Влияние деятельности человека на биосферу и ландшафты земли. Классификация природных экосистем биосферы на ландшафтной основе

Арендный блок

Биосфера - область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в т. ч. человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создано Вернадским.

Области развития живого вещества на Земле могут ограничиваться пятью параметрами: количеством углекислого газа и кислорода; наличием воды в жидкой фазе; термическим режимом; наличием «прожиточного минимума» - элементов минерального питания; сверхсоленостью вод. На поверхности Земли очень мало участков, где бы перечисленные факторы препятствовали развитию живых организмов. Весь Мировой океан заселен организмами. Они есть и в Марианской впадине, и подо льдами Ледовитого океана и Антарктиды. В атмосфере жизнь выявлена не только в пределах тропосферы, но и в стратосфере: жизнеспособные организмы были обнаружены на высоте около 80 км. Однако активная жизнь большинства организмов проходит в атмосфере до высот, где существуют насекомые и птицы. Выше встречаются бактерии, дрожжевые грибки, споры грибов, мхов и лишайников, вирусы, водоросли и т.д. Большинство из них на таких высотах находятся в состоянии анабиоза. В пределах континентов нижняя граница биосферы проходит по меняющимся глубинам, которые контролируются в основном особенностями подземных вод. Активные и разнообразные формы микрофлоры обнаружены на глубинах свыше 3 км, причем живые бактерии имелись в водах с температурой 100° С.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Эта тема принадлежит разделу:

Геохимия

Геохимия геосфер. Литосфера. Атмосфера. Гидросфера. Педосфера. Факторы миграции химических элементов в земной коре. Геохимия ландшафтов. Геохимическая классификация ландшафтов.

Предисловие

На основе работ В.И. Вернадского используется определение биосферы как общепланетной оболочки, к составу которой относятся нижние слои атмосферы, гидросфера, и верхние слои литосферы. Ее состав и строение обусловлены современной и прошлой жизнедеятельностью всей совокупности живых организмов. Она вследствие взаимодействия ее живых и неживых компонентов, аккумуляции и перераспределения в ней огромного количества энергии является термодинамически открытой, самоорганизованной, саморегулирующейся, динамически уравновешенной, устойчивой, глобальной системой.

К понятию «биосфера» близко подошел французский биолог Ж.Б. Ламарк (1802). Но сам термин «биосфера» впервые применил австралийский геолог Е. Зусс (1875). Он же выделил биосферу как отдельную оболочку Земли, охваченную жизнью, которая включает части атмосферы, гидросферы и литосферы. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом составляют пленку жизни (сферу) на нашей планете. Верхняя граница биосферы достигает 85 км над поверхностью Земли. На таких высотах (в стратосфере) во время запуска геофизических ракет в пробах воздуха определены споры микроорганизмов. Нижняя граница биосферы достигает глубин литосферы, где температура достигает 100 0 С (в молодых складчатых областях - это приблизительно 1,5 - 2 км и на кристаллических щитах - 7 - 8 км).

Верхняя граница биосферы, по В. И. Вернадскому, является лучевой, а нижняя - термической. Лучевая граница обусловлена наличием жесткого коротковолнового излучения, от которого жизнь на Земле защищена озоновым слоем, термическая - наличием высоких температур и находится на суше в среднем на глубине 3 - 3,5 км от земной поверхности. Таким образом, общая толщина этой земной оболочки должна была бы составлять несколько десятков километров.

1. Географическая оболочка - комплексная оболочка Земли, образованная вследствие взаимопроникновения и взаимодействия веществ отдельных геосфер - литосферы, гидросферы атмосферы и биосферы. Географическая оболочка является окружающей средой человеческого общества, и в свою очередь, подвергается значительному превращающему влиянию от него.

Географическая оболочка - наибольший природный комплекс, в развитии которого есть определенные закономерности:

o Целостность - все компоненты географической оболочки представляют собой единое целое, взаимодействуют между собой, а вещества и энергия пребывают в постоянном кругообороте;

o Ритмичность - периодическое повторение подобных природных явлений, которые длятся сутки (день и ночь), год (весна, лето, осень, зима) или миллионы лет (горообразование) и т. д.;

o Зональность - смена характера и свойств природных комплексов от экватора к полюсу, связана с неравномерным распределением солнечного тепла в зависимости от географической широты;

o Высотная поясность - смена рельефа, климата, воды, растительности в зависимости от абсолютной высоты местности, экспозиции склонов и протяженности горных стран относительно превосходящих воздушных масс.

Атмосферный воздух является одним из главных источников жизни на планете. Человек не может прожить без воздуха больше 5 минут. Потребность человека в воздухе зависит от его состояния, условий работы и лежит в пределах от 15 до 150 тис. Л в сутки.

Атмосфера является внешней газовой оболочкой Земли, достигающая от ее поверхности в космическое пространство приблизительно на 3000 км и делится на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, и экзосферу.

Она окружает землю и обращается вместе с ней под действием силы тяжести. В состав атмосферы входит азот - 78%, кислород - 21%, аргон, гелий, криптон и некоторые другие постоянные компоненты. Считается, что состав и свойства атмосферы на протяжении последних 50 млн. лет стабилизировалась. Среди меняющихся составляющих атмосферы - водяной пар, озон, углекислый газ, имеют большое значение для атмосферных процессов. Основная масса водяного пара сосредоточена в нижних слоях атмосферы (от 0,1 - 0,2 % в полярных широтах до 3 % - в экваториальных), с высотой его количество значительно уменьшается - на 90 % на высоте около 5 км. Содержание водяного пара в атмосфере определяется соотношением процессов испарения, конденсации и горизонтального переноса. Слой озона поглощает основную часть ультрафиолетового излучения Солнца, защищая жизнь на Земле. В этом заключается главное экологическое значение атмосферы.

Литосфера - внешняя твердая оболочка земли, включающая в себя всю земную кору с частью верхней мантии Земли, и состоит из осадочных, магматических и метаморфических пород.

Человек влияет больше всего на земную кору - тонкую верхнюю оболочку Земли, толщиной на континентах 40 - 80 км, под океанами - 5 - 10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Элементы литосферы - кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий - образуют 99,5 % земной коры.

Земная окра заселена живыми организмами только в верхних слоях почвы (педосфера) до глубины 5 м. Горные породы, из которых состоит литосфера, поддаются циклическим процессам, под действием экзогенных и эндогенных сил. Эндогенные силы действуют через выветривание, откладывают выветренный материал в более глубокие слои или переносят его в новые места залежей (седиментация).

Благодаря цементации или давлению отложения могут затвердевать (диагенез). 8 % отложений покрывают 75 % поверхности Земли. После длительного (с точки зрения геологии) времени осадочный покров, который становится уже очень толстым и очень тяжелым, может опуститься, и тогда он подлежит действию эндогенных сил. Они приводят к образованию складок, причем благодаря давлению и высоким температурам породы могут измениться, расплавиться и снова затвердеть.

Гидросфера - это водная сфера нашей планеты, совокупность океанов, морей, вод континентов, ледниковых покровов. Наша планета содержит около 16 млрд. куб. м. воды, что составляет 0,25 % ее массы. Основная часть этой воды (более 80 %) пребывает в глубинных зонах Земли - ее мантии. Подземная часть гидросферы охватывает грунтовые, подпочвенные, межпластовые, безнапорные и напорные воды, трещинные воды и воды карстовых полостей в легкорастворимых горных породах (известняк, гипс).

Для огромного количества живых организмов, особенно на разных этапах развития биосферы, вода была средой рождения и развития. Вода в биосфере находится в безостановочном движении, берет свое начало в геологическом и биологическом кругооборотах веществ. Вода является основой существования жизни на Земле. Без воды не может существовать человеческая цивилизация, потому что вода используется людьми не только для питья, а и для обеспечения санитарно - гигиенических и хозяйственно - бытовых нужд.

2.1. Биосфера (пространство, населенное живыми организмами) охватывает только тоненький пояс Земли, слой толщиной около 20 км. В земном пространстве глубина проникновения живых организмов (педосфера) зависит от климата, степени выветривания горных пород и т. д.

Из-за трудностей транспортировки воды вследствие действия гравитационного поля Земли растения редко поднимаются над землей выше 50 м. Самыми важными факторами, ограничивающими распространение живых организмов в атмосфере и гидросфере, является содержание кислорода и температуры условий.

В атмосфере из-за пассивного перенесения ветром пыльцы и спор бактерий органическая материя достигает высоты до 10 км.

В глубоководных впадинах анаэробные бактерии были найдены на глубине 10000 м.

С экологической стороны биосферу можно разделить на суббиосферы (Шуберт), причем атмосфера, как только временно обжитое пространство не будет учитываться:

Геобиосфера - обжитое пространство литосферы и педосферы (почва и др.);

Гидробиосфера - обжитое пространство гидросферы (моря, пресноводные озера, реки);

Антропобиосфера - пространство с человеческой доминантой (культурные ландшафты, города).

2.2 Образование живых веществ и их распад - это две стороны единого процесса, который называется биологическим кругооборотом химических элементов. Жизнь - кругооборот элементов между организмами и средой.

Причина кругооборота - ограниченность элементов, из которых состоит тело. Биологический кругооборот - это многоразовое участие химических элементов в процессах, происходящих в биосфере. В связи с этим биосферу определяют как область Земли, где происходят три основных процесса: кругооборот водорода, азота, серы, в которых принимают участие пять элементов (H, O 2 , C, N, S), движущиеся через атмосферу, гидросферу, литосферу. В природе кругооборот осуществляют не вещества, а химические элементы.

Кругооборот углерода. В биосфере углерода более 12000 млрд. тонн. Это объясняется тем, что соединения углерода постоянно возникают, меняются и распадаются. Кругооборот углерода происходит фактически между веществами и двуокисью углерода. В процессе фотосинтеза, осуществимого растениями, двуокисью углерода углекислый газ и вода с помощью энергии солнечного света превращаются в разные органические соединения. Полный цикл обмена атмосферного углерода происходит за 300 лет. Но часть углерода исключается в виде торфа, нефти, угля, мрамора и т.д.

Кругооборот кислорода. Ежегодно леса производят 55 млрд. тонн кислорода. Он используется живыми организмами для дыхания и принимает участие в окислительных реакциях в атмосфере, литосфере и гидросфере. Циркулируя через биосферу, кислород превращается то в органическое вещество, то в воду, то в молекулярный кислород. В наше время ежегодно на сгорание углерода, нефтепродуктов и газа тратится большое количество кислорода. Интенсивность этого процесса увеличивается с каждым годом.

Кругооборот азота, фосфора, серы. Деятельность человека ускоряет кругооборот этих элементов. Главная причина ускорения - использование фосфора в удобрениях, что приводит к эутрификации - надудобрения. При эутрификации происходит бурное размножение водорослей - «цветение» воды. Это приводит к уменьшению количества растворенного в воде кислорода. Продукты обмена водорослей уничтожают рыбу и другие организмы. Сформированные экосистемы при этом разрушаются. Индустрия и двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу ежегодно много нитратов и сульфатов. Попадая на землю вместе с дождем, они усваиваются растениями.

Кругооборот воды. Вода покрывает ѕ поверхности Земли. За одну минуту под действием солнечного тепла с поверхности водоемов Земли испаряется 1 млрд. тонн воды. После охлаждения пара образуются облака, возвращается на поверхность Земли в виде дождя и снега. Осадки частично проникают в почву. Грунтовые воды возвращаются на поверхность земли через корни растений, источники, насосы и т. д.

Скорость циркуляции воды очень высока: вода океанов восполняется за 2 млн. лет, грунтовые воды - за 1 год, речные - за 12 суток, пар в атмосфере - 10 суток.

Ежегодно для создания первичной продукции биосферы используют при фотосинтезе 1 % воды, которая попадает в виде осадков. Человек только для бытовых и промышленных потребностей используется 20 мм осадков - 2,5 % общей их количества за год. Бесповоротный ежегодный водосбор теперь составляет 55 куб. м. ежегодно он увеличивается на 4 - 5 %.

А с другой стороны, живые организмы приспосабливаются к разному химическому суставу среды, могут переносить большую концентрацию тех элементов, которые тут обычно находятся в большом количестве. Элементы, которые редко встречаются в природе и в маленькой концентрации, при накоплении становятся ядовитыми для живых организмов.

3. 3,5 млрд. лет назад в первичном океане Земли под влиянием ультрафиолетового и проникающего излучения, а также электрических грозовых разрядов началось образование первых органических соединений - «органического бульона» (А. И. Опарин). С увеличением концентрации этого раствора некоторые органические молекулы, соединяясь, стали образовывать коацерватные капли, изолированные от окружающей их среды и которые использовали вещества, входящие в его состав, для увеличения своего размера. Так возникли молекулы, способные к самовоспроизведению, что означало - зарождение Жизни.

Первые организмы питались окружающим их органическим раствором, но настало время, когда его запасы начали истощаться, а свободного кислорода практически не было, и первые организмы вынуждены были получать энергию благодаря процессу брожения. Но этот процесс малоэффективен и требовал большого количества пищи. Поэтому жизнь была обречена на голодную смерть. Единственная возможность превращения окончательного вещества в неокончательное - включить его в кругооборот. Вследствие природного отбора появились фотосинтезирующие организмы, которые не питались готовым органическим веществом, а создавали его сами, используя солнечный свет для превращения углекислого газа, минеральных солей и воды. Отходом такого способа питания стал кислород, который, во-первых, сделал возможным появление многоклеточных представителей животного мира, потребляющих энергию из готовых органических веществ путем их окисления, и, во-вторых, создал защиту от губящего для белковых соединений влияния ультрафиолетового излучения, поскольку некоторая часть свободного кислорода превратилась в озон, что является мощным его поглотителем.

Так был создан замкнутый круг взаимозависимых и взаимоприспособленных организмов и процессов, среди которых нет ни одного лишнего, поскольку каждый выполняет свою функцию: отходы жизнедеятельности одного является условием жизни другого.

Животные не могли бы питаться и дышать без помощи растений. Но и растения без животных очень быстро бы погибли, поскольку некому было бы перерабатывать созданную органику в воду, углекислый газ и минеральные соли, предотвращая загрязнение планеты вымершими остатками и восстанавливая запасы питательных веществ для новых поколений растений. Живые организмы также берут участие в общем круговороте веществ в природе и формировании планеты.

Итак, животные и растительные организмы своей деятельностью при жизни и биомассой после смерти миллиарды лет создавали и усовершенствовали условия, благоприятные для жизни, то есть биосферу, прежде чем, появился человек, который через несколько сотен тысяч лет стал разрушать ее своей неразумной деятельностью.

Вывод

Приблизительная масса биосферы составляет 3 10 24 г, а объем - 10 10 24 см 3 ,в том числе литосферы - 0,6 10 24 см 3 , гидросферы - 1,4 10 24 см 3 и тропосферы - 8 10 24 см 3 . Приблизительная масса биосферы составляет 0,05 % массы Земли,а объем - 0,4 % объема Земи, включая к последнему атмосферу толщиной 2000 км от уровня геоида. Масса живого вещества составляет всего (3...5) 10 -8 % массы Земли и около (0,7 - 1,0) 10 -8 % массы биосферы.

Интересные обобщения по поводу параметров биосферы приводит Ф. Я. Шипунов (1980). По его данным, наибольшая толщина биосферы находится на тропических широтах - 22 км, наименьшая - на полярных - 12 км.

Процессы, которые происходят в биосфере и в окружающей ее планетной среде, зарождается и поддерживается, с одной стороны, космическими, а с другой - земными факторами, связанными с особенностями Земли як планеты (напряжение гравитационноо и магнитного полей, особенности ее вещества, излучения и др.). взаимодействие этих двух факторов создает единое творение - систему Земли (Шипунов). Биосфера является структурной частью этой сложной планетной системы. И если ее живое вещество формирует для себя неблагоприятную среду обитания и развития - биосферу, то последняя перевоплощает свою планетную среду таким образом и в таких размерах, чтобы иметь максимальную устойчивость свое структурной организации. Поэтому биосферу нужно рассматривать как не только как область развития живого вещества на Земле, но и как область, которая трансформирует свое ближнее окружение в неотемлимую от нее экологическое планетное вещество.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Биосфера: загрязнение, деградация, охрана. - Толковый словарь. 2003 г.

Вернадский В. И. Биосфера - Л., 1972 г.

Корсак К. В., Плаховник О. В.Основы экологии. Научное пособие - К., 2002 г.

Основы экологии - под ред. Е. Н. Мешечко 2002 г.

Мякушко В. В., Вольвач Ф. В. Экология. - К., 2000 г.

Сытник К. М., Брайон А. В., Гордецкий А. В. Биосфера, экология, охрана природы. - К., 1987 г.

Дитер Гайнрих, Манфред Гергт. Экология - под ред. В. В. Серебрякова - 2001 г.

Билявский Т. Д., Падун М. М. Основы общей экологии. Учебник - К., 1996 г.

Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера 1989 г.

Биосфера и ее ресурсы - под ред. Н. Филлиповского 1982 г.

Биосфера. Эволюция, пространство, время. - под ред. Р. У. Симса 1988 г.

Биосфера — уникальная оболочка нашей планеты. Все предыдущие, рассмотренные нами, оболочки в той или иной степени существуют на других планетах , но только , по всей видимости, нет ни на одной из них, кроме Земли. Возможно, раз жизнь есть на нашей планете, она существует и в других уголках Вселенной, также вероятно, что это весьма распространенное явление, но пока ученые еще только ищут жизнь за пределами нашей планеты и единственной из них, где обнаружена жизнь остается Земля. Кто знает, может, это единственная планета, где каким-то неведомым образом зародилась жизнь?

Откуда она возникла на Земле, действительно никто пока не имеет представления. Жизнь — слишком сложное явление, чтобы она возникла случайно, и о процессах, которые могут привести к её появлению мы пока ничего не знаем. Но факт остается фактом — на Земле существует и процветает жизнь. Всю историю существования нашей планеты, длящуюся 4,5 миллиарда лет, ученые разделили на две большие части — два эона: Криптозой и Фанерозой. Криптозойский эон — это эон «скрытой жизни». В геологических слоях этого периода в не находят никаких следов жизни на планете. Это не может однозначно указывать на то, что её не было в это время вовсе, но никаких свидетельств её наличия не отмечается, возможно, она была долгое время слишком примитивной — на уровне одноклеточных организмов, не сохраняющихся в виде окаменелостей. Фанерозойский эон начался 570 миллионов лет назад, ознаменовавшись так называемым «Кембрийским взрывом». В этот период заканчивается Докембрийская или Архейская геологическая эпоха и начинается Палеозой. Палеозойская эра — это эра «древней жизни». В этот момент появляются практически все типы живых существ: моллюски, брахиоподы, черви, иглокожие, членистоногие, хордовые и другие — поэтому данный момент и был назван «взрывом». Уже через 100 миллионов лет появляются первые позвоночные, а 400 миллионов лет назад жизнь начинает выбираться на сушу — возникают земноводные. Хотелось бы заметить, что жизнь возникла в океане и долгое время не могла выбраться на сушу, так как пока не сформировалась кислородная и озоновый слой, защищающие все живое от смертельной солнечной радиации, суша была непригодна для жизни. В этот же период начинается расцвет наземных растений — появляются плауны, хвощи, папоротники, вслед за растениями появилась почва. Палеозой заканчивается 251 миллион лет назад крупнейшим массовым вымиранием живых существ, за всю её историю. Что произошло в этот период остается неизвестным, очевидно, на планете произошли колоссальные климатические изменения. Некоторые палеонтологи считают, что на Земле случился сильнейший ледниковый период, охвативший всю планету. Однако, после Палеозоя наступил Мезозой, и жизнь на планете восстановилась вновь. Мезозой стал эпохой динозавров, которые царствовали на планете около 200 миллионов лет. Но 65 миллионов лет назад снова произошло массовое вымирание видов. Все динозавры исчезли с лица планеты. Предположительно, в Землю врезался крупный метеорит, радикально изменивший её климат. С этого момента началась Кайнозойская эра, которая длится до сегодняшнего дня. Кайнозой стал эпохой , а около 2 миллионов лет назад среди них выделился человек.

Сегодня жизнь проникла во все уголки Земного шара, она есть на самом дне океанов, в горячих источниках, на самых высоких горах, в жерлах вулканов и подо льдом . Она проникла повсеместно, там где жизнь исчезает по каким-то причинам вскоре она восстанавливается вновь, приспосабливаясь к все более новым и тяжелым условиям окружающей среды. Многообразие живых организмов на планете огромно, оно насчитывает миллионы животных, растений, грибов и микроорганизмов. Сама биосфера — это по сути непрерывное пространство, на котором расположились все эти виды. Они взаимодействуют между собой за счет огромного количества биологических связей, образуя единую, глобальную экосистему. Разумеется, разные живые организмы приспособились к разным природным условиям, потому на Земле сформировалось несколько природных зон, характеризующихся особыми природными условиями и видами, населяющими их.

Классификации природных систем биосферы базируются на ландшафтном подходе, так как экосистемы – неотъемлемая часть природных географических ландшафтов, образующих географическую (ландшафтную) оболочку Земли. Биогеоценозы (экосистемы) образуют на поверхности Земли так называемую биогеосферу, являющуюся основой биосферы, которую В. И. Вернадский называл «пленкой жизни», а В. Н. Сукачев – «биогеоценотическим покровом».

«Биогеоценотический покров» В. Н. Сукачева – это не что иное, как ряд природных экосистем, представляющих собой пространственные (хорологические) единицы (части, элементы) биосферы. Эти единицы, как правило, совпадают своими границами с ландшафтными элементами географической оболочки Земли.

Ландшафт – природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему.

Ландшафтный подход в экологии имеет, прежде всего, большое значение для целей природопользования. По происхождению выделяют два основных типа ландшафтов – природный и антропогенный.

Природный ландшафт формируется исключительно под влиянием природных факторов и не преобразован хозяйственной деятельностью человека. Изначально выделяли следующие природные ландшафты:

– геохимический – обозначает участок, выделенный на основе единства состава и количества химических элементов и соединений. Интенсивность их накопления в ландшафте или, напротив, скорость самоочищения ландшафта могут служить показателями его устойчивости по отношению к антропогенным воздействиям;

– элементарный ландшафт обозначает участок, сложенный определенными породами, находящимися на одном элементе, рельефа, в равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером растительных ассоциаций и одним типом почв;

– охраняемый ландшафт, на котором в установленном порядке регламентированы или запрещены все или отдельные виды хозяйственной деятельности.

Однако, как считают многие ученые, сейчас на суше преобладают антропогенные ландшафты или, во всяком случае, по распространенности они равны природным.

Антропогенный ландшафт – это бывший природный ландшафт, преобразованный хозяйственной деятельностью настолько что изменена связь его природных компонентов. Сюда относятся ландшафты:

– агрокультурный (сельскохозяйственный) – растительность которого в значительной степени заменена посевами и посадками сельскохозяйственных и садовых культур;

– техногенный, структура которого обусловлена техногенной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств (нарушение земель, загрязнение промышленными выбросами и т. п.); сюда же входит ландшафт индустриальный, образующийся в результате воздействия на среду крупных промышленных комплексов;

– городской (урбанистический) – с постройками, улицами и парками.

Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли совпадают с границами биосферы, но поскольку в географическую оболочку входят и участки, где нет жизни, можно условно принимать, что биосфера входит в ее состав. Фактически же – это неразрывное единство, о чем свидетельствует и ландшафтный подход при выделении типов природных экосистем. Одним из таких примеров служит классификация по Р. X. Уиттекеру, использованная им при оценке продуктивности экосистем земного шара (табл. 7.1).

Таблица 7.1 Первичная биологическая продуктивность экосистем земного шара (по Р. X. Уиттекеру, 1980)

Главный источник энергии для ландшафтной оболочки, как и для бисферы, – солнечная радиациия. Для биосферы солнечная энергия – это прежде всего «движитель» биогеохимических циклов биофильных элементов и главный компонент фотосинтеза – источника первичной продукции. Как видно из табл. 7.1, продуктивность биосферы складывается из продуктивности различных природных экосистем (одновременно и энергий ландшафтов).

Но энергия Солнца, обеспечивая эту продуктивность, составляет лишь 2–3% от всей его энергии, достигшей поверхности Земли. Остальная солнечная энергия расходуется на абиотическую среду, если не считать достаточно активное участие ее в процессах физико-химического разложения, опада и др. Но абиотические факторы определяют вместе с биотическими эволюционное развитие организмов и гомеостаз экосистем. В свою очередь – растительный и животный мир – столь мощные природные компоненты, что могут влиять на окружающую среду и «переделать ее под себя», создавая определенную микросреду (микроклимат). Все это свидетельствует о том, что живая природа существует в едином энергетическом поле всего ландшафта. Об этом говорит и распределение первичной продукции, на суше и в океане (рис. 7.1; Бигон и др., 1989).

Как видно из рис. 7.1, продуктивность различных типов экосистем далеко не одинакова и занимают они разные по величине территории на планете. Различия в продуктивности связаны с климатической зональностью, характером среды обитания (суша, вода), с влиянием экологических факторов локального порядка их. п., сведения о которых излагаются ниже при характеристике природных экосистем как хорологических единиц биосферы, классифицированных на принципах так называемого биомного подхода. По Ю. Одуму (1986), биом – «крупная региональная и субконтинентальная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта».

Опираясь на эти представления, Ю. Одум предложил следующую классификацию природных экосистем биосферы (на рис. 7.2 – мировое распределение биомов):

I. Наземные биомы.

Тундра: арктическая и альпийская.

Бореальные хвойные леса.

Листопадный лес умеренной зоны.

Степь умеренной зоны.

Тропические степи и саванны.

Чапарраль – районы с дождливой зимой и засушливым летом.

Пустыня: травянистая и кустарниковая.

Полувечнозеленый тропический лес: выраженный влажный и сухой сезоны.

Вечнозеленый тропический дождевой лес.

И. Типы пресноводных экосистем

Лентические (лат. lentes – спокойный): озера, пруды и т. д.

Лотические (лат. lotus – омывающий): реки, ручьи, родники.

Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.

III. Типы морских экосистем

Открытый океан (пелагическая).

Воды континентального шельфа (прибрежные воды).

Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством).

Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т. д.

Границы распространения биомов определяются ландшафтными компонентами материков, в названии, как правило, доминирующая растительность (лесной, кустарниковый и т. п.). В водных экосистемах растительные организмы не доминируют, поэтому за основу взяты физические признаки среды обитания («стоячая», «текучая» вода, открытый океан и т. п.).

Как явствует из вышесказанного, биом – это экосистема, которая совпадает своими границами с ландшафтами регионального уровня (рис. 7.2). Он состоит из тех же компонентов, что и ландшафт, но главный компонент его – биота, и основное внимание здесь уделяется процессам, создающим органическое вещество, и биохимическому круговороту веществ.

Под биосферой понимают совокупность всех живых организмов на планете. Они населяют любые уголки Земли: от глубин океанов, недр планеты до воздушного пространства, поэтому многие ученые называют эту оболочку сферой жизни. В ней же обитает и сам человеческий род.

Состав биосферы

Биосфера считается самой глобальной экосистемой нашей планеты. Она состоит из нескольких сфер. К ней относится , то есть все водные ресурсы и водоемы Земли. Это Мировой океан, подземные и поверхностные воды. Вода – это и жизненное пространство многих живых существ, и необходимое вещество для жизни. Она обеспечивает протекание многих процессов.

В составе биосферы есть атмосфера. В ней существуют различные организмы, а сама она насыщенна различными газами. Особую ценность представляет кислород, необходимый для жизни всем организмам. Также атмосфера играет важнейшую роль в в природе, влияет на погоду и климат.

Литосфера, а именно верхний слой земной коры, входит в биосферу. Он населен живыми организмами. Так, в толще Земли обитают насекомые, грызуны и другие животные, произрастают растения, а на поверхности живут люди.

Мир и – это важнейшие обитатели биосферы. Они занимают огромное пространство не только на земле, но и неглубоко в недрах, населяют водоемы и встречаются в атмосфере. Формы растений различны: от мхов, лишайников и трав до кустарников и деревьев. Что касается животных, то наименьшие представители – одноклеточные микробы и бактерии, а наибольшие – наземные и морские существа (слоны, медведи, носороги, киты). Все они отличаются широким разнообразием, и каждый вид важен для нашей планеты.

Значение биосферы

Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество. Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках. Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.

Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.

Влияние человека на биосферу

Влияние человека на биосферу является неоднозначным. С каждым столетием антропогенная деятельность становится более интенсивной, разрушительной и масштабной, поэтому люди способствуют возникновению не только локальных экологических проблем, но и глобальных.

Одним из результатов влияния человека на биосферу является сокращение численности флоры и фауны на планете, а также исчезновение многих видов с лица земли. Например, ареалы растений уменьшаются в связи с земледельческой деятельностью и вырубкой лесов. Множество деревьев, кустарников, трав являются вторичными, то есть вместо первичного растительного покрова были посажены новые виды. В свою очередь, популяции животных уничтожаются охотниками не только ради добычи пропитания, но и с целью продажи ценных шкур, костей, плавников акул, бивней слонов, рогов носорогов, различных частей тела на черном рынке.

Довольно сильно антропогенная деятельность влияет на процесс почвообразования. Так, и распашка полей приводит к ветровой и водной эрозии. Изменение состава растительного покрова приводит к тому, что другие виды участвуют в процессе образования почв, а, значит, образуется иной тип грунта. Из-за использования в земледелии различных удобрений, сброса в землю твердых и жидких отходов, изменяется физико-химический состав почвы.

Демографические процессы оказывают негативное влияние на биосферу:

возрастает численность населения планеты, которое все больше потребляет природных ресурсов;
увеличиваются масштабы промышленного производства;
появляется больше отходов;
увеличиваются площади сельскохозяйственных угодий.

Стоит отметить, что люди способствуют загрязнению всех слоев биосферы. Источников загрязнения на сегодняшний день существует огромное многообразие:

выхлопные газы автотранспорта;
частицы, выделяющиеся при сгорании топлива;
радиоактивные вещества;
нефтепродукты;
выбросы химических соединений в воздушную среду;
твердые бытовые отходы;
пестициды, минеральные удобрения и агрохимия;
грязные стоки как промышленных, так и коммунальных предприятий;
электромагнитные приборы;
ядерное топливо;
вирусы, бактерии и чужеродные микроорганизмы.

Все это приводит не только к изменению экосистем и сокращению биоразнообразия на земле, но и к климатическим изменениям. Из-за влияния человеческого рода на биосферу происходит и , таяние ледников и , изменение уровня океанов и морей, выпадение кислотных осадков и т.п.

Со временем биосфера становится все более неустойчивой, что приводит к разрушению многих экосистем планеты. Многие ученые и общественные деятели выступают за то, чтобы снизить влияние человеческого сообщества на природу, с целью сохранить биосферу Земли от уничтожения.

Вещественный состав биосферы

Состав биосферы можно рассматривать с различных точек зрения. Если говорить о вещественном составе, то в нее входит семь различных частей:

Живое вещество – совокупность живых существ, населяющих нашу планету. У них элементарный состав, а в сравнении с остальными оболочками они имеют малую массу, питаются солнечной энергией, распределяя ее в среде обитания. Все организмы составляют мощную геохимическую силу, распространившись по земной поверхности неравномерно.
Биогенное вещество. Это те минерально-органические и чисто органические компоненты, которые были созданы живыми существами, а именно горючие полезные ископаемые.
Косное вещество. Это неорганические ресурсы, которые образовываются без участи живых существ, сами по себе, то есть кварцевый песок, различные глины, а также водные ресурсы.
Биокосное вещество, получаемое благодаря взаимодействию живых и косных компонентов. Это почва и породы осадочного происхождения, атмосфера, реки, озера и другие поверхностные акватории.
Радиоактивные вещества, такие как элементы урана, радия, тория.
Рассеянные атомы. Они образуются из веществ земного происхождения, когда на них влияет космическое излучение.
Космическое вещество. На землю попадает тела и вещества, образованные в космическом пространстве. Это могут быть как метеориты, так и осколки с космической пылью

Слои биосферы

Стоит отметить, что все оболочки биосферы находятся в постоянном взаимодействии, поэтому порой бывает трудно выделить границы того или иного слоя. Одной из важнейших оболочек является аэросфера. Она достигает уровня примерно 22 км над землей, где еще есть живые существа. В целом это воздушное пространство, где обитают все живые организмы. В составе этой оболочки есть влага, энергия Солнца и атмосферные газы:

кислород;
озон;
аргон;
азот;
водяной пар.

Численность атмосферных газов и их состав зависит от влияния живых существ.

Геосфера – это составляющая часть биосферы, к ней относится совокупность живых существ, которые населяют земную твердь. Эта сфера включает литосферу, мир флоры и фауны, грунтовые воды и газовую оболочку земли.

Значительным слоем биосферы является гидросфера, то есть все водоемы без подземных вод. В эту оболочку входит Мировой океан, поверхностные воды, атмосферная влага и ледники. Вся водная сфера населена живыми существами – от микроорганизмов до водорослей, рыб и животных.

Если детальнее говорить о твердой оболочке Земли, то она состоит из почвы, горных пород и минералов. В зависимости от среды расположения, бывают различные типы грунта, которые отличаются по химическому и органическому составу, зависят от факторов окружающей среды (растительности, водоемов, животного мира, антропогенного влияния). Литосфера состоит из огромного количества минералов и пород, которые в неодинаковом количестве представлены на земле. В данный момент открыто более 6 тысяч минералов, но лишь 100-150 видов больше всего распространены по планете:

кварц;
полевой шпат;
оливин;
апатиты;
гипс;
карналлит;
кальцит;
фосфориты;
сильвинит и др.

В зависимости от количества горных пород и их хозяйственного использования, некоторые из них являются ценными, особенно топливные ископаемые, руды металлов и драгоценные камни.

Что касается мира флоры и фауны – то это оболочка, которая включает в себя по различным источникам от 7 до 10 миллионов видов. Предположительно около 2,2 млн. видов обитает в водах Мирового океана, а около 6,5 млн. – на суше. Представителей животного мира на планете обитает приблизительно 7,8 млн., а растений – около 1 млн. Из всех известных видов живых существ описано не более 15%, поэтому человечеству потребуются сотни лет, чтобы исследовать и описать все существующие виды на планете.

Связь биосферы с другими оболочками Земли

Все составляющие части биосферы находятся в тесной взаимосвязи с другими оболочками Земли. Это проявление можно увидеть в биологическом круговороте, когда животные и люди выделяют углекислый газ, он поглощается растениями, которые во время фотосинтеза выделяют кислород. Таким образом, эти два газа постоянно регулируются в атмосфере благодаря взаимосвязям различных сфер.

Одним из примеров является почва – результат взаимодействия биосферы с другими оболочками. В этом процессе принимают участие живые существа (насекомые, грызуны, пресмыкающиеся, микроорганизмы), растения, вода (подземные воды, атмосферные осадки, водоемы), воздушная масса (ветер), почвообразующие породы, солнечная энергия, климат. Все эти компоненты медленно взаимодействуют между собой, что способствует образованию почвы в среднем со скоростью 2 миллиметра в год.

Когда компоненты биосферы взаимодействуют с живыми оболочками, образуются горные породы. В результате влияния живых существ на литосферу образовываются залежи каменного угля, мел, торф и известняки. В ходе взаимовлияния живых существ, гидросферы, солей и минералов, определенной температуры образуются кораллы, а из них, в свою очередь, появляются коралловые рифы и острова. Также это позволяет регулировать солевой состав вод Мирового океана.

Различные виды рельефа являются прямым результатом связи биосферы с другими оболочками земли: атмосферой, гидросферой и литосферой. На ту или иную форму рельефа влияет водный режим местности и осадки, характер воздушных масс, солнечное излучение, температура воздуха, какие виды флоры здесь произрастают, какие животные населяют эту территорию.

Значение биосферы в природе

Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:

Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.

Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала. Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь. В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.

Роль Вернадского в изучении биосферы

Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.

Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.

Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:

геохимических;
биологических;
биогенных;
геологических;
миграции атомов.

Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.

Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:

биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.

Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.

Вывод

Подводя итоги, стоит отметить, что жизнь в биосфере размещается по-разному и неравномерно. Большое количество живых организмов обитает на земной поверхности, будь то водная среда или суша. Все существа соприкасаются с водой, минералами и атмосферой, находясь с ними в непрерывной связи. Именно это обеспечивает оптимальные условия для жизни (кислород, вода, свет, тепло, питательные вещества). Чем глубже в толщу воды океана или под землю, тем жизнь более однообразна. Живое вещество также распространяется и по площади, и стоит отметить разнообразие форм жизни по всей земной поверхности. Чтобы понять эту жизнь, нам понадобиться еще не один десяток лет, а то и сотен, но ценить биосферу и уберечь ее от нашего вредного, человеческого, влияния нужно уже сегодня.