Структура и состав биосферы

Атмосфера Земли (атмос – пар, sphfira – шар). Это газовая оболочка, окружающая землю. Атмосферой принято считать нижнюю область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй, как единое целое. Масса атмосферы составляет (5,15 – 5,9) × 10¹⁵ тонн, причем 90 % сосредоточено в околоземном слое толщиной около 16 км. Так как атмосфера является наружной оболочкой Земли, она разграничивает атмосферу и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая колебания температуры в биосфере. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а так же местообитанием насекомых, птиц и млекопитающих.

Главными составными частями воздуха является – азот (78,08 %), кислород (20,95 %), аргон (0,93 %), диоксид углерода (0,03 %) а остальные элементы находятся в весьма малых количествах: например, водород 0,3×10^-5 %. По химическому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) – гамосферу, имеющую состав сходный с приземным воздухом и верхнею гетеросферу – неоднородного химического состава. В атмосфере кроме указанных газов присутствуют так же различные аэрозоли, пылеватые или водяные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газообразной среде. Они могут быть как естественного, так и технического происхождения. По своему строению атмосфера имеет сложную структуру, которая в первую очередь определяется особенностями вертикального распределения температуры.

Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено более 80 % всей атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности.

Стратосфера – располагается выше тропосферы до высоты 50 – 55 км. Температура её верхней границы повышается, что связано с наличием здесь пояса озона. Озоновый слой примерно в 6500 раз ослабляет часть УФ излучения, крайне опасного для всего живого на Земле. Общее количество озона в атмосфере оценивается всего в 3,3×10⁹ тонн. Если бы удалось собрать весь озон атмосферы около поверхности Земли при нормальном давлении, то получился бы слой толщиной 2,5 – 3 мм. Реально в атмосфере никакого «отдельного» слоя озона нет. Это лишь название достаточно широкой области, где концентрация озона максимальна.

Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80 км. Главная её особенность – понижение температуры (-70 – -90 °С) у её верхней границы. Здесь формируются серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.

Ионосфера (термосфера) располагается до высоты 800 км. Для неё характерно значительное повышение температуры (более 1000 °С). Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний. Ионосфера обладает способностью многократного отражения электроволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на Земле.

Экзосфера – распространяется выше 800 км и простирается до 2000 – 3000 км. Здесь температура повышается до 2000 °С. Скорость движения газов приближается к критической величине 11,2 км/с. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли корону (до 20 тыс. км).

Роль атмосферы для биосферы Земли огромна, так как она своими физико-химическими свойствами обеспечивает важнейшие жизненные процессы у растений и животных.

Воздух как среда жизни обладает определёнными особенностями.

1. Так высокое содержание кислорода (21 %) определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма. Не случайно именно здесь возникли гомойотермные животные. 2. С другой стороны атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажность. Это во многом лимитировала возможности освоения воздушной среды. 3. Одним из важнейших показателей является низкая плотность воздуха. Под обитателями воздушной среды мы, прежде всего, понимаем наземные формы животных и растений. Низкая плотность закрывает возможность существования организмов полностью осуществляющих свои функции вне связи с субстратом. Т. е. жизнь сосредоточена вблизи поверхности земли проникая в толщу атмосферы на высоту не более 50 – 70 м (кроны деревьев тропических лесов). В горах животные могут оказаться на высоте 5 – 6 тыс. м над уровнем моря. Существование растений ограничено высотой 6200 м, животные могут жить и выше (насекомые и пауки). Жизнь сосредоточена в основном в тонком слое у поверхности земли и распространяется под действием зональных и климатических факторов. Понятие о климатической зональности сформулировано Докучаевым и Бергом. Они выделили единые по физико-географическим пространствам ландшафтно-климатические зоны: полярные пустыни, тундры, леса умеренного климата (хвойные, лиственные, степи, саванны, пустыни и тропические леса.

Гидросфера – жидкая оболочка планеты.

В понятие гидросферы включаются все типы водоёмов. Принято деление гидросферы на мировой океан, континентальные и подземные воды. Океан занимает около 71 % поверхности суши, тогда как внутренние водоёмы занимают около 5 %. В понятие воды как среды жизни, включается обязательное наличие растворимых и взвешенных в ней веществ, в том числе имеющих органогенное происхождение. Жизнь распространена в гидросфере по всей её толщине, встречаясь даже в самых глубоководных океанических впадинах – на глубине до 11 км. Здесь, в условиях полной темноты и колоссального (более 100 атмосфер) давления, обнаружены устойчивые и достаточно богатые видами сообщества содержащие бактерий, одноклеточных и многоклеточных животных.

Водная оболочка земли как среда обитания обладает и другими свойствами. Вода отличается довольно низким содержанием растворённого в ней кислорода.

Большое значение имеет плотность воды. Плотность воды в 800 – 1000 раз больше плотности воздуха. В результате водные организмы сталкиваются с достаточно мощными силами гидродинамического сопротивления, что направило эволюцию многих групп животных на формирование органов и биомеханических типов движения, снижающих любое сопротивление и повышающих эффективность энергозатрат на плавание. В связи с высокой плотностью среды организмы лишены связи с субстратом, и это открывает для них возможности существования в толще воды. В толще Мирового океана и других водоёмов сложились комплексы живых организмов «парящих» в воде. Жизнь распространена в гидросфере по всей её толщине, даже в глубоководных впадинах, где организмы приспособлены к огромному давлению благодаря особым биохимическим реакциям.

Литосфера

Литосфера – верхняя твёрдая «каменная» оболочка Земли, постепенно преходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии Земли. Характерная часть верхней мантии – её расслоённость. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находиться астеносфера. Предполагают, что вещество там находиться в твёрдо-жидком состоянии. Выше астеносферы породы мантии находятся в твёрдом состоянии и совместно с земной корой образуют литосферу. Таким образом, считается что мощность литосферы составляет 50 – 200 км, в том числе земной коры до 75 км на континентах и 10 км под дном океана. В настоящее время установлено, что более чем на 80 % земная кора состоит из кислорода, кремния, алюминия. Менее всего земная кора содержит инертных газов, что связано с высокой их подвижностью, они легко переходят в атмосферу.

Рассматривая литосферу, обычно в первую очередь имеют в виду её поверхностную часть, измельчённую в процессе физического, химического и биологического действия и содержащую минеральное и органическое вещество. Эту часть литосферы называют почвой. Почва представляет собой сложную систему, включающую твёрдую часть (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы. Соотношение этих трёх составляющих определяет основные физические свойства. По размерам твёрдые частицы в почве подразделяются на крупные (более 30 мм в диаметре), обломки материнских пород, гальку (30 – 3 мм), гравий (3 – 1 мм), песок (1 – 0,25 мм), пыль (0,25 – 0,01 мм), ил (частицы диаметром менее 0,01 мм). Соотношение этих категорий частиц формирует механический состав почв. По этому признаку различают почвы песчаные (содержат более 90 % песка), супесчаные (80 % песка), лёгкие и средние суглинки и тяжёлые суглинки. Тяжёлые 40 – 30 % глины; средние 20 – 30 %, легкие менее 20 %. Отдельные минеральные частицы склеиваются друг, с другом образуя более или менее крупные агломерации, пространство между ними заполнено воздухом (газообразная фаза) и водой (жидкая фаза). Соотношение разных агрегаций минеральных частиц и соответственно пространство между ними определяет структуру почвы – комковатая, глыбистая, ореховатая, крупнозернистая, пылеватая. Механический состав и структура почвы зависят от аэрации почв, их влажности, теплоёмкости, термического режима, а так же условий передвижения в почве животных, распределения корней древесных и травянистых растений.

Вода – почвенная влага, может находиться в трёх состояниях: гравитационном, капиллярном и прочносвязанном (гигроскопическом). Гравитационная вода заполняет относительно крупные поры и полости в почве. Она доступна для растений. Проникая в почву с поверхности суши, главным образом в результате выпадения осадков, эта часть жидкой фазы представляет собой довольно сложный раствор. Молекулы воды в силу молекулярного притяжения легко образуют пленку вокруг минеральных и коллоидных частиц в почве. Такая плёнка толщиной 2 – 3 молекулы воды удерживается на поверхности частиц с большой силой, поэтому гигроскопическая влага недоступна растениям.

Воздух заполняет поры и полости свободные от воды. Воздух проникает в почву из атмосферы, путём диффузии газов между атмосферой и поверхностными горизонтами почвы по градиенту давления; физически газообмен идёт непрерывно. Кислород активно в почве поглощается в процессе движения живых организмов и разложения органических веществ. В поверхностный слой почвы выделяется значительное количество углекислого газа СО₂. Так летом до 3 – 10 л на см³.

Органическое вещество является обязательным компонентом почвы. Оно образуется в результате разложения мёртвых организмов. В лесной подстилке, степном войлоке идёт медленное разложение растительных и животных остатков. Образующиеся растворимые вещества и мелкие органические частицы попадают в почву, где подвергаются интенсивным процессам разложения с участием беспозвоночных животных, грибов и бактерий. Определённую роль в создании гумуса играет и почвенная фауна.

Как среда жизни почва занимает как бы промежуточное положение между атмосферой и гидросферой, она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов дышащих как по водному, так и по воздушному типу, имеет место вертикальный градиент проникновения света, ещё более резкий, чем в гидросфере. Всё это определяет распространение жизни в почве: если микроорганизмы встречаются по всей её толщине, то растения связаны лишь с наружными горизонтами (и то в основном корневой системой). Беспозвоночные животные обитают главным образом в верхних горизонтах почвы. Норы и ходы грызунов, некоторых насекомых и червей проникают в почву на глубину не более 5 – 7 метров. Этим практически ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли – литосфере. Нахождение рыб в подземных водоёмах, расположенных на глубине около 100 м, а так же бактерий в водах, сопровождающих залежи нефти на глубине до 3 км, лишь формально отодвигает границу распространения жизни в литосфере, так как в обоих случаях идёт речь лишь о своеобразных участках гидросферы.

Дата добавления: 2014-01-20