Солнечная радиация

Основы учения о биосфере

Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.

«Биосфера» - австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 г.

Докучаев В.В. - влияние физни на природные процессы (зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупности растительных и животных организмов)

В.И. Вернадский – учение о геологической роли живых существ в преобразовании минеральных оболочек Земли, превращение биосферы на определенном этапе в ноосферу.

Структура биосферы.

Земля имеет неоднородное строение и состоит из внутренних и внешних оболочек – геосфер. К внутренним относятся ядро, мантия, к внешним – литосфера (земная кора), педосфера почвенная оболочка Земли, гидросфера (водная оболочка), атмосфера (воздушная оболочка) и биосфера (сфера жизни).

Биосфера – внешняя оболочка Земли, в которую входит часть атмосферы до высоты 25-30 км, практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км.

Биосфера является глобальной экосистемой и состоит из абиотической и биотической частей.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилаю­щими ее породами до глубины, где в них еще есть живые орга­низмы,

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 уровней. Взаимоотношения организмов внутри экосистемы основаны на трофических (пищевых) связях.

Прежде всего все организмы делятся на две большие группы – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофные организмы используют неорганические источники своего существования, преобразуя неорганическую энергию в органическую – фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, сине-зеленые водоросли, хемосинтезирующие бактерии.

Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся человек, все животные, грибы и др. организмы. Организмы разнообразны по видам и формам питания, они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, выполняя свои экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производят продукцию (продуценты), другие потребляют (консументы), третьи преобразуют ее в неорганическую форму (редуценты).

	Литосфера

	ГЕТЕРОТРОФЫ (животные и микроорганизмы)

Между составными частями ЭС существуют многообразные связи, первооснову которых составляет обмен энергией, веществом, а также информацией.

Следует различать потоки внешние (входные и выходные) и внутренние.

Системообразующее значение имеют внутренние потоки (т. е. потоки между блоками системы), которые по своей интенсивности намного превосходят внешние.

Взаимосвязь в экосистеме не ограничивается простой передачей вещества или энергии между компонентами или подсистемами; вещественно-энергетические потоки подвергаются преобразованию в каждом блоке системы. При этом блок системы приобретает новые качества.

Совокупность процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии в ЭС называют ее функционированием.

Экосистемы и принципы их функционирования

Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Проте­кающие через живые организмы потоки вещества и энергии в процес­се обмена веществ весьма велики. Чрезвычайно высокая интенсивность потоков вещества из неор­ганической природы в живые тела давно привела бы к полному ис­черпанию запасов необходимых для жизни соединений, т.е. биоген­ных элементов. Но этого не происходит, и жизнь не прекращается, так как указанные элементы постоянно возвращаются в окружающую среду. И происходит это благодаря биоценозам, в которых в резуль­тате пищевых отношений между видами синтезированные растения­ми сложные органические вещества превращаются в конце концов в такие простые соединения, как диоксид углерода, вода, ряд элемен­тов, которые могут быть снова использованы растениями в процессе фотосинтеза. Так возникает биологический круговорот вещества. Сле­довательно, биоценоз, будучи и сам по себе сложной системой живых организмов, является частью еще более сложной системы. В последнюю помимо живых организмов входит и их неживое окружение, которое содержит различные вещества и энергию, необходимые для развития и обеспечения жизнедеятельности. Любую совокупность органических и неорганических компонентов ок­ружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот ве­ществ, называют экосистемой.

Любая экосистема, независимо от размера, включает в себя живую часть (биоценоз) и ее физическое, т.е. неживое, окруже­ние. При этом малые экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до глобальной экосистемы Земля. Аналогично общий биоло­гический круговорот вещества на планете также складывается из вза­имодействия множества более мелких, частных круговоротов.

Сразу отметим, что понятия «экосистема» (термин предложен А.Тенсли в 1935 г.) и «биогеоценоз» близки по сути. Первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, а «биогеоценоз» — понятие территориальное, относя­щееся к таким участкам суши, которые заняты фитопенозами. Кон­цепции экосистем и биогеоценозов, дополняя и обогащая друг друга, позволяют рассматривать функциональные связи сообществ и окру­жающей их абиотической среды в разных аспектах и с разных точек Экосистема может обеспечить круговорот веществ только в том случае, если включает четыре необходимые для этого части: 1) запа­сы биогенных элементов; 2) продуценты; 3) консументы; 4) реду­центы.

На их сложном и постоянном взаимодействии основан первый (ос­новной) принцип функционирования экосистем:

получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Данный принцип гармонирует с законом сохранения массы. Так как атомы не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых различных хи­мических соединениях и запас их практически неограничен. Именно это и происходит в природных экосистемах.

Биологический круговорот не совершается исключительно за счет вещества, поскольку он — ре­зультат деятельности организмов, для обеспечения жизнедеятельности которых требуются постоянные энергетические затраты, поставляемые Солнцем. Энергия солнечных лучей, поглощаемая зелеными растени­ями, в отличие от химических элементов, не может использоваться организмами бесконечно. Данное заключение вытекает из второго за­кона термодинамики:

энергия при превращении из одной формы в другую, т.е. при совер­шении работы, частично переходит в тепловую форму и рассеивается в окружающей среде.

Следовательно, каждый цикл круговорота, зависящий от актив­ности организмов и сопровождаемый потерями энергии из них, тре­бует все новых дотаций энергии. Существование экосистем любого ранга и вообще жизни на Земле обусловлено постоянным круговоро­том веществ, который в свою очередь поддерживается постоянным притоком солнечной энергии. В этом состоит второй основной прин­цип функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязня­ющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество кото­рой относительно постоянно и избыточно.

Главными функциональными звеньями ЭС являются кругообороты:

1. минеральный обмен или геологический круговорот,
2. влагооборот,
3. энергообмен,

4. биогенные круговороты

От интенсивности внутреннего энергомассообмена зависят многие качества ЭС, в том числе устойчивость к возмущающим внешним воздействиям.

Солнечная энергия

1. Большой круговорот веществ в природе - Минеральный обмен или геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами земли.

Осадочные горные породы, образованные за счет разрушения магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону более высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму – источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на поверхность земли вновь происходит их разрушение и трансформация в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является не круг, а спираль, что означает, что новый цикл кругооборота не повторяет старый, а со временем приводит к значительным изменениям.

На поверхности Земли абиотические потоки вещества в значительной мере подчинены воздействию силы тяжести. Гравитационные потоки однонаправленны, т. с. необратимы. Абиотиче­ская миграция вещества на поверхности земли состоит в переносе материала между различными экосистемами и между их морфологическими частями и безвозвратном выносе ве­щества в Мировой океан.

Вещество литосферы мигрирует в ЭС в двух основных формах:

1) в виде геохимически пассивных твердых продуктов разрушения (обломочного материал), перемещаемого под действием силы тяжести по склонам, механических примесей в воде (влекомые взвешенные наносы) и воздухе (пыль);

2) в виде водорастворимых веществ, т. е. ионов, подверженных перемещению с водными потоками.

2. Влагооборот – это круговорот воды между сушей и океаном.

			Ювениальные воды

Испарение с суши

Ледники

Испарение с

поверхности океана

Болота

поверхностный сток

Влага, испарившаяся над мировым океаном переносится на сушу, где выпадает в виде осадков.

Круговорот воды играет основную роль в формировании природных условий на Земле. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биохимическом цикле, весь запас воды распадается и восстанавливается за 2 млн лет.

3. Энергетика ЭС. Функционирование ЭС сопровождается поглощением, преобразованием, накоплением и высвобождением энергии. Первичные потоки энергии – энергия Солнца и земных недр.

Важнейшим потоком является солнечная энергия, которая многократно превышает все другие источники. Она способна превращаться в различные виды энергии: прежде всего в тепловую, химическую и механическую. За счет солнечной энергии осуществляются внутренние обменные процессы в ЭС, влагооборот, биологический метаболизм (обмен веществ), циркуляция воздушных масс и др.

Отражается в пространство воздухом и почвой

Отражается в пространство

Солнечная радиация

	Рассеивается облаками

Преобразование солнечной энергии начинается с отражения (альбедо) ее части от облаков и земной поверхности.

Подавляющая часть полезного тепла, поглощаемой земной поверхностью (радиационный баланс), затрачивается на влагооборот и нагревание воздуха.

На биохимическую реакцию фотосинтеза используется 0,5% от общего потока солнечной радиации.

Дата добавления: 2014-01-07