Биогенді элементтер

Соңғы жылдары жүниежүзілік мұхиттар мен барлық сулардың ластануы, оның сапасын нашарлата түсуде. Олар – мұхиттарда соғыс корабльдерінің көбеюі, мұнайды тасымалдау, атом қаруларын сынау, өндіріс пен ауыл шаруашылығы өнімдерінің тасталуы, радиактивті қалдықтардың лақтырылуы, тағы басқа зиянды заттардың қоймасына айналуы экологиялық жағдайын тіршілік ырғағына зиянды деңгейде көтеруде. Оның үстіне дүниежүзілік ауыз су проблемасы планета тұрғындарының Африка, Орта және Кіші Азия, Австралия, Орталық Азия бөлігін қамтып, әлемдік экологиялық проблемалар шеңберін ұлғайта түсуде.

Жер қабығы (литосфера) – бүкіл тіршіліктің қолайлы ортасы және тірегі ретінде биосфера шегінде үлкен роль атқарады. Оның түп негізін әр түрлі минералдар жиынтығы, тау жыныстары, органикалық қалдықтар мен метаморфтық тау жыныстары құрайды.

Литосфера терминін алғаш ғылымға енгізген Э.Зюсс. Оның денін мантия қабатының жоғарғы бетінен бастап жер қабығы құрайды. Яғни, жер қабатының Махорович (Мохо) шекарасынан бастап құрлық бетіне дейінгі 70 км, ал мұхит бетіне дейінгі 10 км қалыңдықты қамтиды.

Жер қабатының континентальды және мұхиттық қабатын ажыратуға болады. Олар бір-бірінен құрамындағы тау жыныстарының сипатына қарай жіктеледі. Мәселен, мұхиттық қабат – базальт, ал континентальды қабат – гранит жыныстарынан тұрады.

Литосфераның химиялық құрылымы негізінен оттегі, кремний, алюминий, темір, кальций, магний, натрий және калий элементтерінен тұрады. Оның ішінде оттегінің үлес салмағы 47,3% және 92% көлем алуы ерекше жағдай. Оттегі басқа химиялық элементтерден тығыз қосылыс күйінде минералды жыныстардың негізін құрайды. Жалпы алғанда жер қабығының 9,2% - тау жыныстары, 20% - метаморфтық, ал 70,8% - магматикалық жыныстар алып жатыр.

4.Биосферадаға зат айналымы

В.Н.Вернандскийдің ілімі бойынша, тірі организмдер күн сәулесінің электромагниттік энергиясын потенциалды химиялық энергияға айналдырады. Химиялық энергия механикалық энергияға өзгеріп, түрлі күрделі биохимиялық процестер биосферада үздіксіз жүріп отырады. Бұл жөнінде жердің жасыл желегі ерекше роль атқарады. өйткені өсімдіктердің құрамында жасыл хлорофил бар. “Хлорофилдің жасыл түйіршігі”, - деп жазды. К.А.Тимирязев, - әлемдік кеңістіктің  нүктесі, фокусы. Оған бір жағынан күн энергиясы ағылып келіп жатады, ал екінші жағынан, одан жер бетіндегі тіршілік өзінің бүкіл қажетін алып отырады”.

Жерге күннен секундына 1,1·1026 калория энергия келіп сіңеді. Оның 42 процентін жер әлемдік кеңістікке таратады да, қалған 57% өз бойында сақтайды. 1% энергия өсімдіктерге жиналады. Бұл энергия жердің жасыл желегінде болатын фотосинтез процесінде жұмсалады. К.А.Тимирязевтің сөзімен айтқанда, жердің жасыл желегі аспан мен жер арсындағы дәнекер болып есептелінеді. Күн сәулесінің электромагниттік энергиясы өсімдік организімінде химиялық энергия ретінде сақталынады немесе консервіленеді. Ал химиялық энергия жан-жануар организімінде механикалық энергияға айналады да бірнеше күрделі жұмыстарды жасауға жұмсалады. Жан-жануарларды гетеротрофты организмдер деп аталады. Себебі олар дайын органикалық заттармен қоректененді.

Фотосинтез процесінде бөлініп шыққан оттегі бүкіл адамзат, жан-жануарларға және басқадай аэробты (оттегімен тыныс алатын) организмдерге қажет. Жердің жасыл желегі фотосинтез процесі арқылы жылына ауаға 400 миллиард тонна оттегін бөліп шығарады. Биосфераға осындай көлемде оттегі қосылып отырса ғана ауадағы оттегінің мөлшері азаймайды.

Жер бетіндегі жасыл өсімдіктер мен судағы балдырлар өздерінің пайда болған кезінен бастап 550 миллион жыл ішінде атмосфераға оттегінің 24,3·1015 тонна қорын жасады.

Жер жүзіндегі өсімдіктердің массасы 323 миллиард тонна (құрғақ зат есебімен алынғанда). Оның 74% құрғақ жерде өсетін өсімдіктердікі, 26% суда тіршілік ететін балдырлардікі. Осы органикалық заттың 40% көміртегініің үлесіне тиеді.

Тірі организмдер жылына 93 миллиард тонна көміртегінсіңіреді. Оның 24 миллиард тоннасын жер бетіндегі организмдер, 69 миллиард тоннасын судағы организмдер қабылдайды.

Осы мөлшерде көміртегі ауадағы көмір қышқыл газынан алынады. Көміртегі өсімдіктерге сіңірілгенімен оның ауадағы мөлшері ешқандай да азаймайды. Себебі, органикалық заттар жерде жатып шіриді де құрамындағы көміртегін ауаға таратып отырады. Ауадағы көміртегінің мөлшері 2,3·1012 тонна.

Көмір қышқыл газы ауаға жануартаулардың атқылауынан, ыстық бұлақтардан, адамдар мен жануарлардың дем алуынан, жағылған отындардан (мұнай, газ, көмір, шымтезек) қосылып отырады. Отқа жағылған заттардан жылына ауаға 1·1010 тонна көмір қышқыл заты тарайды. Ауадан мұхиттарға айналым жасайтын көмір қышқыл газы 300-500 жылдың ішінде толық айналым жасайды.

Мұхиттарда 1,3·1014 тонна көмір қышқыл газы бар, яғни ол ауадағыдан 60 есе көп.

Жан-жануарлар және басқадай тірі организмдердің бойындағы көміртегі де айналым жасайды. Ол ауадан жерге, жерден ауаға қарай көшіп отырады. Жер бетінде жасыл өсімдік пайда болғаннан бері 10000 миллиард тонна көміртегінің қоры жасалынды. Өсімдіктер жер бетінде 550 миллион жыл өсіп келеді. Өсімдік организмдегі жиналған көміртегі тас көмірдің, шымтезектің, табиғи газдың және тағы басқа жанар майлардың Ұбиогенді заттардыңҚ құрамында кездеседі. Олардың құрамындағы көміртегі 71,3·1015 тонна, яғни 7,1 триллион тонна. Теңіз не мұхит суоларындағы түрлі жәндіктер мен балдырлар организмдегі 8·108 тонна көміртегі суға келіп қосылады. Көміртегі өте ұсылғыш элемент.ол тірі организмдерден  атмосфераға, атмосферадан тірі организмдерге сіңеді де, биосферада циклді айналым жасайды. Сондай-ақ сутегі де және басқадай газдар да көміртегі сияқты айналым жасап отырады. Қорыта келгенде айтатынымыз, биосферадағы химиялық элементтердің айналуының негізгі факторы тірі организмдер болып есептелінеді.

Бұл айналым екі процеспен өтеді: 1) күн сәулесінің қатынасымен органикалық заттардан қант, белок және органикалық қышқылдар түзіледі;2) органикалық заттар ыдырайды да ондағы энергиялар бөлініп шығады. Ол энергиялар әртүрлі процестерге жұмсалынады. Органикалық заттардың құрамындағы элементтер минералды қосылыстарға ауысады. Сөйтіп топырақтағы минералды элементтерді көбейтеді.

Айналым жасайтын элементтердің қабілеті бәрінде бірдей емес. Д.И.Менделеевтің периодтық системасындағы химиялық элементтердің көпшілігі активті түрде биосферада айналым жасайды. Айналым негізінен екі жолмен өтіп отырады:1) ауалық айналым – мұнда элементтердің ішіндегі ең негізгі өзгеретіндері оттгеі, сутегі, азот, көміртегі; 2) судағы айналым – мұнда минералды элементтер ион түрінде, болмаса молекула күйінде жер асты, өзен, көл, теңіз, мұхит суларында алмасады. Бұл айналымға элементтердің көпшілігі қатысып отырады. Атап айтқанда, натрий, магний, темір, күкірт,хлор, калий, марганец, фтор және тағы басқа толып жатқан макро және миероэлементтер алмасады.

Биосферадағы органикалық заттардың түзілуінде көміртегі, оттегі, сутегі және азот ауада айналым жасайды. Бұл газдардың ауадағы мөлшері әр қилы. Жалпы алғанда 98% әртүрлі газдар бар. Тірі организмдер тіршілік қабілетін жойғаннан кейін жерде жатып ыдырайды да газға айналады. Ол қайтадан тірі организмдердің денесіне енеді. Сөйтіп биосферада үнемі биохимиялық айналым жүріп тұрады.

Биосфера өте көлемді болғандықтан және жердің әр түрлі минералдардан құралуына сәйкес айналым да әр қилы болып келеді. Биосферадағы органикалық және анорганикалық заттардың айналымы абиотикалық (температура, ылғал, күн сәулесі) және биотикалық (бактериялар, өсімдікиер, жан-жануарлар) факторлары арқылы өтіп отырады.

5.Абиотикалық және биотикалық факторлары бірімен –бірі тығыз байланысты. Кейбір жағдайда абиотикалық және биотикалық факторлар организмдер қолайлы болып келсе, кейде қолайсыз болып келеді. Өйткені бұлар біріне- бірі қарама- қарсы болып келеді. Жан-жануарлардың тіршілік етуінде үнемі өзгеріп тұратын температура, ылғал, күн сәулесі үлкен роль атқарады.

Бұған жер шарындағы мұхиттармен теңіздер әсер етеді. Сондай- ақ географиялық нүктелерге де байланысты. Мысалы, географиялық нүктелер температурасының өзгеруі -40ºС-тан +40ºС-қа дейін жетеді. Тек экваторда температура бір қалыпты +25ºС-та болады. Экватордан солтүстікке қарай бір градус ендікке өткен сайын ауаның жылдық орташа температурасы белгілі бір заңдылықпен 0,5 градуысқа төмендеп отырады. Ал аспанға қарай көтерілгенде температура әр жүз метр сайын 0,5 градус төмендейді. Биосфераның әр жерінде температурасы әр түрлі болады. Температураның өзгеруіне байланысты организмдер өсіп дамиды. Оған сәйкес жануарлардың өсімдіктердің және басқа жәндіктердің түрлері көп болады. Мысалы, омыртқасыз тері жәндіктерінің көпшілігі +30 градусқа дейінгі температурада тіршілік етеді. Жоғарғы сатыдағы өсімдіктердің өсетін ортасында температура +30, +40 градустан аспайды. Бірақ кейбір өсімдіктер ( балдырлар) +20градуста да өсе береді. Ал бактериялар көк – жасыл балдырлар ыстық бұлақтармен бастауларда да өсіп- өнеді. Ондағы судың температурасы +70, +80 градусқа дейін барады.

Жануарлар мен өсімдіктердің тіршілігіне биосфераның температурасы әр қилы әсер етеді. Олардың онтогенезінің (жеке дамуының жылдамдығы, өмірінің ұзақтығы, өсіп-өнуібиосфераның температурасына) тікелей байланысты болады. Осы кризистік нүктеге жеткен соң, дененің жасырын жылу бөлініп шығады да оның температурасы кенет көтеріледі, кейіннен басылып қалады. Организм клеткаларындағышырын мұзға айналады. Соның салдарынан адам, жан-жануарлар, өсімдіктердің кейбір түрлері анабиоз (жансыз) қалпына көшеді. Клеткалардағы зат алмасу процесі баяулайды. Бірақ мүлдем тоқтап қалмайды.

Температураның өзгеруіне қарай өсімдіктер мен жануарлардың бірнеше жолмен бейімделушілік қасиеті байқалады. Мысалы, ауаның температурасы көтерілген кезде, өсімдіктер буланып, салқындайды. Бірқатар жағдайларда, әсіресе шөл, шөлейт аймақтарда жаз айларының ыстық кезінде өсімдіктердің көптеген түрлері анабиоз қалпына келеді.

Құстар мен сүтқоректілердің басқа жануарлардың көпшілігінің организмнің температурасы тұрақтсыз келеді де өзін қоршаған биосфераның температурасына қарай өзгеріп отырады. Олардың организмдегі зат алмасу процесі бірқалыпты өспейді. Мұндайлардың пойкилотермиялы (құбылмалы) жануарлар деп атайды. Сонымен бірге гомотермиалды (тұрақты) жануарлар да бар. Бұған құстар мен сүтқоректілер жатады. Жылы қаңдылардың зат алмасу процестері үнемі жоғары дәрежеде жүріп отырады. Міне, осыған орай олардың температурасы белгілі бір қалыпта ұсталып тұрады. Құстардың тіршілігінің жылуы 40 градустан жоғары болады. Сүтқоректілердің температурасы бұдан төмен келеді.

Ылғал. Биосфераның ылғалдылығы бірқалыпта тұрмайды. Бұл көбінесе жауын-шашынға байланысты. Әр географиялық аудандарда әр мөлшерде жауын жауады. Жан-жануарлардың, өсімдіктердің және адамдардың организмде көп су бар. Ол қорек заттарды тарату, экстременттерді сыртқа шығару және жылудың алмасу (терморегуляция) міндетін атқарады. Осыған орай жануарлар мен өсімдіктерге суды сақтайтын бейімделушілік қасиет болады. Мысалы, өсімдіктерде устрица аппараты бар. Ол арқылы су мен газ кейде аз, кейде көп алмасып отырады.

Сәуле – барлық тірі организмге керекті факторлардың бірі. Онсыз тіршілік дүниесінде ешқандай физиологиялық және биохимиялық процестер өтпейді. Күн сәулесі – энергия көзі, тіршіліктің тірегі. Оның радиациясы әртүрлі әсер етеді. Күн организмге ең алдымен спектральдық құрамы арқылы әсер етеді. Спектрдің организмге тигізетін әсері сан қилы. Спектрдің әсіресі күлгін бөлігі химиялық активтілігі жағынан өте күшті келеді. Стратосфераның озондық экраны күннің зиянды әсері күлгін сәулелерін ұстап тұрады. Жерге 300-400 ммк толқындары ғана келіп жетеді. Олар организмнің дамуына өте қажет. Мысалы, диапазоны (толқу көлемі) 250-280 ммк сәуле Д витаминнің алам, жан-жануарлар организімінде синтезделуін үдетеді.

Жердің жасыл желектерінің биомасса түзілуіне қажетті сәулелердің ірі – толқынының ұзындығы 400-ден 888 ммк-ден аспайтын инфрақызыл сәулелер. Өсімдік күн әулесінің бір процентін, ал кейде 10 процентке дейінгі энергиясын сіңіреді. Қалғандары жерге тарайды немесе аспан кеңістігіне шашырап кетеді. Жер жүзіндегі жануарлар дүниесіне, өсімдік әлеміне және адамзат баласына қажетті сәулелер тлқынының ұзындығы 800ммк-ден аспайды. өсімдіктер әлемі мен жануарлар дүниесі күн сәулесінің радиациясына қарай бейімдеушілік қасиетіне ие болады. Мысалы, кейбір қоңыздардың түсі ақшыл болып келеді де, күн сәулесін шағылыстырып жібереді. Сөйтіп, өзін күннің зиянды сәулесінен қорғайды. Тек өзіне қажетті сәулелерді сіңіреді. Кейбіреулердің жарқырауық рендері болады. Олар да күн сәулесін шашыратып жібереді. Осындай бейімделушілік тірі организмдердің тіршілік формаларын сақтауға мүмкіншілік береді.

Абиотикалық факторлар организмге тікелей әсер етіп қана қоймайды. Мысалы, күн сәулесі ауаны жылытады, содан кейін температура жоғарылайды. Ол кейіннен организмге әсер етеді. Биосфераның бір ғана бөлімшесінде өсімдіктердің көптеген түрі өмір сүреді. Биосфераның абиотикалық факторы қолайсыз болса, олар анабиоз жағдайына көшеді. Ал көпшілігі сыртқы қоршаған орта қолайсыз болса, тыныштану сатысына ауысады. Мәселе жеміс-жидек ағаштарын алайық. Жаз айларында олар қарқынды өседі де күзге қарай өсу пройестерін баяулатып, біртіндеп сарғаяды, жапырақтарын түсіреді. Кейбір аңдар мен құстардың жаздай жайлаған жеріне қысқа қалатындары да болады. Ал көпшілігі жылы жаққа кетеді.  Кейбір йқыға кететіндердің организмде бірнеше күрделі физиологиялық және биохимиялық процесс жүреді. Олардың денесіндегі клеткалары анабиоз жасауына сыртқы қоршаған орта үлкен әсер етеді. Клеткаларда анабиоз жасайтын заттардың көбеюіне мүмкіндік тудырады. Әсіресе, күзде, күн қысқарған кезде клеткаларда анабиоз жасайтын қосылыстар түзіледі. Олар қысқа қарай зат алмасуын баяулатып, температура төмендеген сайын мүлдем тежеледі. Сондықтан жануарлар қысқы ұйқыға кетуге мәжбүр болады. Көктемде клеткалар  анабиоз жасайтын қосылыстар азаяды. Сөйтіп маусымдық кезең басынан өткізіп отырады. Кейбір сүтқоректілердің жүндері жаз айларында түлеп, күзде қайтадан өсіп жетіліп, қысқа қарай қалыңдай түседі. Сонымен биосфераның абиотикалық факторлары жан-жануарлар дүниесін, сімдік әлеміне және адамзат баласына биологиялық белгі беріп тұрады деуге болады.

Бұлардың организмінің сезім органдары қабылдайды да оның ішінде жүйке жүйелеріне таратады. Ал жүйке жүйелері организмге жайлап денені сыртқы факторлардың өзгеруіне қарай бейімделіп отырады. Осының нәтижесінде зат алмасу процесі өтеді. Тірі организмдердің маусымдық өзгеріс жасауы биосфераның бірқатар абиотикалық факторларымен болуы мүмкін. Мысалы, күннің ұзаруы не болмаса қысқаруы жануарлардың түлеуіне немесе жүнінің жетілуіне әсер етеді. Қор ретінде жиналған органикалық заттар да организмге бірдей биологиялық белгі бере алады.