Атмосфера, гидросфера и биосфера Земли

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Плотность атмосферы убывает с высотой, и она постепенно переходит в межпланетное пространство. Атмосферный воздух состоит из азота — 78,1%, кислорода — 20,1%, аргона — 0,9% и углекислого газа — 0,03%. Остальное небольшое количество приходится на неон, гелий, водяной пар, частицы пыли и льда. Основной газовый состав атмосферы мало изменяется с высотой и в разных точках земного шара. Содержание водяного пара и твердых примесей более динамично. В атмосфере выделяют пять слоев:

1. Тропосфера — слой атмосферы до высоты 8 км над полюсами и до 17 км над экватором. В тропосфере сосредоточен практически весь водяной пар и формируются атмосферные процессы, определяющие погоду (циклоны, антициклоны, облака, осадки и др.). Основное тепло Солнца поглощается поверхностью Земли. Поэтому с высотой, по мере удаления от поверхности температура за счет перемешивания понижается. В тропосфере выделяется приземный слой толщиной 30-50 м, температура которого находится под непосредственным воздействием земной поверхности. В этом слое происходят существенные суточные изменения температуры и проявляются основные особенности микроклимата.

2. Стратосфера — следующий слой до высоты 40 км, который характеризуется почти полной неизменностью температуры с высотой. Малая теплоемкость разреженного воздуха препятствует переносу тепла перемешиванием, а выравнивание температуры происходит за счет лучевого теплообмена. В верхней части стратосферы наблюдается максимальная концентрация озона, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Озон образуется под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и обладает способностью поглощать ее, защищая от резких изменений и регулируя климатические условия и биологические процессы на поверхности Земли.

3. Мезосфера — слой между 40 и 80 км, характеризуемый ростом температуры в нижней ее части до 20-30°С выше 0°, в верхней — падением до -100°С.

4. Термосфера, или ионосфера — слой от 80 до 1000 км характеризуется высокой разреженностью газа, который под действием солнечной радиации распадается до ионов и свободных электронов.

5. Экзосфера, или сфера рассеяния, расположенная выше 1000 км, представляет собой зону утечки газов в космическое пространство.

Атмосфера пропускает 3/4 солнечного излучения и задерживает длинноволновое излучение земной поверхности, тем самым увеличивая общее количество тепла, используемого на развитие природных процессов на поверхности Земли. Космические и атмосферные агенты — свет, тепло, осадки, ветер — проводят огромную работу в процессах выветривания и почвообразования и создают условия для существования жизни на Земле.

Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и литосферой, включающая океаны, моря и континентальные водные бассейны (озера, реки, ледники). Гидросфера покрывает 70,8% земной поверхности. Основная часть (98,3%) массы воды сосредоточена в морях и океанах, 1,65% в материковых льдах и только 0,45% в пресных водах рек, озер и болот. Гидросфера находится в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Вода гидросферы растворяет в себе воздух атмосферы, кислород которого используется для жизнедеятельности огромного количества организмов, населяющих гидросферу. С этой точки зрения гидросфера является частью биосферы.

Вода гидросферы, испаряясь, поступает в атмосферу и выпадает в виде осадков. Главные катионы морской воды (натрий, магний, калий, кальций) образовались в результате выветривания горных пород материков и последующего переноса водами рек в моря и океаны. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Подавляющая часть осадочных горных пород и такие ценные полезные ископаемые как нефть, уголь, бокситы, разнообразные соли образовались в прошлые геологические эпохи в различных водоемах. Особое свойство гидросферы — плодородие, соизмеримое с плодородием почв. Это свойство еще в очень малой степени используется человеком.

Биосфера — это особая биокосная оболочка Земли, в которой обитают живые организмы. Основы учения о биосфере были заложены российским ученым В.И.Вернадским, положившим начало науки биогеохимии. Существенный вклад в развитие этой науки внесли Б.Б.Полынов, А.П.Виноградов, В.Н.Сукачев, В.А.Ковда и другие исследователи. Пределы биосферы охватывают тропосферу, гидросферу и верхний слой литосферы, в основном кору выветривания. Верхняя граница биосферы находится на высоте 10-12 км, где были обнаружены бактерии и их споры, нижняя граница проходит на глубинах 2-3 км, где также были обнаружены микроорганизмы в нефтеносных водах. Основная же масса микроорганизмов на суше не проникает глубже нескольких десятков, реже — сотен метров. В гидросфере жизнь проникает до дна мирового океана, то есть до глубин более 10 км. Внутри биосферы можно выделить отдельные слои или оболочки, в которых наблюдается повышенная концентрация живых организмов, и процессы с их участием являются ведущими в функционировании этих систем. К ним можно отнести наземные оболочки, включающие растительный и почвенный покров, животный мир, водные экосистемы и мелководные оболочки, донные экосистемы. Мощность этих оболочек значительно меньше и измеряется метрами и десятками метров. Взаимодействие живой и неживой материи в этих оболочках, так же как и в почвах, создало условия для существования живых организмов. В этом смысле можно говорить о том, что все биокосные системы биосферы обладают плодородием в широком смысле этого слова.

Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз (синонимы — фация, экосистема) — участок земной или водной поверхности, соответствующий одному элементу рельефа с одинаковыми генезисом и литологией почвообразующих пород, глубиной залегания и степенью минерализации и химизмом грунтовых вод, почвенной разностью, микроклиматом и биоценозом.

Биоценоз представляет собой взаимозависимое сообщество живых организмов, занимающих однородное пространство земной поверхности, которое, в свою очередь, называется биотопом. Таким образом, экосистема = фация = биогеоценоз = биоценоз + биотоп. Для агроландшафтов В.И.Кирюшиным было предложено использовать термин «элементарный ареал агроландшафта» (ЭАА), синонимом которого является агробиоценоз, или агроэкосистема. Агроценоз соответствует биоценозу. Наименьшей единицей структуры почвенного покрова является элементарный почвенный ареал (ЭПА).

Термины экосистема и агроэкосистема применяют к биоценозам и биотопам самого различного размера. При этом в экологии различают микроэкосистемы на уровне почвенного индивидуума, мезоэкосистемы на уровне ЭПА и, наконец, макроэкосистемы, такие как степь, таежные леса и т.д.

В термодинамическом отношении экосистемы относятся к открытым системам, относительно стабильным во времени. В экосистемы поступают солнечная энергия, вода, газ атмосферы, элементы питания из литосферы. Выходят из экосистем тепло, кислород, углекислый газ и другие газы, органоминеральные вещества в водных растворах, осадочные породы. Биогеосистемы сложились в результате длительной эволюции и являются результатом приспособления видов к окружающей среде. Они обладают свойством саморегуляции и способны противостоять, в известных пределах, внешним воздействиям. При глубоких изменениях, в том числе связанных с деятельностью человека (пожары, эрозия почв, загрязнения токсикантами и др.), могут наступать необратимые изменения биогеоценозов, включая гибель организмов и деградацию почв. Почва — один из главных компонентов биогеоценоза, поэтому для ее познания и грамотного использования необходимо изучение биогеоценозов в целом. Приближение функционирования агробиоценозов к естественным экосистемам — одна из главных задач сельскохозяйственной деятельности человека.

Дата добавления: 2014-01-14