Функционирование биосферы

Один из центральных вопросов экологии – выяснение существа взаимоотношений организмов с окружающей средой.

Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей биота биосферы выполняет ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза, единственный абиогенный источник кислорода – диссоциация воды на больших высотах – незначителен. Накапливание кислорода в атмосфере происходит за счет захоронения углерода в виде органического вещества. Количество кислорода в атмосфере до сих пор неуклонно растет несмотря на его громадный расход человечеством.

Весь запас свободного кислорода в атмосфере (1,6 – 10¹⁵ г., 1.6 млрд. т.) зеленые растения могут воссоздать за 10 тысяч лет, а за 7 лет поглощается весь углекислый газ атмосферы.

Создание озонового слоя из кислорода в верхних слоях тропосферы – результат деятельности живого вещества. Вернадский писал, что «живое вещество как бы само создает себе область жизни».

Биохимическая переработка продуцирование и потребление углекислого газа, азота, сероводорода, метана, других летучих веществ (фитонциды) формирует и поддерживает постоянство состава атмосферы, например 1 га можжевелового леса производит за 1 день 30 кг фитонцидов.

Концентрационная функция. Живые организмы пропускают через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений:

- биосинтез органики;

- строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков;

- окисление и восстановление элементов с переменной валентностью микроорганизмами (азот, сера, железо, марганец и др.) Геологические результаты – месторождения серы, сульфидов, скопления железомарганцевых конкреций на дне океана и т.п.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Например, молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Живые клетки располагают эффективными катализаторами – ферментами и способны производить окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция. С появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и генетическая информация – активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию стала важным экологическим системообразующим фактором.

Суммарный запас генетической информации биоты биосферы оценивается в 10¹⁵ бит. Общая мощность потока молекулярной информации, связанной с обменом веществ и энергии во всех клетках глобальной биоты – 10³⁶ бит/с.

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они образуют мощную средообразующую функцию биосферы. Она тесно связана со средорегулирующей функцией – биотической регуляцией окружающей среды. Биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и длительное время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды несмотря на исключительную сложность и динамичность регулируемой системы. Таким образом, биота биосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.

Функционирование биосферы осуществляется в рамках бесконечного множества круговоротов вещества различного уровня под действием потока энергии от солнца. Примеры круговоротов веществ:

1. Круговорот воды в пределах ландшафтов – испарение – конденсирование – осадки.

2. Круговорот воды в пределах планеты – водообмен – океаны – материки (рис. 7).

3. Круговороты отдельных химических элементов – углерода, кислорода, азота и др.

Круговороты (биологические) отдельных ландшафтов – характеризуются:

- скоростью – количеством живого, образующегося и разлагающегося в единицу времени;

- емкостью – количество химических элементов, находящихся одновременно в составе живого в данной экосистеме.

Рис. 7. Резервуары и круговорот воды на земле. Объемы резервуаров (подчеркнуты) – в тыс. км³. Потоки влаги (испарение, перенос в атмосфере, осадки, сток) – в тыс. км³/год

Дата добавления: 2014-01-06