Biosfera

I

Viaţa sub diverse forme de organizare poate exista în diferite împrejurări. Acea parte a globului pământesc (litosfera, hidrosfera şi atmosfera) care este populată de organisme vii (plante, animale, microorganisme) se numeşte biosferă (din gr. „bios” – viaţă, „sphaira” – glob).

Termenul „biosferă” în literatura ştiinţifică a apărut în 1876 graţie savantului austriac Eduard Suess. El afirma: „Un lucru pare străin pe acest copr imens, alcătuit din diferite sfere (geologice)... La suprafaţa continentelor se poate distinge o biosferă de sine stătătoare”.

Fondatorul concepţiei despre biosferă este considerat savantul rus V.I. Vernadski, care în 1924 a publicat lucrarea sa „Biosfera”. El a completat definiţia astfel:

pe planeta noastră în biosferă nu există viaţă independentă de mediu şi substanţa viu, adică totalitatea organismelor legate în cel mai strâns mod de mediul ambiant. Dânsul a remarcat două particularităţi generale ale biosferei:

1. biosfera reprezintă învelişul viu al pământului;

2. biosfera reprezintă învelişul pământului care transformă radiaţia cosmică în energie (electrică, chimică, mecanică, de căldură).

Ultima definiţie a biosferei este următoarea:

Biosfera – este un sistem eterogen de dimensiuni planetare care integrează materia vie şi componentele anorganice ale scoarţei terestre într-un tot unitar, conectat la câmpul energetic al ecosistemului.

Dimensiunile spaţiale ale biosferei. Există mai multe puncte de vedere (concepţii, metodologii) cu privire la graniţele biosferei, punându-se în primul rând accentul pe compoziţia ei chimică. Principalele sunt trei:

1. Abordarea formală a problemei, conform căreia, după V. I. Vernadskii, grosimea biosferei este limitată la câţiva kilometri, cuprinzând nu numai roca-mamă, pe care este situat solul, dar şi un strat important de roci magmatice. Autorul opina că roca-mamă şi rocile magmatice de sub aceasta fac parte din structura biosferică, numindu-le „fostele biosfere", dat fiind că în trecut ele au fost metamorfozate şi influenţate geochimic de către lumea organică vie (substanţa vie) din perioadele geologice precedente.

2. Abordarea structurală, conform căreia biosfera cuprinde numai zonele în care activitatea organismelor vii este maximă. După A. N. Tiuriukanov (2001), aceste zone active poartă denumirea de vitasferă (- sfera vieţii). În literatura vest-europeană şi americană se foloseşte termenul parabiosferă. În limitele abordării structurale, în biosferă trebuie incluse zonele care cuprind toate cele trei componente ale structurii biosferei:

a) totalitatea organismelor vii.

b) produsele activităţii acestora (metaboliţii mediului).

c) substanţa complexă bioinertă, care, la rândul ei, reprezintă rezultatul interacţiunilor funcţionale (biogeochimice) ale substanţei vii, materiei biogene şi inerte; în urma acestor interacţiuni se formează sisteme care manifestă proprietăţi emergente (cu totul noi). Un astfel de exemplu poate servi solul.

3. Abordarea funcţională, în cadrul căreia se pune problema măsurii includerii în componenţa biosferei a unei anumite părţi a substanţei inerte. Răspunsul la această întrebare, parţial, l-a dat V. I. Vernadskii, care afirma că în biosferă are loc un circuit (schimb) permanent al atomilor dintre materia inertă, lipsită de viaţă, şi organismele vii, circuit ce străbate întreaga biosferă şi determină condiţiile ei de existenţă. Această abordare biogeochimică reprezintă un interes deosebit, deoarece ea cuprinde nu numai cele trei componente menţionate mai sus, dar şi substanţa inertă.

În afară de fluxul (circuitul) biogen, V. I. Vernadskii a abordat şi o altă caracteristică fundamentală a biosferei, şi anume pe cea privind caracterul plastic (dinamic) al procesului ei evolutiv, caracteristic în special substanţei vii. Pe parcursul mai multor milioane de ani ai evoluţiei biologice, acest proces s-a transferat din natura vie în cea nevie şi s-a reflecta în însuşirile corpurilor bioinerte / biogene, care joacă un rol deosebit în biosferă. V. I. Vernadii. a inclus aici: solurile, cărbunii, şisturile, bitumurile, calcarurile, rocile organogene etc.

Aşadar, în cadrul abordării funcţionale, V. I. Vernadskii a determinat criteriul de bază al biosferei, implicit şi al graniţelor ei - circuitul elementelor chimice, care poate servi ca reper universal pentru identificarea dimensiunilor biosferei.

Din punct de vedere strict spaţial (dimensional), biosfera se extinde astfel:

1. În hidrosferă (faza fizică lichidă a materiei) – cuprinzând-o în оntregime - până la adâncimile ei maxime (de exemplu, Groapa (fosa) Marianelor din vestul Oceanului Pacific - peste 11 km).

2. În atmosferă (faza fizică gazoasă a materiei) – limita superioară a biosferei este condiţionată de pragul critic al intensităţii radiaţiilor solare, dincolo de care viaţa este imposibilă. Această limită este stratul de ozon (30 - 35 km de la suprafaţa Terrei) care, pentru viaţa terestră joacă un rol extrem de important: absoarbe practic toate razele ultraviolete mortale pentru organismele vii (la suprafaţa planetei aceste raze constituie numai o sutime de procent din fluxul total al radiaţiei solare); de aceea adesea stratul de ozon mai este denumit şi „ecran de ozon", care refractează cea mai mare parte a razelor ultraviolete. Trebuie să subliniem că, însăşi ozonul reprezintă un gaz toxic pentru organismele vii, concentraţia lui maxim admisibilă inofensivă la suprafaţa pământului fiind de circa 0,00005 %, după volum; în chiar zona stratului de ozon, la înălţimea de 15-26 km, concentraţia lui este de 0,001 %.

3. În litosferă (faza fizică solidă a materiei) – biosfera ocupă numai stratul (crusta) superficial. Aici graniţa inferioară a vieţii este difuză, având un caracter mai puţin stabil, din punct de vedere spaţial, decât în hidrosferă (fundul oceanului) şi în atmosferă (stratul de ozon). Se observă totuşi o anumită legitate: în litosferă, pe măsura adâncirii în straturile ei, densitatea pedobionţilor descreşte considerabil. O răspândire mai mult sau mai puţin compactă se observă numai în limitele a câtorva zeci de metri. Excepţie sunt bacteriile care se întâlnesc în apele zăcămintelor petrolifere, la adâncimea de până la 2 - 3 km (foarte rar până la 4,5 km). Poziţia graniţei inferioare litosferice a biosferei se schimbă esenţial în funcţie de:

1. structura geologică a stratului respectiv.

2. condiţiile hidrologice.

3. gradientul termic.

Acesta din urmă se caracterizează prin creşterea temperaturii rocilor scoarţei terestre la fiecare 100 m adâncime. În diferite locuri, gradientul termic prezintă diferite valori, de obicei variind de la 0,5 – 1,0 pînă la 20°C la fiecare 100 m, constituind, în medie, 3°C. Aşadar, factorul principal care limitează răspândirea vieţii în litosferă este temperatura, ea având, de regulă, pentru cele mai rezistente fiinţe vii de aici - bacteriile - limita maximă medie de circa 100°C.

De aceea, în concluzie, vom menţiona că graniţa inferioară a biosferei în litosferă este cea termică, adică adâncimea la care temperatura rocii atinge 100°C. Desigur că în condiţiile mediului litosferic temperatura nu este factorul exclusiv pentru răspândirea vieţii. Trebuie luaţi în consideraţie şi alţi factori: structura mecanică a solului (rocilor), regimul hidric, concentraţia de substanţe nutritive etc. Prin urmare, graniţa reală a biosferei în litosferă nu poate fi stabilită cu toată exactitatea, aşa cum e cazul în celelalte două geosfere (hidrosferă şi atmosferă).

II

Materia vie de pe terră constituită din organismele vii se află într-un schimb continuu cu materia abiotică, adică are loc activitatea goechimică a materiei vii (de exemplu, plantele îmbogăţesc atmosfera cu oxigen în timpul fotosintezei, animalele elimină prin respiraţie bioxid de carbon, pe care plantele îl absorb şi formează substanţa organică, microorganismele descompun substanţa organică, astfel se petrece schimbul de substanţă). Deci, materia vie sau biomasa joacă un rol primordial în procesele biosferei şi îndeplinesc următoarele funcţii:

1. Funcţia gazoasă sau producerea gazelor. Metabolismul organismelor, respiraţia lor şi schimbul de substanţă cu mediul înconjurător cuprinde o parte amplă de funcţii privind reacţiile gazoase ce duc la inspiraţia şi expiraţia oxigenului, bioxidului de carbon, a vaporilor de apă.

O parte componentă a funcţiei gazoase a substanţei vii este şi cea a oxigenului, care reprezintă totalitatea reacţiilor fotosintetizante, ce determină (ziua) eliminarea şi acumularea oxigenului în atmosferă. Din momentul când au apărut plantele verzi inferioare, funcţia de oxigen a substanţe vii se extinde necontenit.

În sol, în stratul aflat imediat de sub sol şi în statul superficial al rocii de eroziune se acumulează cantităţi considerabile de diferite gaze biogene.