地球生物圈是如何运转的？

蒋高明

生物圈由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成。生命物质又称活性物质，是生物有机体的总和；生物生成性物质是由生命物质所组成的有机矿物质相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖质等；生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水。

地球与太空几乎没有物质交换，但却接受大量太阳辐射能。太阳能是维持一切生命活动的原动力，能量在生物圈中逐级传送，最后以热能形式散发到太空。光是太阳的辐射能以电磁波的形式投射到地球表面的辐射线，太阳辐射能是地球上一切能量的最终来源。到达地球上的太阳辐射能是十分巨大的。据统计，太阳散发的能量每秒钟达到3.75╳10²⁶焦耳，而其中只有22亿分之一到达地球，尽管如此，地球每秒钟获得的能量仍然相当于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。

太阳辐射能先通过光合作用被植物体固定下来，然后以化学能的形式沿食物链逐级传递；动物和微生物的取食活动就是传递能量的方式。一般说来，化学元素进入生物体内是靠生物的主动摄取，而化学元素在自然界中的循环运动则是由气流和水流来完成的。陆地生物生存于大气之中，气态营养物和废物很容易在生物与环境间循环运动。一般可溶性物质是随水进出生物体的。就全球来讲，江河中所携带的可溶性物质，随水流由高向低移动，最后归入湖泊和海洋。当湖水和海水蒸发时，这些物质被留下，最终形成沉积物。

生物圈中最活跃的部分为生物，生物是物质运动的最高形式。生物圈里繁衍着各种各样的生物，为了获得足够的能量和营养物质以支持生命活动，在这些生物之间，存在着食物链关系。生物圈是一个复杂的、全球性的开放系统，是一个生命物质与非生命物质的自我调节系统。生物圈的运转原理如下：

① 获得足够太阳能并转化为化学能。一切生命活动都需要能量，能量的基本来源是太阳能(万米以下深海生物除外，那里的生物利用地热能)；绿色植物吸收太阳能合成有机物而进入生物循环；源源不断的太阳能是生物圈维持正常运转的动力。太阳能转变为生物能够利用的化学能，是通过绿色植物光合作用实现的。光合作用是地球上唯一能够在常温、常压下发生的能量转化与物质合成的生物化学反应，其生产过程不排放污染物，所合成的光合产物能够自然降解，至今人类还无法模拟。没有光合作用，就没有生物圈，也谈不上人类社会及其创造的文明。作为生态系统中最重要组分的生产者，绿色植物进行的光合作用奠定了生态系统最基本的特征，即能量流动与物质循环。

② 有效利用水分。地球素有“水的行星”之称，地球表面约有70%以上被水所覆盖，地球总水量约为14.5亿立方公里，其中94%是海水，其余则以淡水的形式储存于陆地和两极的冰山中。生物起源于水，然后登陆，但依然离不开水。几乎所有的生物全都含有大量水分，没有水就没有生命。植物体的含水量一般为70%-80%，有些植物则可达90%以上；而种子的含水量<10%；细胞壁的含水量在8%左右。

③ 在适宜生命活动的温度条件下运转。在温度变化范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化。生物体内的生物化学过程必须在一定温度范围内才能正常进行。一般说来，生物体内的生化反应会随着温度的升高而加快，从而加快生长发育速度; 生化反应也会随温度的下降而变缓，从而减慢生长发育的速度。

④ 提供生命物质所需的各种营养元素。包括氧气 、二氧化碳、氮、碳元素、钾元素、钙元素、铁元素、硫元素等，它们是生命物质的组成或中间产物。生物圈内生产者、消费者和分解者所形成的三级组分，接通了从无机物到有机物，经过各种生物的多级利用，再分解为无机物重新利用的完整循环。

⑤ 生物圈具有自我调节能力。例如，大气中二氧化碳含量增加时，会使植物加强光合作用，增加对二氧化碳的吸收；一种生物绝灭后，生物圈中起相同作用的其他生物就会取代它的位置；某种植食性动物数量增加时，有关植物种群和天敌种群的数量也随之变化，从而使这种动物种群的数量得到控制。