Основы учения о биосфере

1. Возникновение и эволюция биосферы.

2. Структура биосферы.

3. Разнообразие организмов в биосфере.

4. Живое вещество и его геохимическая работа.

5. Круговорот веществ в биосфере.

Главной задачей изучения данной темы является твердое уяснение того, что возможности биосферы и всей окружающей среды ограничены, ее ресурсы, жизненное пространство, все составляющие компоненты тесно взаимосвязаны и взаимозависимы.

Биосфера, возникшая 3,4 – 4,5 млрд. лет назад, есть не просто сочетание абиотической области распространения живого вещества, но и тесное их взаимодействие. Как живое вещество есть «функция биосферы», так и биосфера есть результат развития живого вещества, служащего могучей геологической силой, связанной с другими веществами биосферы биогенной миграцией атомов.

За миллиарды лет своего существования биосфера прошла сложный путь развития, называемый эволюцией. Первым этапом этой эволюции было возникновение жизни из неживой материи. Ему предшествовало образование простых органических соединений из метана, аммиака, водорода и паров воды в условиях высоких температур, ультрафиолетового излучения Солнца и повышенной вулканической деятельности.

Одним из важнейших этапов эволюции является возникновение первичного круговорота органического вещества. Неравномерное распределение молекул в толще воды привело к более или менее устойчивым полужидким (коллоидным) сгущениями, или коацерватам. Коацерватные капли обладали способностью избирательно поглощать вещества из окружающего раствора и избавляться от ненужных им соединений. Этот момент знаменует собой начало обмена веществ, возникновение процессов переноса энергии, обмена информацией.

Дальнейшее усложнение жизни связано с развитием многоклеточности и функциональной специализацией клеток. Многоклеточные организмы совершенствовались, круговорот органического вещества сменился круговоротом биологическим, который заключается в непрерывном обмене веществом и энергией между организмами и средой, в процессах возникновения и разрушения организмов, рождения и смерти.

Проникновение жизни в области Земли с разными физико-химическими условиями, в частности выход организмов на сушу, потребовало приспособление к новым, динамическим условиям, что неизбежно было связано с гибелью части организмов, с дальнейшими процессами естественного отбора и эволюции.

Лишь небольшой отрезок времени (около 1,5 млн. лет) прошел с начала последнего периода кайнозойской эры – антропогена. Человеческое общество со всеми его особенностями есть один из последовательных этапов развития жизни на Земле, т.е. биогенеза.

В учении о биосфере, по мнению Н.Ф. Реймерса, определению ее структуры первоначально не было уделено достаточного внимания. В.И. Вернадский ограничился лишь довольно беглым обзором геологических оболочек и геосфер Земли. В дальнейшем основные усилия были направлены на исследование отдельно суши и океана, а также биосферы как целого с ее геохимией, круговоротами веществ и потоком энергии, порождающим эти круговороты, с одной стороны, и на изучение элементарных экосистем – биогеоценозов с их энергетико-вещественными свойствами – с другой.

Общеизвестно, что жизнь сосредоточена в трех традиционно выделяемых геосферах: атмосфере, гидросфере, а также на и в литосфере (ее верхних слоях). Биосфера подразделяется на аэробиосферу (населеную аэробионтами), гидробиосферу (с гидробионтами) и геобиосферу (населенную геобионтами) (рис.3).

Рис. 3. Структура биосферы

Наиболее продуктивный слой на суше – фитосфера вместе с освещенными слоями гидросферы (ее фотосферой) составляет биофильм, или биока-лимму, т.е. активную пленку жизни. Наряду с фитосферой на поверхности суши вычленяют террабиосферу (с террабионтами). Часть биосферы, находящуюся в глубинах литосферы и подземных водах, предлагается назвать литобиосферой (с литобионтами).

Продвигаясь вверх от поверхности Земли, выделяют тропобиосферу, над которой вне слоя положительных температур лежит тонкий слой альтобиосферы. Над альтобиосферой расположен слой случайного заноса организмов и их спор, который Дж. Хатчисон назвал паробиосферой.

Гидросфера распадается на два системных образования – океанобиосферу, или маринобиосферу, и аквабиосферу.

Почвенный слой земли, пограничный между аэробиосферой, фитобио-сферой и литобиосферой, называют педосферой (получающей максимум энергии от Солнца). Приведенная иерархия экосистем биосферы разработана Н.Ф. Реймерсом (1992).

Для биосферы характерно огромное разнообразие живых организмов. По данным А.Г. Воронова, насчитывается около 5000 видов прокариот, 1724400 – 1739500 видов животных и 346700 – 356900 видов растений. Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким потенциалом размножения, их суммарная масса (точнее, биомасса сухого вещества) оценивается примерно в 2,4∙1012 т (99,87% – биомасса организмов суши и 0,13% – океана).

Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Костное вещество, по В.И. Вернадскому, это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть).

Особой категорией является биокостное вещество планеты – это почвы, кора выветривания, природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества. Основная планетарная функция живого вещества заключается в связывании и запасании солнечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере.

Все вещества на планете находятся в процессе биохимического круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Большой круговорот длится сотни тысяч миллионов лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания, в том числе растворимые в воде питательные вещества, сносятся потоками воды в Мировой океан. Здесь они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками, с извлеченными человеком из воды организмами. Крупные медленные геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

Малый круговорот, является частью большого, происходит на уровне биогеоценоза и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды и углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы как их самих, так и организмов – консументов. Продукты распада органического вещества почвенной микрофлорой и мезофауной разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям, и вновь вовлекаются ими в поток вещества.

Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы в неорганическую среду с использованием солнечной энергии, химических реакций носит название биогеохимического цикла. К главным циклам относят биогеохимические циклы углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных катионов.

Литература по теме

1. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружение. М.: Наука, 1965. С.121-137, 227-272.

2. Воронов А.Г. Биогеография с основами экологии / А. Г. Воронов, Н. Н. Дроздов, Д. А. Криволуцкий, Е. Г. Мяло. Учебник для вузов М.: Издательство МГУ, 1999. – 392 с.

3. Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека. М.: Про-гресс, 1973. С.14-31.

5. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.: Наука. 1974. С.9 – 92.

6. Радкевич В. А. Экология: Учебник для биологических специальностей вузов / В. А. Радкевич. – 3-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Вышэйшая школа, 1997. – 159 с.

7. Реймерс Н. Ф. Начала экологических знаний: Учеб. пособие. М.: Изд-во МНЭПУ. 1993. 262 с.

8. Реймерс Н.Ф., Лисеев К. Чувство живой природы // Человек и природа. 1978. № 2. С. 7 – 75.

9. Чернова Н. М., Былова А.М. Общая экология / М.: Дрофа, 2007. – 408 с.

Дата добавления: 2014-12-27