Биосфера и цивилизация
через живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества,
источником которого также является фотосинтез. В разных типах экосистем
мощность потоков энергии через цепи выедания и разложения различна: в
водных сообществах большая часть энергии, фиксированной одноклеточными
водорослями, поступает к питающимся фитопланктоном животным и далее - к
хищникам, и значительно меньшая включается в цепи разложения. В большинстве
экосистем суши противоположное соотношение: в лесах, например, более 90%
ежегодного прироста растительной массы поступает через опад в детритные
цепи.[1]
4. Биосфера и ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости,
биопродуктивность.
4.1. Структура биосферы.
Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью
организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе
жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф,
известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых
организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат
жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).
Косное вещество биосферы.
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают
невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит
примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона,
который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть
ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут
существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной
коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В
литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено
температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком
состоянии[3].
Атмосфера.
Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших
количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние
атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и
биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для
биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый
для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид
углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную
поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид
углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря
вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза[3].
Гидросфера.
Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов
существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом
океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300
млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а
количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3.
Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение
имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество
широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида
углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере.
Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение
геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара[3].
Литосфера.
Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в
почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва
включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и
органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[3].
Живые организмы (живое вещество).
Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах
распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы
и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена
главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое
океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса
организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и
0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений
приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей
биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса
океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,
обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная
закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их
вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -
беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -
млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного
вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических
процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы
черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи
воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря
жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10%
биомассы[3].
4.2. Эволюция биосферы.
Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя
целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним
законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного
излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных
тел)
По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.
оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадиях
существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли
были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на
поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях
вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие
процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и
их спутниках - Марсе, Венере, Луне.
С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно
и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой
материи на геологические процессы Земли.
Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к
возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой
системы геологических и биологических тел и процессов преобразования
энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей,
достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию
Земли.
Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых
растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился
кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет
концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.
Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной
(неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,
топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.
Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени
относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в
постоянном динамическом равновесии и развитии[2].
В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные
перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,
характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся
одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -
количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу
времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический
круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость
миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов
в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1].
Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в
биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные
(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем
(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.
Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по
безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для
жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние
времена различные жизненные формы и виды растений, животных,
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
