1.1. Biosfääri mõiste

Biosfäär on Maa sfäär, kus esineb elu. Biosfääri kuuluvad kõik elusorganismid, sh inimene ja kogu veel lagundamata orgaaniline aine ning siin toimub orgaanilise aine süntees ja lõhustamine. Biosfääri olemasolu eristab Maad kõikidest teistest Päikesesüsteemi planeetidest. Biosfääri vertikaalne ulatus on umbkaudu 40 km – see ulatub kuni 15 km Maa sisemuse poole ja u 25 km maapinnast kõrgemale. Seega laiub biosfäär kolme sfääri: litosfääri (sh ka Maa pinnakihi ja selle muldkonna ehk pedosfääri), troposfääri (atmosfääri alumise kihi) ja hüdrosfääri vahel.

Biosfäär koosneb ökosüsteemidest, mille moodustavad ruumiliselt piiritletud ja toitumissuhete kaudu seotud elusorganismid koos oma oleluskeskkonnaga (nt vihmamets, okasmets, järv, stepp, niit jne). Seega moodustavad biosfääri kõik maakeral eksisteerivad ökosüsteemid.

Biosfäär seob elus- ja eluta looduse ühtseks tervikuks siin toimuvate energia- ja aineringete kaudu. Kuna iga aine sisaldab energiat, moodustavad aine ja energia terviku. Seega pole looduses võimalik rääkida ainest ilma energiata ja vastupidi. Energiat on vaja absoluutselt kõikide füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste protsesside toimumiseks. Inimene saab energiat peamiselt toidust, mis on omakorda saanud energiat Päikeselt. Füüsikas olete õppinud, et energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest vormist teise.

Maa saab energiat Päikeselt elektomagnetkiirgusena. Toiduahelates muundub kiirgusenergia järk-järgult taimse ja loomse biomassi energiaks ning sellest omakorda soojusenergiaks.

Energia ja toitained ringlevad ökosüsteemis kolmel toitumistasemel: tootjad, tarbijad ja lagundajad (vt joonist energiaringe kohta). Kõige esmasemad orgaanilise aine tootjad on fotosünteesivad organismid, kes kasutavad valgusenergiat, et sünteesida süsihappegaasist ja veest orgaanilist ainet. Toiduahelas juba kõrgematel tasemetel olevad tarbijad on organismid, kes otseselt või kaudselt sõltuvad esmaste tootjate fotosünteesitud ainetest. Esmased tarbijad on taimetoidulised loomad. Kolmas toitumistase koosneb taimetoidulisi loomi söövatest teisestest tarbijatest – lihatoidulistest loomadest. Neid võivad süüa veel omakorda järgmised tarbijad jne kuni tippkiskjate ja inimesteni välja. Kolmas ökosüsteemi protsess on orgaaniliste materjalide lõhustamine anorgaanilisteks. Lagundajad on mitmesugused bakterid ja seened, kes töötlevad elusorganismide orgaanilise materjali lõpuks ümber ja tagastavad selle keskkonda sellisel kujul, et tootjatel on võimalik seda uuesti kasutada. Lisaks bakteritele ja seentele osalevad lagundamises mingil määral kõik organismid. Lagundajad saavad oma energia kõigilt toitumistasemetelt pärit surnud organismidelt. Seejuures moodustavad nad tihti ka tähtsa ühenduslüli esmaste tootjate ja tarbijate vahel. Kuna kogu orgaaniline aine muutub lõppude lõpuks anorgaaniliseks aineks, siis ühendavad bakterid ja seened lagundajatena kõiki toitumistasemeid.

Maismaa ökosüsteemides on peamised esmased tootjad taimed. Esmased tarbijad on enamasti putukad, teod, taimeparasiidid, rohusööjad imetajad ja linnud. Paljud esmastest tarbijatest on tegelikult kõigesööjad, nad täiendavad oma peamiselt taimedest ehk tootjatest koosnevat toitu võimaluse korral ka mõne tarbijaga. Samas võivad paljud tarbijad, kes söövad peamiselt elusorganisme, aeg-ajalt toituda ka surnud orgaanilisest materjalist. Teisesed tarbijad on maismaaökosüsteemides näiteks ämblikud, konnad, putuktoidulased linnud, lihatoidulised imetajad ja loomaparasiidid.

Vee-ökosüsteemides on esmased tootjad taimne plankton (ainuraksed vetikad ja bakterid) ja veetaimed. Taimset planktonit sööb põhiliselt loomne plankton, mis koosneb ainuraksetest loomadest, mitmesugustest väikestest selgrootutest ja paljude veekogu põhjas elavate loomaliikide vastsetest. Nii nagu maismaaorganismid, on paljud vees elavad tarbijad kõigesööjad. Nii toituvad kalad loomsest planktonist ja neid kalu söövad omakorda teised kalad.