Неоднородность, мозаичность биосферы
Биосфера [1, с. 28]обладает следующими тремя особенностями: во-первых, в ней в значительном количестве содержится жидкая вода; во-вторых, на нее падает мощный поток солнечной энергии; в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между веществами, находящимися в трех фазах – твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы.
Океаны и континенты – горизонтальная структура - особенность планеты, определяющая в общих чертах строение биосферы. Г.Д. Рихтер (1969) предложил в основу классификации природных подразделений биосферы положить структуру их вертикальной ярусности.
В учении о биосфере используют понятие «природный комплекс» в смысле определенного ее подразделения. Выделяют следующие природные комплексы первого ранга: континентальный и океанический.
Наиболее крупные подразделения этой классификации - отделы природных комплексов: 1) наземные; 2) водные; 3) ледовые; 4) переменного режима с систематической и периодической сменой ярусной структуры.
В континентальной области биосферы выделяют следующие природные комплексы второго ранга:
1) сухопутные; 2 ) земноводные; 3 ) ледовые; 4 ) с переменным режимом.
Наиболее хорошо изучены сухопутные комплексы. В них выделяют такие сложные образования, как почвы и коры выветривания. Ледовые комплексы - это суша, покрытая горными и покровными ледниками. Земноводные природные комплексы представлены речной сетью, озерами. Именно здесь обычно наиболее благоприятная обстановка для развития живого вещества. Природные комплексы с переменным режимом - это территории, где периодически появляется снежный покров, существует вечная мерзлота.
|
|
|
В океанической области также четко выделяют природные комплексы второго ранга:
1) водные; 2) ледовые; 3) с переменным режимом.
Водные природные комплексы - акватории океана, свободные ото льда в течение всего года. Ледовые природные комплексы - многолетние морские льды (Арктика). Природные комплексы с переменным режимом - акватории океана, периодически покрывающиеся льдом. В океанической области выделяют также три фазовых яруса - твердый, жидкий и газообразный. Океаническая область биосферы характеризуется и вертикальной структурой: водно-поверхностный ярус, который населяют фотосинтезирующие организмы; водно-глубинный ярус; бентосный ярус и иловый ярус.
Между океанической и континентальной областями выделяется и переходная область биосферы. Это шельфовая область океана. В шельфовой области различают следующие природные комплексы:
|
|
|
1) земноводные - ежесуточно заливаемая во время приливов часть береговой зоны ( литеральная зона);
2) мелководные - акватория океана с глубиной около 200 м;
3) ледовая - многолетний припай льда в Антарктике и Арктике;
4) переменного режима - акватории морей, систематически покрывающиеся льдом.
В шельфовой области вся толща воды населена фотосинтезирующими бактериями, поэтому водно-поверхностный ярус непосредственно переходит в донный ярус.
Континентальная область биосферы занимает 149∙106 км2 (133∙106 км2 сухопутная, 16∙106 км2 ледовая). Океаническая область - 333∙106 км2 (65,3 %). Переходная (без литоральной) – 28∙106 км2.
Кроме того, при изучении биосферы планеты предлагается изучать три основные ее формы: формы биологической систематики; биогеографические формы и экологические формы.
Биогеографические формы - это…
[1] формы, включающие популяции, виды, роды, семейства и др. ;
[2] формы, известные под названиями экосистем ( биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. ;
[3] территории, характеризующие географическое распространение и распределение растений и животных, специфику флоры и фауны;
|
|
|
[4] кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных пород;
[5] многочисленные минералы верхней части земной коры.
Организованность биосферы
Биосфера Земли – открытая, сложная, многокомпонентная, саморегулирующаяся, связанная с космосом система живого вещества и минеральных соединений, образующая внешнюю оболочку планеты [1, с. 31].
Биосфера является не только областью, в которой на планете Земля возникла и развивалась жизнь во всем разнообразии ее форм. Живое вещество за время своего существования глубоко изменило первоначальную природу планеты, биологизировало ее. В стратосфере возник озоновый экран, защищающий живые существа от гибельного воздействия ультрафиолетовых лучей и других космических излучений.
Выветривание, почвообразование, делювиальные и аллювиальные наносы закрыли органоминеральными покровами мелкозема монолитные, бесплодные, безводные скалы. Эти процессы создали рыхлые горизонты, благоприятные по физическим и химическим свойствам для существования растений, особенно их корневых систем, и экологические ниши для животных.
|
|
|
Фотосинтез растений явился механизмом накопления активной биохимической энергии в массах органического вещества в форме гумуса, ископаемых горючих, гарантирующих удовлетворение запросов организмов на случай стрессовых условий и неблагоприятных периодов.
Живое вещество, создав почвенный покров, преодолело ограниченность ресурсов азотно-углеродного, водного, воздушного, минерального питания. Неосинтез высокодисперсных минералов обеспечил в почвах физико-химическую поглотительную способность, тем самым закрепляя соединения N, P, Ca, K. Еще более интенсивное накопление макроэлементов (C, N, P, Ca, S, K) и микроэлементов (J, Zn, Cu, Co, Se и т. д.) наблюдается в ходе биогенной аккумуляции в форме гумусово-органических соединений.
Возник и показал свою исключительную роль механизм сотрудничества – симбиоз – между растениями, животными, насекомыми, низшими беспозвоночными, микроорганизмами с образованием пищевых цепей. Этот механизм в биосфере позволяет обходиться небольшими запасами энергии и химических соединений.
Но есть пределы этой устойчивости и саморегуляции. Если изменения в среде выходят за пределы периодических колебаний, к которым приспособлены организмы, то слаженность экосистем и биосферы в целом нарушается.
Жизнь, живое вещество, биосфера, благодаря этим процессам, а также в связи с непрерывностью поступления космической энергии, развивались на Земле по принципу самоуправляемого расширенного воспроизводства. Так, в девоне существовало около 12 000 видов растений, в каменноугольном периоде – 27 000, в пермо-триасе – 43 000, в юре – 60 000. Современная флора насчитывает около 300 000 видов (Ковда, 1983). Это направленное поступательное развитие биосферы не было непрерывным. Катастрофы (эпохи вулканизма, оледенения, опустынивания) нарушали, задерживали общий процесс расширенного воспроизводства, но не могли остановить общий процесс все усложняющегося развития жизни и биосферы.
В 1931 г. в работе «Об условиях появления жизни на Земле» В. И. Вернадский определил организованность биосферы как устойчивость динамической системы, равновесие. Понятие «организованность» подразумевает, что окружающая природа не есть хаос разрозненных элементов, но представляет собой единое и связанное целое. Организованность биосферы проявляется на разных уровнях.
Различают термодинамический, физический, химический, биологический, парагенетический, энергетический, планетарный уровни организованности биосферы. Организованность биосферы в геологическом времени подтверждается тем, что вся биосфера охватывается и тропосферой, и гидросферой, и литосферой, и живым веществом. Эти части ее взаимопроникают и взаимодействуют между собой, образуя единое целое (рис. 18).
а б в
Рис.18. Взаимосвязь оболочек биосферы Земли
На представленном рисунке определите точное отражение взаимосвязи оболочек биосферы Земли …
[1] рис. 18 а ; [2] рис. 18 б ; [ 3] рис. 18 в.
Компоненты биосферы
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части [9, с. 183].
Абиотическая часть представлена:
1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства;
2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;
3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 19).
Рис. 19. Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:
- стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;
- обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.
Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленное к их жизни пространство, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет свои границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера. «Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В.И. Вернадский считает, что этот захват продолжается.
В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):
- слой живого вещества, так называется «пленка жизни»;
- педосфера, или почвенный покров;
- ландшафтно-экологические системы – функциональные системы, включающие живые организмы и среду их обитания;
- кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной коры под воздействием различных факторов;
- древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;
- многочисленные минералы верхней части земной коры и биосферы: глины, известняки, бокситы и т. д.;
- природные воды осадочной оболочки;
- миллионы органических и органоминеральных соединений: уголь, графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;
- минеральные ресурсы биосферы и земной коры, распространенные в форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины и т. д. Все они - главный источник сырья для металлургии, химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и использование в экономике растут год от года.
Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом сложнейшего механизма геологического и биологического развития. С одной стороны, это среда жизни, а с другой – результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы – это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ.
Вещественный состав биосферы также разнообразен. В.И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:
- живое вещество;
- биогенное вещество;
- косное вещество;
- биокосное вещество;
- вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового рядов);
- рассеянные атомы земного вещества;
- вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др.
Детализируйте состав биокосного вещества.
Биокосное вещество - это…
[1] вещество - рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (каменные угли, битум, горючие газы, нефть, торф, сапропель, лесная подстилка, гумус);
[2] минеральные вещества, образующиеся в результате взаимодействия живых организмов с неживой природой (вода, почва, кора выветривания, илы);
[3] вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);
[4] комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов.
Живое вещество планеты
Живое вещество – совокупность всех форм жизни в биосфере, совокупность всей массы организмов, населяющих нашу планету в тот или иной момент [1, с. 52; 13 с. 31;].
Живое вещество суши делится:
- фитобиомасса: леса – 1011-1012 т; травы – 1010-1011 т;
- зообиомасса n∙109 ∙n;
- микробиомасса (108 - 109) n.
Оценивая геологическую и почвообразующую роль живого вещества, В.И. Вернадский различал следующие формы воздействия организмов на окружающую среду.
1. Медленный, но непрерывный процесс развития жизни на Земле, образование новых видов и их исчезновение (в среднем каждый самостоятельный вид живет примерно один геологический период, т. е. около 30 млн. лет.).
2. Смена типов растительных и животных ценозов в связи с их размножением и захватом поверхности, изменениями рельефа, климата, почвы. Таковы взаимоотношения лесов и тундры, лесов и степей, пустынь и степей. Эта смена носит ритмический характер и охватывает 3000 -5000 лет.
3. Последовательная смена поколений определенных видов растений и животных и связанных с ними циклов миграции веществ. Благодаря исключительному разнообразию видов наблюдается и разнообразие продолжительности циклов: от 20 мин. до 20 лет на одно поколение.
4. Прижизненный обмен веществом между организмами и средой. Этот обмен затрагивает твердую, жидкую и газообразную фазы и играет огромную геологическую и почвообразовательную роль.
5. Посмертное влияние продуктов распада органических веществ на минеральные образования и процессы в природе.
Биогеохимическая роль организмов зависит от их размеров, быстроты размножения и энергии взаимодействия с окружающей средой. Чем меньше величина организма, тем быстрее идет размножение (и в большем количестве), тем быстрее смена поколений, тем больше их роль в геологических, геохимических, почвенных процессах.
Роль живого вещества и биосферы в процессах выветривания и почвообразования непрерывно возрастает, т. к. количество возникающих в единицу времени организмов непрерывно растет. Возрастает и разнообразие форм организмов. Расширяются границы биосферы. Тесная взаимозависимость различных животных и растений и связанных с ними низших организмов приводит к тому, что минеральные соединения, выхваченные живым веществом из геологического круговорота, имеют тенденцию удерживаться в биологическом круговороте, что защищает их от выноса в мировой океан.
Существует соответствие химического состава растительного покрова и почв, на которых он формируется. По данным А.И. Виноградова (1957), наибольшая доля в составе живого вещества приходится на кислород и водород (около 80 %). Остальная часть представлена большим числом элементов, среди которых содержание C, N, Ca находится в пределах от 1 до 10 %, содержание S, P, K измеряется величинами 0,1-1,0 %, а содержание Fe, Na, Mg, Al составляет 0,01-0,1 %. Важно, что потенциально токсичные химические элементы в живом веществе представлены ничтожно малыми величинами: Zn, Mn, Cu-10-3 -10-2 %; As, F, Pb, Cr - 10-4-10-3 %; Co, Ba - 10-5-10-4 %; Hg, U, Ra - 10-12-10-6 %.
В биомассе животных также господствуют C, N, H, O, заметная доля принадлежит P и S – компонентам белка. Анализируя мировую информацию о химическом составе биомассы, В.А. Ковда (1980) пришел к заключению, что относительное значение химических факторов в формировании свежей биомассы можно выразить величинами, приведенными в таблице 5.
Таблица 5
| Факторы питания | Относительные величины |
| Минерального (Ме) | 1 |
| Азотного (N) | 100 – 1000 |
| Углеродного (С) | 10 000 |
| Водный режим | 100 000 |
Как подчеркивал В.А. Ковда, эти отношения крайне приблизительны, но они отражают роль ведущих биофильных элементов в биосфере и показывают, как велико значение оптимизации водного, углеродного, азотного, кислородного, минерального режимов в продуктивности биосферы. Вместе с тем, ведущая роль принадлежит все-таки поступлению, преобразованию, накоплению и многократному использованию космической энергии, т .е. солнечному свету и теплу.
Результаты интегрированной активности различных живых организмов проявляются не только в виде их приспособленности к обитанию в условиях определенной среды, но и в обратном воздействии на среду, изменяющем ее ведущие характеристики. В основе этого лежит процесс обмена веществ как специфическое свойство жизни.
В.И. Вернадский приводит средние цифры скорости «передачи жизни в биосфере». Укажите время захвата данным видом всей поверхности нашей планеты в сутках…
[1] млекопитающие: крысы - 1,25; дикая свинья - 10,6; слон индийский - 16,8;
[2] бактерии хлоры - 1,25; инфузории - 10,6; диатомовые - 16,8;
[3] зеленый планктон - 166-183; насекомые - 366, рыбы - 2159, цветковые растения - 4076;
[4] млекопитающие: крысы - 2800; дикая свинья - 37 600; слон индийский – 37 600.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1035; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!