生物学论文:保护生物圈

在地球表面，生物圈是一个非常薄但独特的层。大约一个世纪前，奥地利地质学家苏斯把它的概念引入了自然科学。他在1875出版了一本关于阿尔卑斯山起源的书。在最后的结论部分，他首次提出了“生物圈”这个术语，但它并没有被科学界所接受。直到苏联科学院院士Viernaski(вивернадскиий)第一次在苏联科学界1926，然后在1926。65438年至0970年，美国出版的《科学美国人》系统总结了生物圈研究的主要进展，特别是哈钦森的论文，对生物圈的基本特征进行了全面综合的论述。生物系统中的这一薄层，比地球上这一薄层之外的空间更加独特。如果这种独特的自然环境不存在，结果将如同其他星球上还没有正式发现生命一样，地球本身只能是一个死寂的世界。那么，生物集中的空间有哪些独特的表现形式？综上所述，应该具备以下基本条件:(1)必须伴随着大量的液态水，并且在这个液态水存在的地方应该同时或者交替出现固态、液态和气态三种状态，能量和物质可以在它们之间进行主动转换。(2)必须有稳定有效的外部能量太阳，以满足生物生命过程所需的能量，还能为生物环境的变化和进化提供基本动力。(3)在生物圈中，必须有一个足够大的三相物质界面，即与固体岩石圈、液体水圈和气体大气圈的巨大界面活动带。比如和大多数绿色植物一样，它的根伸入坚实的土壤中，茎和叶完全伸入大气中，液态水通过植物连接物质和能量的转化和循环。没有这个三相界面的存在，就不可能发育成高等植物。因为高级生命形式，尤其是初级生产力，很少只存在于单一物质阶段。(4)必须有气压恒定、成分一致的大气。一方面为初始活力的形成提供二氧化碳源，为生物的呼吸提供氧气源，另一方面可以保护生物免受致命的紫外线辐射，是形成温室效应，防止能量过度损失的储能装置。(5)在这个生物圈中，必须有一个能量和物质的全球循环，以帮助平衡能量和物质的分布，并创造一个特殊的环境结构，它执行一种有利于生命活动的特殊功能。事实上，生物循环过程本身与无机世界的地质循环过程、大气循环过程和水循环过程紧密交织在一起，而这种交织的空间只能位于地表界面附近的狭小范围内。因此，在生物圈中，它是唯一允许这四个循环同时并存并产生复杂耦合效应的地方。(6)在生物圈中，环境因子的日变化和年变化不应太大。要求它们有更微妙的组合，以满足生物生长发育的要求。因此，过冷、过热、过湿、过干、营养元素过度缺乏和过度富集、极端盐度、比表面积过小等。，而过多地偏离各种自然环境因子之间的正常组合关系，就不可能期望有丰富的生物量和正常的生物活动，特别是高等植物的正常活动。基于以上六个基本条件，大量集中的生物活动所占据的空间既独特又狭小。如前所述，30多亿年前地球上出现了生命，这可以看作是地表无机环境演化的第一次质变。由此，原来单一的无机环境中的有机和无机部分被分离出来，两者之间发生了物质和能量的交换。这种原始的生物物理和生物化学过程表明，生命已经在地球的特定环境中牢固地奠定了生存的基础(最初的生命似乎只产生于水中)。同时，随着生化过程中的释氧反应，原有地表环境的还原性气氛逐渐改变并趋于消失，氧化性气氛逐渐增强。大约在90 ~ 10亿年前，地表环境的主导地位已经由还原转变为氧化。这种变化会使生物体进入第二次质变。在第二次质变之前，生物的存在还没有形成一个圈，只是生活在海洋的庇护下，躲避致命的紫外线辐射的伤害。这样，从全局来看，生物的分布只是一种不连续的存在。直到大气中的氧达到一定浓度(目前有学者倾向于认为大气中的氧来自生物释氧)，这种游离氧才成为整个地球表面的主要化学力。生物逐渐适应了这种游离氧的新环境，生物体内的过氧化氢酶系统也得到发展，以抵抗氧对生物的氧化损伤，形成有氧呼吸的生理生化功能(所谓碳？3和碳？4型植物的不同与此有很大关系)。好氧生物的出现和发展以及光合自养生物的不断增殖，加速了氧气向大气中的逃逸，进一步增加了大气中游离氧的比例。当其浓度约占整个大气的10%时，逐渐在大气上部形成显著的臭氧层。臭氧(O3)能强烈吸收来自宇宙的紫外线，阻止致人死亡的紫外线大量到达地球表面，为水生生物向陆地发展创造了基本条件。所以在大约4亿年前的泥盆纪，生物终于实现了从海洋到陆地的飞跃。从此，由植物、动物、微生物组成的生物界可以遍布全球，形成一个连续的循环。目前，大气中氧气的比例基本保持不变。在一年中，1公顷的年轻和繁荣的森林将产生10吨氧气，消耗30吨二氧化碳。每隔200万年左右，地球上就有654.38+0.5亿立方千米的水，这些水通过绿色植物的光合作用而裂解，通过呼吸作用而重整。裂解后形成的氧气暂时留在大气中，相当于2000年左右，循环一次。地球上生物圈的垂直振幅大约是从最深的海洋(11000米以上)到海拔9000米的距离。科学家在海平面下7000米处发现了鱼；在6000米的深度，每立方米海水中仍有4.5毫克的浮游生物。根据对水生生物的调查，在超过10000米深的海底(如菲律宾的深沟)，每克湿泥中仍含有65438+万个细菌，甚至达到1万个细菌。在地表以上9000米的高度，还发现了漂浮在大气中的细菌和真菌的孢子。在远离地表的极其恶劣的环境条件下，只有这种极其原始的低等生物才能存活，而总生物量的绝大部分(99.9%)只能在比上述范围小得多的薄层中存活。如果与地球本身相比，生物圈的垂直幅度是微不足道的。暂且抛开地球的大气层，仅从地球的半径来看，生物圈的厚度只占很小的份额。例如，直到1966年，根据全球12个地面观测站对13颗人造地球卫星进行的46500次观测，计算出地球赤道半径为6378.169±0.008km，约为生物圈厚度的3200倍(生物圈平均厚度计算为2 km)为了了解生物圈在地球中的位置，表6548根据美国学者埃尔里奇1977的著作，将生物物质的质量与世界上其他成分进行了比较。笔者稍加计算后，列在表10-2中。自生命起源以来，地球上分布的元素一直在变化。随着原核生物的发展，岩石中的元素碳和元素氧开始转化为有机物或大气。于是，大气逐渐从还原性介质转变为含氧介质，以支持生命的延续和进化。非生物物质(岩石圈、水圈、大气圈)的成分与生物圈中的物质成分不同，所以有机物不得不从所选择的介质中提取相关元素。关于这一点，请参考图10-1，它表明了存在于岩石圈中的元素的组成和浓度，是整个有机世界存在和发展的物质基础，也是一种度量。因此，在地理环境中，如果我们研究化学元素的迁移和聚集以及生物地球化学过程，就必须考虑到这种元素在岩石圈中的存在。进一步分析，由于这些基本元素广泛分散在地球表面，生物圈不得不强烈地吸收、储存和再利用某些元素，以维持生物物质的生存过程和整个生物圈的发展。由此，发现了生命中元素循环的本质。这一生物地球化学过程和生物物质循环的发现是生物圈中的重大发现之一，它将引导人们更加深入地揭示地理学的动态规律，对各种动态规律的综合研究将把理论地理学的研究水平推向一个新的台阶。