.

बायोस्फियरचे जिवंत पदार्थ प्रचंड मुक्त उर्जेद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. अजैविक जगात, मुक्त ऊर्जेच्या प्रमाणात केवळ अल्पकालीन, निर्घृण लावा प्रवाहाची तुलना जिवंत पदार्थाशी केली जाऊ शकते.

बायोस्फियरमधील सजीव आणि निर्जीव पदार्थांमधील तीव्र फरक रासायनिक अभिक्रियांच्या गतीमध्ये दिसून येतो: सजीव पदार्थांमध्ये, प्रतिक्रिया हजारो आणि लाखो पट वेगाने पुढे जातात.

सजीव पदार्थाचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे ते बनवणारे वैयक्तिक रासायनिक संयुगे - प्रथिने, एंजाइम इ. - केवळ सजीवांमध्येच स्थिर असतात (बऱ्याच प्रमाणात, हे सजीव पदार्थ बनवणाऱ्या खनिज संयुगांचे वैशिष्ट्य देखील आहे) .

जिवंत पदार्थांची ऐच्छिक हालचाल, मोठ्या प्रमाणावर स्वयं-नियमन. V.I. वर्नाडस्कीने जिवंत पदार्थांच्या हालचालीचे दोन विशिष्ट प्रकार ओळखले: अ) निष्क्रिय, जी पुनरुत्पादनाद्वारे तयार केली जाते आणि प्राणी आणि वनस्पती दोन्हीमध्ये अंतर्भूत आहे; ब) सक्रिय, जी जीवांच्या निर्देशित हालचालीमुळे चालते (ते प्राण्यांसाठी आणि काही प्रमाणात वनस्पतींसाठी वैशिष्ट्यपूर्ण आहे). सजीव पदार्थाची देखील सर्व संभाव्य जागा भरण्याची जन्मजात इच्छा असते.

सजीव पदार्थ निर्जीव पदार्थांपेक्षा लक्षणीयरीत्या अधिक आकारात्मक आणि रासायनिक विविधता प्रदर्शित करतात. याव्यतिरिक्त, निर्जीव अबोजेनिक पदार्थाच्या विपरीत, सजीव पदार्थ केवळ द्रव किंवा वायू अवस्थेत दर्शविला जात नाही. जीवांचे शरीर तिन्ही अवस्थांमध्ये बांधलेले असते.

जीवमंडलात जिवंत पदार्थ विखुरलेल्या शरीराच्या स्वरूपात सादर केले जातात - वैयक्तिक जीव. शिवाय, विखुरलेले असल्याने, सजीव पदार्थ पृथ्वीवर कधीही आकारशास्त्रीयदृष्ट्या शुद्ध स्वरूपात आढळत नाहीत - समान प्रजातींच्या जीवांच्या लोकसंख्येच्या रूपात: ते नेहमी बायोसेनोसेसद्वारे दर्शविले जाते.

सजीव पदार्थ पिढ्यांच्या सतत बदलाच्या रूपात अस्तित्वात आहेत, ज्यामुळे आधुनिक सजीव पदार्थ अनुवांशिकदृष्ट्या भूतकाळातील जिवंत पदार्थांशी संबंधित आहेत. त्याच वेळी, उत्क्रांती प्रक्रियेची उपस्थिती सजीव पदार्थांचे वैशिष्ट्य आहे, म्हणजे, सजीव पदार्थाचे पुनरुत्पादन मागील पिढ्यांच्या पूर्ण कॉपीच्या प्रकाराने होत नाही, परंतु आकारात्मक आणि जैवरासायनिक बदलांद्वारे होते.

सजीव पदार्थाचा अर्थ

बायोस्फियरमधील सजीव पदार्थांचे कार्य बरेच वैविध्यपूर्ण आहे. वर्नाडस्कीच्या म्हणण्यानुसार, बायोस्फीअरमध्ये जिवंत पदार्थाचे कार्य स्वतःला दोन मुख्य स्वरूपात प्रकट करू शकते:

a) रासायनिक (जैवरासायनिक) - I प्रकारचा भूवैज्ञानिक क्रियाकलाप; b) यांत्रिक - II प्रकारची वाहतूक क्रियाकलाप.

पहिल्या प्रकारच्या अणूंचे बायोजेनिक स्थलांतर जीवांचे शरीर तयार करण्याच्या आणि अन्न पचवण्याच्या प्रक्रियेत जीव आणि पर्यावरण यांच्यातील पदार्थांच्या सतत देवाणघेवाणमध्ये प्रकट होते. दुसऱ्या प्रकारच्या अणूंचे बायोजेनिक स्थलांतर म्हणजे जीवजंतूंद्वारे त्यांच्या जीवन क्रियाकलापादरम्यान पदार्थाच्या हालचालींमध्ये (बुरे, घरटे बांधताना, जीव जमिनीत गाडले जातात तेव्हा), जिवंत पदार्थाची स्वतःची हालचाल, तसेच ग्राउंड खाणारे, गाळ खाणारे आणि फिल्टर फीडर्सच्या जठरातून अजैविक पदार्थांचे प्रवेश.

जीवक्षेत्रात सजीव पदार्थ जे कार्य करतात ते समजून घेण्यासाठी, तीन मूलभूत तत्त्वे खूप महत्त्वाची आहेत, ज्यांना व्ही.आय.

बायोस्फियरमधील रासायनिक घटकांच्या अणूंचे बायोजेनिक स्थलांतर नेहमीच त्याच्या जास्तीत जास्त प्रकटीकरणासाठी प्रयत्नशील असते.

भौगोलिक कालांतराने प्रजातींची उत्क्रांती, जी जीवसृष्टीमध्ये स्थिर जीवनाचे स्वरूप निर्माण करते, अशा दिशेने जाते ज्यामुळे अणूंचे बायोजेनिक स्थलांतर वाढते.

सजीव पदार्थ त्याच्या सभोवतालच्या वैश्विक वातावरणात सतत रासायनिक देवाणघेवाण करत असतात आणि आपल्या ग्रहावर सूर्याच्या तेजस्वी ऊर्जेद्वारे तयार आणि राखले जातात.

सजीव पदार्थाची पाच मुख्य कार्ये आहेत:

ऊर्जा. यामध्ये प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान सौरऊर्जेचे शोषण आणि ऊर्जा-संतृप्त पदार्थांच्या विघटनाद्वारे रासायनिक ऊर्जा आणि विषम सजीवांच्या अन्नसाखळीद्वारे ऊर्जा हस्तांतरण यांचा समावेश होतो.

एकाग्रता. जीवनादरम्यान विशिष्ट प्रकारच्या पदार्थांचे निवडक संचय. सजीव पदार्थांमध्ये रासायनिक घटकांचे दोन प्रकार आहेत: अ) या घटकांसह संतृप्त वातावरणातील घटकांच्या एकाग्रतेत मोठ्या प्रमाणात वाढ, उदाहरणार्थ, ज्वालामुखीच्या भागात सजीव पदार्थांमध्ये भरपूर सल्फर आणि लोह आहे; ब) वातावरणाची पर्वा न करता विशिष्ट घटकाची विशिष्ट एकाग्रता.

विध्वंसक. यात नॉनबायोजेनिक सेंद्रिय पदार्थांचे खनिजीकरण, निर्जीव अजैविक पदार्थांचे विघटन आणि जैविक चक्रात परिणामी पदार्थांचा सहभाग यांचा समावेश होतो.

पर्यावरण-निर्मिती. पर्यावरणाच्या भौतिक आणि रासायनिक पॅरामीटर्सचे परिवर्तन (प्रामुख्याने गैर-जैविक पदार्थांमुळे).

वाहतूक. सजीव पदार्थांच्या पौष्टिक आंतरक्रियांमुळे रासायनिक घटक आणि पदार्थांच्या प्रचंड वस्तुमानाची गुरुत्वाकर्षणाच्या विरुद्ध आणि क्षैतिज दिशेने हालचाल होते.

सजीव पदार्थ बायोस्फीअरच्या सर्व रासायनिक प्रक्रियांना आत्मसात करते आणि पुनर्रचना करते. सजीव पदार्थ ही सर्वात शक्तिशाली भूवैज्ञानिक शक्ती आहे, जी कालांतराने वाढत आहे. बायोस्फीअरच्या सिद्धांताच्या महान संस्थापकाच्या स्मृतीला श्रद्धांजली अर्पण करताना, ए.आय. पेरेलमन यांनी खालील सामान्यीकरणास "वर्नाडस्कीचा कायदा" म्हणण्याचा प्रस्ताव दिला:

3. बायोस्फीअरची ऊर्जा

बायोस्फीअरमधील ऊर्जा प्रक्रियांमध्ये, निर्णायक भूमिका (99%) सौर किरणोत्सर्गाची असते, जी पृथ्वीच्या बायोस्फीअरची उष्णता संतुलन आणि थर्मल शासन निर्धारित करते. पृथ्वीला सूर्याकडून मिळालेल्या एकूण ऊर्जेपैकी 5.42 · 10 4 J, 33% ढग आणि जमिनीच्या पृष्ठभागावर तसेच वातावरणाच्या वरच्या थरातील धूळ यांच्याद्वारे परावर्तित होते. हा भाग पृथ्वीचा अल्बेडो बनवतो, 67% ऊर्जा वातावरण आणि पृथ्वीच्या पृष्ठभागाद्वारे (महाद्वीप आणि जागतिक महासागर) शोषली जाते आणि, परिवर्तनांच्या मालिकेनंतर, बाह्य अवकाशात जाते (चित्र 5.2).

वातावरणात, खालून गरम होते, ज्यामुळे शक्तिशाली संवहनी प्रवाह तयार होतात आणि हवेच्या जनतेचे सामान्य अभिसरण होते. महासागरातील प्रवाह, प्रामुख्याने वाऱ्याद्वारे चालवले जातात, प्राप्त झालेल्या सौर ऊर्जेचे क्षैतिज दिशेने पुनर्वितरण करतात, ज्यामुळे वातावरणाला उष्णता पुरवठ्यावर परिणाम होतो. जगातील महासागर आणि वातावरण ही एकच थर्मल प्रणाली आहे.

किरणोत्सर्ग आणि संवहन यांमुळे आपल्या ग्रहाचा संपूर्ण ऊर्जा संतुलन राखला जातो. बायोस्फियरमधील पाण्याचे चक्र देखील सौर उर्जेच्या पुरवठ्याद्वारे निर्धारित केले जाते.

सौर ऊर्जेच्या एकूण प्रवाहाचा एक अतिशय लहान भाग प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेदरम्यान हिरव्या वनस्पतींद्वारे शोषला जातो. ही ऊर्जा प्रति वर्ष 10 22 J इतकी असते (सौर किरणोत्सर्गाच्या एकूण प्रमाणाच्या अंदाजे 0.2%). प्रकाशसंश्लेषण ही एक शक्तिशाली नैसर्गिक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये सायकलमध्ये मोठ्या प्रमाणावर बायोस्फीअर पदार्थांचा समावेश होतो आणि वातावरणात मोठ्या प्रमाणात ऑक्सिजन निर्धारित केला जातो. प्रकाशसंश्लेषण ही एक रासायनिक प्रतिक्रिया आहे जी हिरव्या वनस्पतींमध्ये क्लोरोफिलच्या सहभागासह सौर ऊर्जेमुळे होते: n CO 2 + n H 2 O = C nएच 2 n O 2 + nओ २. बायोस्फीअरमधील कार्बन सायकल अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. ५.३.

अशा प्रकारे, कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्यामुळे, सेंद्रिय पदार्थांचे संश्लेषण केले जाते आणि मुक्त ऑक्सिजन सोडला जातो. काही अपवादांसह, प्रकाशसंश्लेषण पृथ्वीच्या संपूर्ण पृष्ठभागावर होते आणि एक प्रचंड भू-रासायनिक प्रभाव निर्माण करते, ज्याचे वैशिष्ट्य कार्बनच्या संपूर्ण वस्तुमानाच्या प्रमाणात दरवर्षी बायोस्फियरच्या सेंद्रिय सजीवांच्या निर्मितीमध्ये गुंतलेले असते. CO 2 दरवर्षी वापरला जातो आणि शोषला जातो: जमिनीवर 253-10 9 टन, समुद्रात - 88-10 9 टन, आणि एकूण - 341 10 9 टन पाणी 135 10 12 टन, 232 10 9 टन सेंद्रिय पदार्थ. सी तयार केले आहेत nएच 2 nबद्दल nआणि 248 · 10 9 टन ऑक्सिजन वातावरणात जातो.

बायोस्फियरमधील प्रकाशसंश्लेषण, 1 अब्ज टन नायट्रोजन, 260 दशलक्ष टन फॉस्फरस आणि 200 दशलक्ष टन सल्फर या चक्रात गुंतलेले आहेत.

6 - 7 वर्षांच्या आत, वातावरणातील सर्व कार्बन डाय ऑक्साईड शोषले जाते, 3000-4000 वर्षांत, वातावरणातील सर्व ऑक्सिजनचे नूतनीकरण होते आणि 10 दशलक्ष वर्षांच्या आत, प्रकाशसंश्लेषण संपूर्ण हायड्रोस्फियरच्या बरोबरीने पाण्याच्या वस्तुमानावर प्रक्रिया करते. जर आपण विचारात घेतले की बायोस्फियर पृथ्वीवर कमीतकमी 3.8 - 4 अब्ज वर्षे अस्तित्वात आहे (आणि पृथ्वी सुमारे 4.5 अब्ज वर्षे), तर आपण असे म्हणू शकतो की जागतिक महासागराचे पाणी त्याच्याशी संबंधित बायोजेनिक चक्रातून गेले आहे. किमान 1 दशलक्ष एकदा प्रकाशसंश्लेषण. ही सर्व मूल्ये पृथ्वीच्या इतिहासात प्रकाशसंश्लेषणाचे प्रचंड महत्त्व दर्शवतात.

आपण येथे लक्षात घेऊया की जेव्हा एखादा जीव मरतो तेव्हा उलट प्रक्रिया होते - ऑक्सिडेशन, क्षय इत्यादीद्वारे सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन. अंतिम विघटन उत्पादनांच्या निर्मितीसह. पृथ्वीच्या बायोस्फियरमधील या प्रक्रियेमुळे सजीव पदार्थाच्या बायोमासचे प्रमाण एका विशिष्ट स्थिरतेकडे जाते. बायोमासचे प्रमाण प्रकाशसंश्लेषण (0.232 · 10 12 t) दरम्यान दरवर्षी तयार होणाऱ्या सेंद्रिय पदार्थांच्या प्रमाणापेक्षा अंदाजे 10 पट जास्त असते. बायोस्फियरमधून जात असलेल्या पदार्थाचे एकूण वस्तुमान पृथ्वीच्या वस्तुमानाच्या 12 पट आहे. हा "जिवंत कारखाना" अशा प्रकारे कार्य करतो.

आकडे 230-234 पहा. पदार्थाच्या चक्रात जीव कोणते रासायनिक संयुगे वापरतात? प्रकाशसंश्लेषण, पाण्याचे बाष्पीभवन, श्वसन, पदार्थांचे चक्र आणि बायोस्फियरमध्ये उर्जेचा प्रवाह सुनिश्चित करण्यासाठी नायट्रोजन निर्धारण या प्रक्रियेचे महत्त्व काय आहे?

बायोस्फियरचे सर्व घटक आणि त्यात होणाऱ्या प्रक्रियांचा एकमेकांशी जवळचा संबंध आहे. बायोस्फियरची स्थिरता त्यात सतत घडणाऱ्या पदार्थांचे चक्र आणि उर्जा रूपांतरणाद्वारे राखली जाते. चक्र घटनांच्या प्रमाणात आणि गुणवत्तेत भिन्न असतात, उदाहरणार्थ, पाण्याचे चक्र, कार्बन चक्र, नायट्रोजन चक्र. ते बायोस्फीअरच्या सर्व घटकांच्या सहभागासह चालते आणि एकाच जैव-रासायनिक चक्राचा भाग आहेत.

बायोजियोकेमिकल सायकल - चयापचय आणि त्याच्या जीवांच्या क्रियाकलापांशी संबंधित बायोस्फियरच्या विविध घटकांमधील ऊर्जा रूपांतरण.

जैव-रासायनिक चक्राची मुख्य प्रेरक शक्ती म्हणजे जीवसृष्टीत सतत होणारा ऊर्जेचा प्रवाह सजीव पदार्थाच्या क्रियाकलापांशी संबंधित आहे.

जीवांना त्यांची महत्त्वपूर्ण कार्ये राखण्यासाठी उर्जेची आवश्यकता असते. बायोस्फियरमध्ये ऊर्जा अनेक प्रकारांमध्ये अस्तित्वात आहे. यांत्रिक, रासायनिक, थर्मल, विद्युत आणि उर्जेचे इतर प्रकार ज्ञात आहेत. उर्जेच्या एका रूपातून दुसऱ्या रूपात संक्रमण, ज्याला ऊर्जा रूपांतरण म्हणतात, ऊर्जा संवर्धनाच्या कायद्याच्या अधीन आहे, ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की ऊर्जा एका रूपातून दुसऱ्या रूपात बदलली जाऊ शकते, परंतु ती निर्माण किंवा नष्ट केली जाऊ शकत नाही.

बायोस्फियरमधील उर्जेचा मुख्य स्त्रोत सूर्याची ऊर्जा आहे (चित्र 228). हे वातावरण आणि हायड्रोस्फियर गरम करते, हवेच्या वस्तुमानाची हालचाल, समुद्रातील प्रवाह, पाण्याचे बाष्पीभवन आणि बर्फ वितळण्यास कारणीभूत ठरते. ऑटोट्रॉफिक जीव, मुख्यत: हिरव्या वनस्पती, प्रकाशसंश्लेषण प्रतिक्रियांच्या परिणामी सौर ऊर्जेला तयार केलेल्या सेंद्रिय पदार्थांच्या रासायनिक बंधांच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित करतात. त्यातील महत्त्वपूर्ण भाग वनस्पती स्वतः महत्वाच्या प्रक्रियेसाठी वापरतात. वनस्पतींच्या रासायनिक ऊर्जेचा एक छोटासा भाग अन्नसाखळीसह हेटरोट्रॉफिक जीवांमध्ये हस्तांतरित केला जातो. हेटरोट्रॉफिक जीव, मुख्यतः प्राणी, रासायनिक उर्जेचे त्याच्या इतर रूपांमध्ये रूपांतर करतात, उदाहरणार्थ यांत्रिक, विद्युत, थर्मल, प्रकाश. हिरव्या वनस्पतींद्वारे जमा केलेली काही सौर ऊर्जा लाकूड, कुजून रुपांतर झालेले वनस्पतिजन्य पदार्थ (सरपणासाठी याचा वापर होतो), कोळसा आणि तेल शेल यांच्या साठ्याच्या स्वरूपात बायोस्फियरमध्ये जमा होऊ शकते.

तांदूळ. 228. बायोस्फियरमध्ये ऊर्जेचा प्रवाह

परिणामी, बायोस्फियरमध्ये कोणतेही ऊर्जा चक्र नाही. ही प्रक्रिया बंद नाही. बायोस्फियरमध्ये फक्त उर्जेचा प्रवाह असतो जो त्याच्या एका स्वरूपाचे दुसऱ्यामध्ये रूपांतर करण्याशी संबंधित असतो.

पाण्याचे चक्र.जैव-रासायनिक चक्रात पाणी महत्त्वाची भूमिका बजावते, कारण सजीवांच्या शरीरात सरासरी 80% भाग असतो आणि जागतिक महासागराने जगाच्या पृष्ठभागाच्या 2/3 पेक्षा जास्त भाग व्यापला आहे (चित्र 229).

तांदूळ. 229. पृथ्वीवरील पाण्याचे वितरण

संपूर्ण ग्रहामध्ये, समुद्र, महासागर आणि महाद्वीप (चित्र 230) यांच्यामध्ये जलचक्र घडते. समुद्र आणि महासागरांच्या पृष्ठभागावरून सूर्याद्वारे बाष्पीभवन केलेले पाणी वाऱ्यांद्वारे खंडांमध्ये वाहून नेले जाते, जेथे ते पर्जन्याच्या स्वरूपात येते. या प्रकरणात, पाण्याचा एक महत्त्वपूर्ण भाग बांधला जातो, उदाहरणार्थ बर्फ आणि बर्फाच्या स्वरूपात, म्हणजे, ते जीवांसाठी तात्पुरते प्रवेश करण्यायोग्य नाही. नदी आणि भूगर्भातील पाण्याच्या प्रवाहाद्वारे, पाणी नंतर हळूहळू महासागरात परत येते.

तांदूळ. 230. बायोस्फीअरमधील पाण्याचे चक्र

जमिनीवर उपलब्ध असलेले बरेचसे पाणी झाडांद्वारे मातीतून शोषले जाते आणि नंतर जास्त गरम होण्यापासून रोखण्यासाठी पानांद्वारे पाण्याची वाफ म्हणून बाष्पीभवन होते. वनस्पती प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेसाठी पाण्याचा काही भाग वापरतात. जनावरांना पिण्याचे आणि अन्नाद्वारे पाणी मिळते. श्वास सोडलेली हवा, घाम आणि इतर स्रावांमध्ये प्राणी जीवांमधून पाणी काढून टाकले जाते.

स्थलीय वनस्पती, प्रामुख्याने दमट विषुववृत्तीय जंगलातून, पाण्याचे बाष्पीभवन करतात, पृष्ठभागावरील प्रवाह कमी करतात आणि वातावरणातील ओलावा टिकवून ठेवतात. हे पर्जन्यवृष्टीमुळे माती वाहून जाण्यापासून आणि त्याच्या वरच्या सुपीक थराचा नाश होण्यापासून प्रतिबंधित करते. विषुववृत्तीय जंगलांचे क्षेत्रफळ मानवाकडून होत असलेल्या तीव्र जंगलतोडीमुळे कमी झाल्यामुळे जगाच्या आसपासच्या भागात दुष्काळ पडतो.

तांदूळ. 231. बायोस्फीअरमधील कार्बन सायकल

कार्बन सायकल.बायोस्फियरमधील कार्बन प्रामुख्याने कार्बन डायऑक्साइड (कार्बन डायऑक्साइड) द्वारे दर्शविला जातो. त्याचा मुख्य प्राथमिक स्त्रोत ज्वालामुखी क्रियाकलाप आहे. कार्बन डायऑक्साइडचे बंधन दोन प्रकारे होते (चित्र 231). पहिल्यामध्ये सेंद्रिय पदार्थांच्या निर्मितीसह प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेदरम्यान वनस्पतींद्वारे त्याचे शोषण आणि पीट, कोळसा आणि तेलाच्या शेल (चित्र 232) च्या स्वरूपात त्यांचे नंतरचे निक्षेप यांचा समावेश होतो. दुसरा मार्ग असा आहे की कार्बन डायऑक्साइड पाण्याच्या शरीरात विरघळतो, कार्बोनेट आयन आणि बायकार्बोनेट आयनमध्ये बदलतो. नंतर, कॅल्शियम किंवा मॅग्नेशियमच्या मदतीने, कार्बोनेट जलाशयांच्या तळाशी चुनखडीच्या स्वरूपात जमा केले जातात. वातावरणातील कार्बन डाय ऑक्साईडचे साठे जीवांच्या श्वासोच्छवासामुळे, सेंद्रिय अवशेषांच्या विघटनाच्या प्रक्रियेमुळे तसेच इंधन आणि औद्योगिक उत्सर्जनाच्या ज्वलनामुळे सतत भरले जातात.

तांदूळ. 232. कुजून रुपांतर झालेले वनस्पतिजन्य पदार्थ (सरपणासाठी याचा वापर होतो).

नायट्रोजन चक्र.बायोस्फियरमधील नायट्रोजनचा मुख्य स्त्रोत वायुमंडलीय नायट्रोजन आहे. कमी प्रमाणात, वायुमंडलीय नायट्रोजन वायुमंडलीय ऑक्सिजनसह एकत्रित होऊन विद्युल्लता दरम्यान नायट्रेट्स तयार करतात (चित्र 233).

तांदूळ. 233. वादळाच्या वेळी वातावरणातील नायट्रोजन वायू हवेतील ऑक्सिजनशी संयोग होऊन नायट्रेट्स तयार करतात

वातावरणातील नायट्रोजनचे मुख्य बंधन जमिनीत राहणाऱ्या नायट्रोजन-फिक्सिंग बॅक्टेरियाद्वारे केले जाते (चित्र 234). ते नायट्रेट्स आणि नायट्रेट्सचे संश्लेषण करतात, जे वनस्पतींसाठी वापरण्यासाठी उपलब्ध होतात. वनस्पतींमध्ये, नायट्रोजनचे प्रथिने, न्यूक्लिक ॲसिड आणि एटीपी यांसारख्या सेंद्रिय संयुगेमध्ये रूपांतर होते. जेव्हा मृत जीवांचे मृतदेह कुजतात किंवा जेव्हा प्राणी मूत्र उत्सर्जित करतात तेव्हा नायट्रोजन अमोनिया संयुगांच्या स्वरूपात जमिनीत प्रवेश करते. नंतर ते नायट्रेट्स आणि नायट्रेट्समध्ये ऑक्सिडाइझ केले जातात आणि वनस्पतींद्वारे पुन्हा वापरले जातात. बॅक्टेरियाचे नायट्रोजन वायूमध्ये निर्जंतुकीकरण करून मातीतील नायट्रेट्स अंशतः कमी होतात. अशा प्रकारे वातावरणातील नायट्रोजन वायूचे साठे पुन्हा भरले जातात. मानवाने त्यात अजैविक नायट्रोजन आणि सेंद्रिय खतांचा समावेश केल्यामुळे जमिनीतील नायट्रेट्सचा पुरवठा देखील पुन्हा भरला जातो.

तांदूळ. 234. बायोस्फीअरमधील नायट्रोजन चक्र

तर, जैवमंडलात सतत घडणारे पाणी, कार्बन, नायट्रोजन आणि ऊर्जा रूपांतरणाचे चक्र एकच जैव-रासायनिक चक्र तयार करतात. त्यातील पदार्थ आणि घटक जीव अनेक वेळा वापरतात. याउलट, ऊर्जेचा उपयोग जीव एकदाच करतात. जैव-रासायनिक चक्र पूर्णपणे चक्रीय नाही. काही पदार्थ त्यातून वगळले जातात आणि निसर्गात जमा होऊ शकतात.

कव्हर केलेल्या सामग्रीवर आधारित व्यायाम

1. जैव-रासायनिक चक्र म्हणजे काय? कोणत्या प्रक्रिया याची खात्री करतात?
2. बायोस्फीअरमध्ये पाण्याचे चक्र कसे घडते याचे वर्णन करा. त्यात वनस्पती आणि प्राण्यांची भूमिका काय आहे?
3. बायोस्फियरमध्ये कार्बन चक्र कसे घडते? निसर्गात कार्बन कोणत्या स्वरूपात जमा होऊ शकतो?
4. बायोस्फियरमध्ये नायट्रोजन चक्र कसे घडते याचे वर्णन करा. त्यात नायट्रोजन-फिक्सिंग आणि डिनिट्रिफायिंग बॅक्टेरियाची भूमिका काय आहे?
5. बायोस्फियरमध्ये घडणाऱ्या पदार्थ आणि घटकांच्या चक्राविषयी बोलणे योग्य आहे, परंतु बायोस्फियरमधील उर्जेच्या चक्राबद्दल बोलणे अयोग्य का आहे ते स्पष्ट करा?

आपण वर पाहिले की वनस्पती सूर्याची उर्जा दृश्यमान किरणांच्या रूपात कॅप्चर करतात आणि प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेच्या परिणामी रासायनिक बंधांच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित करतात, नंतर त्याचे उष्णतेमध्ये रूपांतर होते आणि प्राण्यांच्या शरीराच्या पृष्ठभागावर विकिरण होते. अवरक्त किरणांच्या रूपात बाह्य अवकाश. यामुळे बायोस्फीअरमधून ऊर्जेचा प्रवाह होतो. जसे पाहिले जाऊ शकते, ते जैवक्षेत्रात प्रवेश करते तेव्हापासून ते अनेक परिवर्तनांचा अनुभव घेते. या प्रक्रियेला बायोस्फीअरमधील ऊर्जेचे परिवर्तन म्हणतात. बायोस्फियरमधून ऊर्जा वाहते आणि त्यामध्ये फिरत नाही. पदार्थ, उर्जेच्या विपरीत, बायोस्फीअरमध्ये सतत चक्रातून जातो. चला हा सर्वात महत्वाचा मुद्दा लक्षात ठेवूया. केवळ पृथ्वीला सौर ऊर्जेचा सतत पुरवठा केल्याने बायोस्फियरचे सामान्य कार्य सुनिश्चित होते.

"जैवक्षेत्राबद्दलच्या कथा" या पुस्तकाचे लेखक पी. पी. व्हटोरोव्ह आणि एन. एन. ड्रोझ्डॉव्ह अतिशय सोप्या आणि स्पष्ट उदाहरणासह पदार्थांच्या चक्रात ऊर्जा प्रवाहाची भूमिका स्पष्ट करतात. बायोस्फियरच्या जीवन प्रक्रियेतील उर्जेची भूमिका आणि पदार्थांचे चक्र स्पष्ट करून, ते त्यांची तुलना पाण्याचे चाक आणि पाण्याच्या प्रवाहाशी करतात. चाक हे बायोस्फीअरमधील पदार्थांच्या साठ्याचे प्रतीक आहे: ते सतत फिरते, जागीच राहते आणि बदलत नाही. बायोस्फीअरच्या बाबतीतही असेच घडते: परिमाणवाचक बदल न करता, ते सतत अभिसरण स्थितीत असते. परंतु चाक स्वतःहून फिरणार नाही; पाण्याचा सतत प्रवाह आवश्यक आहे. एकदा काम केल्यावर पाणी निघून जाते आणि पुन्हा चाकाकडे येत नाही. पाण्याचा प्रवाह थांबताच चाकही थांबेल. बायोस्फीअरद्वारे उर्जेचा प्रवाह अगदी समान भूमिका बजावतो. हे पदार्थांच्या चक्राचे "चाक फिरवते" आणि त्याद्वारे जीवमंडलाचे अस्तित्व आणि विकास सुनिश्चित करते. ऊर्जेचा प्रवाह थांबताच, बायोस्फीअरचे "जीवनाचे चाक" थांबेल.

पृथ्वीच्या गोलाकारपणामुळे वेगवेगळ्या अक्षांशांवर येणाऱ्या ऊर्जेचे प्रमाण सारखे नसते. हे कमी अक्षांशांवर जास्तीत जास्त आणि उच्च अक्षांशांवर किमान आहे. उपोष्णकटिबंधीय आणि उष्णकटिबंधीय झोनमध्ये, पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर दरवर्षी 220 kcal/cm2, किंवा 924 kJ/cm2, उष्णता मिळते आणि ध्रुवीय प्रदेशात - सुमारे 70 kcal/cm2, किंवा 294 kJ/cm2. या रकमेपैकी केवळ 0.5% उर्जा पार्थिव वनस्पतींद्वारे निव्वळ प्राथमिक उत्पादनामध्ये साठवली जाते. ही 0.5% संचित उर्जा आहे जी तुमच्या आणि माझ्यासह पृथ्वीवरील जीवनाचे अस्तित्व सुनिश्चित करते. वनस्पति आवरण ही एक प्रचंड बॅटरी आहे जी पृथ्वीवर राहणाऱ्या सर्व जीवांना अखंडपणे ऊर्जा पुरवते. ही ऊर्जा बायोस्फियरमध्ये कशी प्रसारित होते हे आपण अन्नसाखळीकडे पाहिले तेव्हा आपण पाहिले. हे आधीच वर नमूद केले आहे की निसर्गात खूप लांब अन्न साखळी असू शकत नाही. का? असे दिसून आले की खूप लांब असलेल्या अन्न साखळ्या उर्जेच्या दृष्टिकोनातून हानिकारक आहेत. खाल्लेल्या अन्नातून मिळालेल्या उर्जेपैकी फक्त 10% ऊर्जा त्याच्या "थेट उद्देशासाठी" वापरली जाते, म्हणजेच, प्राण्यांच्या शरीरातील सेंद्रिय पदार्थांच्या संश्लेषणासाठी जाते, खालच्या दुव्यांमधून हलवताना हस्तांतरित उर्जेचे प्रमाण वेगाने कमी होते. वरची साखळी:

अशाप्रकारे, पाच दुव्यांचा समावेश असलेल्या साखळीच्या शेवटी असलेल्या प्राण्याला वनस्पतींद्वारे जमा झालेल्या उर्जेपैकी केवळ 0.0001 ऊर्जा प्राप्त होईल आणि त्याची सामान्य जीवन क्रिया टिकवून ठेवण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात वनस्पती बायोमास खर्च करणे आवश्यक असेल. यामुळेच निसर्गात खूप लांब अन्नसाखळी असलेल्या इकोसिस्टमचे अस्तित्व अशक्य होते.

आपल्या ग्रहाचे जिवंत कवच (बायोस्फियर) सतत सौर ऊर्जा, तसेच पृथ्वीच्या आतड्यांमधून येणारी ऊर्जा शोषून घेते. सर्व ऊर्जा एका सजीवातून दुसऱ्या जीवात बदललेल्या स्वरूपात हस्तांतरित केली जाते आणि वातावरणात प्रवेश करते. हे ऊर्जा प्रवाह सतत "प्रवाह" स्थितीत असतात आणि बायोमासच्या निर्मितीमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात.

अंदाजे 21x1023 kJ ऊर्जा दरवर्षी पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पडते. या रकमेपैकी, वनस्पतींनी व्यापलेले पृथ्वीचे क्षेत्र आणि त्यामध्ये असलेल्या वनस्पती आणि पाण्याचे शरीर केवळ 40% आहे. परावर्तन आणि इतर कारणांमुळे होणारी रेडिएशन ऊर्जेची हानी लक्षात घेता, प्रकाशसंश्लेषणाची उर्जा उत्पन्न, जी 2% पेक्षा जास्त नाही, प्रकाशसंश्लेषण उत्पादनांमध्ये दरवर्षी साठवलेल्या ऊर्जेचे एकूण प्रमाण 2.0x1022 kJ पर्यंत पोहोचणारे मूल्य म्हणून व्यक्त केले जाऊ शकते. .

स्वच्छ उत्पादनांच्या निर्मितीव्यतिरिक्त, ग्रहाच्या कोरड्या भागाचे जिवंत आवरण श्वासोच्छवासासाठी बायोस्फियरमध्ये प्रवेश करणारी सौर ऊर्जा वापरते: स्वच्छ उत्पादनांच्या निर्मितीसाठी आवश्यक असलेल्या उर्जेपैकी सुमारे 30-40%. अशा प्रकारे, जमिनीवरील वनस्पती एकूण (स्वच्छ उत्पादने आणि श्वासोच्छ्वास तयार करण्यासाठी) वार्षिक सुमारे 4.2x1018 kJ सौर उर्जेचे रूपांतर करते.

बायोमासचे अस्तित्व आणि निर्मिती आजूबाजूच्या जागेतून ऊर्जा आणि पदार्थांच्या सतत पुरवठ्याशी संबंधित आहे. पृथ्वीच्या कवचातील बहुतेक पदार्थ सजीवांच्या माध्यमातून जातात आणि पदार्थांच्या जैविक चक्रात प्रवेश करतात, ज्यामुळे बायोस्फीअर तयार होते आणि त्याची स्थिरता निश्चित होते. मध्ये राहतात बायोस्फीअरसतत प्रवाहामुळे उत्साहीपणे राखले गेले सौर उर्जाआणि प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेत त्याचा वापर.

जिवंत पेशींच्या रेणूंमध्ये प्रवेश केल्याने, सूर्याकडून येणारा ऊर्जेचा प्रवाह रासायनिक बंधांच्या ऊर्जेत रूपांतरित होतो. प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान, वनस्पती कमी-ऊर्जा असलेल्या पदार्थांचे (H2O आणि CO2) अधिक जटिल सेंद्रिय संयुगांमध्ये रूपांतर करण्यासाठी सूर्याच्या तेजस्वी उर्जेचा वापर करतात, जेथे सूर्याची काही ऊर्जा रासायनिक बंधांच्या स्वरूपात साठवली जाते. प्रकाशसंश्लेषणाच्या परिणामी प्राप्त होणारे सेंद्रिय पदार्थ हे वनस्पतीसाठीच ऊर्जेचा स्त्रोत असतात किंवा उपभोगाच्या वेळी आणि त्यानंतरच्या एका जीवातून दुसऱ्या जीवात हस्तांतरित होतात.

सेंद्रिय यौगिकांमध्ये असलेली ऊर्जा सोडणे देखील किण्वन किंवा श्वासोच्छवासाच्या प्रक्रियेदरम्यान होते. सप्रोफाइट्स (बुरशी, हेटरोट्रॉफिक जीवाणू, काही वनस्पती आणि प्राणी) बायोमासचे अवशेष त्यांच्या घटक अजैविक भागांमध्ये (खनिजीकरण) विघटित करतात, सायकलमध्ये रासायनिक घटक आणि संयुगे यांचा सहभाग वाढवतात, ज्यामुळे सेंद्रिय पदार्थांच्या उत्पादनाचे नियमित चक्र सुनिश्चित होते.

बायोस्फियर ही एक खुली थर्मोडायनामिक प्रणाली आहे जी सूर्यापासून तेजस्वी ऊर्जा आणि पृथ्वीच्या कवच आणि ग्रहाच्या गाभ्यामध्ये पदार्थांच्या किरणोत्सर्गी क्षय प्रक्रियेतून औष्णिक ऊर्जा प्राप्त करते. किरणोत्सर्गी ऊर्जा, ज्याचा वाटा ग्रहाच्या उर्जा संतुलनामध्ये अजैविक टप्प्यांमध्ये महत्त्वपूर्ण होता, आता बायोस्फीअरच्या जीवनात लक्षणीय भूमिका बजावत नाही आणि आज उर्जेचा मुख्य स्त्रोत सौर विकिरण आहे. दरवर्षी पृथ्वीला सूर्यापासून ऊर्जा मिळते, जी सुमारे 10.5 * 1020 kJ आहे. यातील बहुतांश ऊर्जा ढग, धूळ आणि पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरून परावर्तित होते (सुमारे 34%), वातावरण, लिथोस्फियर आणि महासागरांना गरम करते, त्यानंतर ती अवरक्त किरणोत्सर्गाच्या (42%) स्वरूपात बाह्य अवकाशात विसर्जित होते, त्यावर खर्च होते. पाण्याचे बाष्पीभवन आणि ढगांची निर्मिती (23%), हवेच्या लोकांच्या हालचालीवर - वाऱ्याची निर्मिती (सुमारे 1%). आणि पृथ्वीवर पडणाऱ्या सौर ऊर्जेपैकी फक्त ०.०२३% उत्पादकांनी - उच्च वनस्पती, एकपेशीय वनस्पती आणि फोटोट्रॉफिक जीवाणू - कॅप्चर केले जातात आणि सेंद्रिय संयुगांच्या रासायनिक बंधांमधून ऊर्जेच्या स्वरूपात प्रकाशसंश्लेषण प्रक्रियेत साठवले जातात. वर्षभरात, प्रकाशसंश्लेषणाच्या परिणामी, सुमारे 100 अब्ज टन सेंद्रिय पदार्थ तयार होतात, जे कमीतकमी 1.8 * 1017 kJ ऊर्जा साठवतात.

ही बद्ध ऊर्जा ग्राहक आणि विघटन करणाऱ्यांद्वारे अन्नसाखळीमध्ये वापरली जाते आणि त्यामुळे, सजीव पदार्थ कार्य करतात - पृथ्वीच्या कवचामध्ये रासायनिक घटक एकाग्र करते, रूपांतरित करते, जमा करते आणि पुनर्वितरण करते, निर्जीव पदार्थांचे चुरा आणि एकत्रित करते. सजीव पदार्थाचे कार्य प्रकाशसंश्लेषणादरम्यान साठवलेल्या जवळजवळ सर्व सौर ऊर्जेच्या उष्णतेच्या स्वरूपात विसर्जनासह होते. या "प्रकाशसंश्लेषक" ऊर्जेचा केवळ एक टक्का अंश अन्न साखळीत प्रवेश करत नाही आणि पीट, कोळसा, तेल आणि नैसर्गिक वायूच्या सेंद्रिय पदार्थांच्या स्वरूपात गाळाच्या खडकांमध्ये जतन केला जातो.

तर, बायोस्फीअरद्वारे केलेल्या कामाच्या प्रक्रियेत, कॅप्चर केलेली सौर उर्जेचे रूपांतर होते, म्हणजेच ती तथाकथित उपयुक्त कार्य करण्यासाठी जाते आणि नष्ट होते. या दोन प्रक्रिया दोन मूलभूत नैसर्गिक नियमांचे पालन करतात - थर्मोडायनामिक्सचे पहिले आणि दुसरे नियम. थर्मोडायनामिक्सचा पहिला नियम बहुतेक वेळा ऊर्जेच्या संवर्धनाचा नियम म्हणून ओळखला जातो. याचा अर्थ असा की ऊर्जा निर्माण किंवा नष्ट होऊ शकत नाही, ती फक्त एका रूपातून दुसऱ्या रूपात बदलू शकते. ऊर्जेचे प्रमाण बदलत नाही.

पर्यावरणीय प्रणालींमध्ये, अनेक ऊर्जा परिवर्तने घडतात: सूर्याची तेजस्वी ऊर्जा, प्रकाशसंश्लेषणामुळे, उत्पादकांच्या सेंद्रिय पदार्थांच्या रासायनिक बंधांच्या ऊर्जेत रूपांतरित होते, उत्पादकांनी संचयित केलेली ऊर्जा - सेंद्रिय पदार्थांमध्ये जमा झालेल्या उर्जेमध्ये. विविध स्तरांचे उपभोक्ते, इ. आधुनिक मानवी समाज देखील एका उर्जेचे मोठ्या प्रमाणात दुसऱ्या उर्जेमध्ये रूपांतर करतो. थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा नियम उर्जेच्या एका रूपातून दुसऱ्या रूपात परिवर्तनाच्या प्रक्रियेदरम्यान गुणात्मक बदलांची दिशा ठरवतो. कायद्यात उर्जेच्या एका रूपातून दुसऱ्या रूपात संक्रमणादरम्यान उपयुक्त आणि निरुपयोगी कार्याचे गुणोत्तर वर्णन केले आहे आणि ऊर्जेच्या गुणवत्तेची कल्पना दिली आहे.

थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा नियम, माझ्या मते, निसर्गाच्या नियमांमध्ये राज्य करतो. आणि जर तुमची गृहीतक या कायद्याला विरोध करत असेल तर मी तुम्हाला मदत करू शकत नाही. (ए. एडिंग्टन, इंग्रजी खगोलशास्त्रज्ञ.

आपण हे लक्षात ठेवूया की ऊर्जा म्हणजे कार्य करण्याची प्रणालीची क्षमता होय. परंतु उर्जेच्या कोणत्याही परिवर्तनासह, त्याचा फक्त काही भाग उपयुक्त कार्य करण्यासाठी खर्च केला जातो. उर्वरित उष्णतेच्या स्वरूपात अपरिवर्तनीयपणे विसर्जित केले जाते, म्हणजे. कणांच्या यादृच्छिक हालचालींच्या गतीमध्ये वाढ होण्याशी संबंधित रिक्त काम केले जाते. उपयुक्त कार्य करण्यासाठी खर्च केलेल्या उर्जेची टक्केवारी जितकी जास्त असेल आणि त्यानुसार, उष्णतेच्या रूपात जितकी कमी टक्केवारी उधळली जाईल तितकी मूळ उर्जेची गुणवत्ता जास्त मानली जाते. उच्च-गुणवत्तेच्या ऊर्जेचे रूपांतर कमी-गुणवत्तेच्या ऊर्जेपेक्षा अतिरिक्त ऊर्जा खर्चाशिवाय इतर प्रकारच्या उर्जेमध्ये केले जाऊ शकते.

कमी दर्जाची ऊर्जा ही यादृच्छिक ब्राउनियन गतीची ऊर्जा आहे, म्हणजेच थर्मल. ते उपयुक्त काम करण्यासाठी वापरले जाऊ शकत नाही. उपयुक्त काम करण्यासाठी अयोग्य असलेल्या कमी दर्जाच्या ऊर्जेचे प्रमाण एन्ट्रॉपी असे म्हणतात. सोप्या भाषेत सांगायचे तर, एन्ट्रॉपी हे प्रणाली आणि प्रक्रियांच्या अव्यवस्थितपणा, अव्यवस्था आणि यादृच्छिकतेचे एक माप आहे.

तर, थर्मोडायनामिक्सच्या दुसऱ्या नियमानुसार, कोणतेही कार्य उच्च-गुणवत्तेच्या ऊर्जेचे निम्न आणि निम्न गुणवत्तेच्या ऊर्जेमध्ये रूपांतरित होते - उष्णता - आणि एंट्रॉपीमध्ये वाढ होते.

थर्मोडायनामिकली बंद प्रणालीमध्ये एंट्रॉपी कमी करणे अशक्य आहे जी बाहेरून ऊर्जा प्राप्त करत नाही - शेवटी, अशा प्रणालीची सर्व उच्च-गुणवत्तेची ऊर्जा शेवटी कमी-गुणवत्तेच्या उर्जेमध्ये बदलते आणि उष्णता कमी होते. तथापि, खुल्या थर्मोडायनामिक प्रणालीमध्ये, बाहेरून येणारी उच्च-गुणवत्तेची ऊर्जा वापरून आणि प्रणालीबाहेरील निम्न-गुणवत्तेची ऊर्जा काढून टाकून एन्ट्रॉपीच्या वाढीचा प्रतिकार करणे शक्य आहे.

विश्व ही एक बंद प्रणाली आहे आणि त्यात एन्ट्रॉपी सतत वाढत आहे. परंतु बायोस्फियर ही एक खुली प्रणाली आहे जी उच्च-गुणवत्तेच्या तेजस्वी ऊर्जेचा बाह्य स्रोत - सूर्य - वापरून आणि कमी-गुणवत्तेची औष्णिक ऊर्जा बाह्य अवकाशात पसरवणारी स्वतःची निम्न पातळी एन्ट्रॉपी राखते. म्हणून, भौतिक एंट्रॉपी (बंद प्रणालीची एन्ट्रॉपी) व्यतिरिक्त, पर्यावरणशास्त्रात ते "इकोलॉजिकल एन्ट्रॉपी" ची संकल्पना वापरतात - थर्मल उर्जेचे प्रमाण अंतराळात अपरिवर्तनीयपणे विखुरलेले असते, ज्याची भरपाई बाह्य ऊर्जाच्या रूपांतरित उर्जेद्वारे केली जाते. स्रोत - सूर्य.