Биосфера земли включает водную оболочку земли

Биология. 11 класс

«Плёнка жизни»

Состав и функции биосферы

Необходимо запомнить

Термин «биосфера» (от греч. bios – жизнь, sphaira – плёнка) был предложен австралийским учёным Э. Зюссом (1831–1914), который понимал под биосферой совокупность живых организмов Земли.

Учение о биосфере разработано российским учёным, академиком В. И. Вернадским (1863–1945). В. И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на геологические оболочки, заселённые ими. По В. И. Вернадскому Земля состоит из четырёх принципиальных типов материи.

Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы:

– живое вещество – совокупность живых организмов Земли;

– косное вещество – вещество неживой природы (песок, глина, гранит, базальт);

– биокосное вещество – результат взаимодействия живых организмов с неживой природой (вода, почва, ил);

– биогенное вещество – вещества, создаваемые в результате жизнедеятельности организмов (осадочные породы, каменный уголь, нефть).

Биосфера – оболочка Земли, основная роль в формировании которой принадлежит живым организмам. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (все, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек – литосферы, гидросферы и атмосферы. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.

Литосфера – «каменная оболочка» Земли – представляет собой верхнюю часть земной коры, изменённой в результате физического, химического и биологического воздействия. Состоит из осадочных пород, ниже которых находятся гранитный и базальтовые слои.

Нижняя граница жизни в литосфере проходит на уровне 4–7 км, ниже проникновение жизни ограничено воздействием высоких температур, отсутствием воды. Наиболее заселены поверхность Земли и верхний слой почвы.

Гидросфера «водная оболочка» образована Мировым океаном и водоёмами суши – реками, озёрам. Много воды находится в подземных водах и ледниках. Гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом, планктоном и нектоном.

Атмосфера подразделяется на тропосферу – нижнюю часть атмосферы, высота которой доходит до 20 км, выше находится стратосфера (до 100 км), ещё выше ионосфера.

Заселена только тропосфера, верхняя граница жизни проходит на высоте около 20 км, куда восходящие потоки воздуха заносят споры микроорганизмов.

В атмосфере, на высоте 15–35 км свободный кислород (О2) превращается в озон (О3), который отражает жёсткий ультрафиолет (свет с длиной волны менее 290 нм), вызывающий мутации в клетках живых организмов.

Функции живого вещества

1. Энергетическая функция, связана с превращением солнечной энергии в энергию химических связей образованного органического вещества.

2. Газовая функция. Фотосинтез, дыхание, деятельность азотфиксирующих и денитрифицирующих бактерий создали атмосферу Земли, содержащую 21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа, около 80 % азота. Метан, сероводород – эти газы также биогенного происхождения.

3. Концентрационная функция живого вещества проявляется в захвате и накоплении живыми организмами определённых химических элементов – углерода, кислорода, водорода, азота, калия, натрия, кремния, йода и др.

4. Окислительно-восстановительная функция связана с химическими превращениями веществ в ходе окислительно-восстановительных реакций.

За время существования Земли сменились миллиарды поколений живых организмов. Все они использовали неорганические вещества, органические вещества, а также энергию. Эти ресурсы не исчерпываются, поскольку существует круговорот, т. е. циклический переход вещества и энергии между разными организмами. Благодаря ему вещество нигде не скапливается и постоянно обновляется. Рассмотрим круговорот воды, углерода, азота.

Вода – самое распространённое вещество в Биосфере. Основные её запасы сосредоточены в морях и океанах. Пресная вода сосредоточена в ледниках и вечных снегах, а также в подземных водах. Лишь незначительная часть пресных вод заключена в озёрах, реках, болотах и атмосферных осадках. Живые организмы не только потребляют воду, но и отдают её обратно в виде испарения или жидких выделений.

Испарение уходит в атмосферу, а жидкая вода стекает и скапливается в крупнейших водах бассейна. Под действием солнечной радиации вода в бассейне испаряется в атмосферу, переносится на большие расстояния и выпадает в виде осадков и становится доступной для всех живых существ.

Источником его для фотосинтеза служит углекислый газ, находящийся в атмосфере или растворенный в воде. Углерод, связанный в горных породах, вовлекается в круговорот значительно медленнее. В составе синтезированных растением органических веществ углерод поступает, затем в цепи питания через живые или мёртвые ткани растений и возвращается в атмосферу снова в форме углекислого газа в результате дыхания, брожения или сгорания топлива (древесины, нефти, угля и т. п.). Продолжительность цикла углерода равна трём – четырём столетиям.

Растения получают азот в основном из разлагающегося мёртвого органического вещества посредством деятельности бактерий, которые превращают азот белков в усваиваемую растениями форму. Другой источник – свободный азот атмосферы – растениям непосредственно недоступен. Но его связывают, т. е. переводят в другие химические формы, некоторые группы бактерий и сине-зелёные водоросли, они обогащают им почву. Многие растения находятся в симбиозе с азотфиксирующими бактериями, обитающими в клубеньках на их корнях. Из отмерших растений или трупов животных часть азота, за счёт деятельности денитрифицирующих бактерий превращается в свободную форму и вновь поступает в атмосферу.

Круговорот воды в природе

Возникновение понятия о биосфере и её границы

Уже сотни людей побывали в космосе и через иллюминаторы космических летательных аппаратов видели внешний облик нашей планеты. Но ещё в начале XX века В. И. Вернадский сумел взглянуть на Землю с ещё более далёкого расстояния и силой могучего воображения увидел главное, что отличает Землю от других планет – наличие на ней «проникнутой жизнью оболочки!»

«…Сейчас в ней происходит бурный рассвет. Мы знаем только маленькую частичку этой непонятной, неясной, всеобъемлющей загадки…» (В. И. Вернадский).

Понятие о биосфере было упомянуто в книге «Гидрогеология» (1802 г.) французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком. В научном обиходе слово «биосфера» появилось в 1875 г. на страницах книги «Лик Земли» австрийского геолога Э. Зюсса.

Учение о биосфере было создано русским геохимиком В. И. Вернадским в 20–30 годах XX в. В его основу было положено представление о планетарной биогеохимической функции живого вещества и о сложной организации биосферы.

Биосфера занимает нижнюю часть атмосферы, верхний слой литосферы и всю гидросферу. Общая толщина биосферы – около 17 км. Вглубь литосферы организмы проникают примерно на 6–7 км, в гидросфере живые организмы проникают на глубину около 11 км. В атмосфере биосфера занимает только тропосферу.

Основные факторы, определяющие границы биосферы

– Действие ультрафиолетовых лучей (определяет верхний предел жизни).

– Температура земных недр (определяет нижний предел жизни).

Границы биосферы определяются естественными факторами, воздействующими на организм. Основным из них является действие ультрафиолетовых лучей и температуры.

Знаете ли вы, что…

Доказано, что умеренная солнечная радиация вызывает отложение пигмента меланина (загар), благоприятно влияющего на здоровье. И, наоборот, неумеренное солнечное облучение, особенно с 11 до 16 ч. обостряет такие хронические заболевания, как туберкулёз, заболевания женской половой системы, провоцирует образование злокачественной опухоли. Избыток солнечной радиации вызывает старение кожи – одного из важнейших органов человека. Защищаясь от вредного действия лучей, клетки кожи начинают быстро и беспорядочно делиться, чтобы верхний слой кожи утолщался и не пропускал губительный для организма ультрафиолет вглубь тканей. Этот процесс способствует появлению мутантов – видоизменённых клеток, которые и становятся причиной злокачественных опухолей.

Источник

Биосфера Земли

1. Понятие о биосфере (греч. bios – жизнь, sphaira – шар) как области жизни на Земле связано с именем французского естествоиспытателя Ж.Б. Ламарка. Оно появилось в начале XIX в., означало мир живых существ, населяющих Землю, и имело общебиологический характер.

В научный лексикон термин «биосфера» был введен австрийским геологом Зюссом позже – в 1875 г. Под биосферой стали понимать поверхностный слой Земли, в котором обитают организмы, т. е. представление о биосфере приобрело геологический смысл.

Основоположником целостного учения о биосфере является академик В.И. Вернадский (1863–1945). Он разработал представление о биосфере как о наружной оболочке Земли, охваченной геохимической деятельностью живого вещества. В.И. Вернадский, говоря о биосфере, имел в виду неразрывное целое: «живое вещество» – планетарную совокупность всех организмов и «косное вещество» – среду, в которой они развиваются. Он подчеркивал в своих трудах, что организмы постоянно и повсеместно связаны материально и энергетически, прежде всего питанием и дыханием, с окружающей их средой, что состав, структура и энергетика биосферы обусловлены главным образом деятельностью живых организмов.

Таким образом, согласно представлениям В.И. Вернадского, биосфера особая комплексная наружная оболочка Земли, охваченная жизнью, т.е. оболочка, в которой активно развивается живое вещество и где проявляется его энергия и преобразующее влияние на литосферу, гидросферу и атмосферу.

Развивая идеи В.И. Вернадского, В.В. Добровольский пишет: «В современном понимании биосфера не среда жизни, а глобальная система, в которой в неразрывной связи существует, с одной стороны, инертное вещество в твердой, жидкой и газовой фазах, а с другой – разнообразные формы жизни и их метаболиты» и подчеркивает, что «живое вещество так же немыслимо без биосферы, как и последняя без живого вещества».

По теме:  Бизнес план для сельской местности примеры

Вслед за В.И. Вернадским В.В. Добровольский обращает особое внимание на то, что, «хотя живые организмы составляют ничтожную часть массы наружных оболочек Земли, суммарный эффект их геохимической деятельности с учетом фактора времени имеет важное планетарное значение».

Иногда этот слой называют биостром (термин, используемый Ф.Н. Мильковым).

2. Границы биосферы определяются распространением ее активного начала – живого вещества. За ее верхнюю границу принимают «озоновый экран», находящийся на высоте около 25 км, хотя активная жизнь развивается в слое не выше нескольких километров от Земли. Нижняя граница биосферы на суше проходит в литосфере. Эту границу разные ученые проводят на различной глубине: от нескольких сотен метров – по подошве зоны гипергенеза, т. е. зоны, где активно протекает биохимическое выветривание, до нескольких километров, где еще встречаются анаэробные бактерии. В океане нижняя граница биосферы проходит, по-видимому, на некоторой глубине подо дном океана, где еще могут встречаться организмы, живущие в донных илах. Таким образом, биосфера пространственно включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры.

В масштабах Земли биосфера оказывается тонкой поверхностной пленкой с температурой от +50 до –50 °С и давлением около одной атмосферы на уровне моря. Но именно в этом слое протекает активная жизнь организмов, а их совокупная деятельность проявляется как геохимический фактор глобального масштаба.

Живое вещество биосферы представляет собой сочетание биологических систем разной структуры и разных уровней существования. В настоящее время выделяется восемь уровней организации живой материи:

Молекулярный – самый низкий уровень организации. Биологическая система проявляется в виде функционирования органических молекул – белков, углеводов, нуклеиновых кислот. С этого уровня проявляются свойства, характерные для живого вещества – обмен веществ, передача наследственности.

Клеточный. На этом уровне биологически активные молекулы объединяются в клетку. На Земле существуют одноклеточные и многоклеточные живые организмы.

Тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Ткани в организме выполняют определенную функцию – кожная ткань имеет защитную функцию, жиры выполняют роль запасных питательных веществ.

Органный – уровень, на котором отдельные типы тканей образуют определенные органы.

Организменный – уровень, на котором формируется единая система – индивидуальный организм. На Земле существует несколько миллионов видов организмов.

Популяционно-видовой. На этом уровне существуют совокупности однородных организмов, объединенных единством происхождения, местом обитания.

Биоценоз и биогеоценоз. Уровень организации, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке территории.

Биосферный – самый высокий уровень организации. На этом уровне сформировалась система наиболее высокого ранга – биосфера.

В настоящее время на Земле существует 15 – 30 млн. (по другим данным до 100 млн.) видов растений и животных, из которых инвентаризовано пока только 1,5 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений (Г.В. Войткевич, В.А. Вронский, 1989).

Живое вещество биосферы представлено всей совокупностью живых организмов: растениями, животными, грибами и бактериями. Существует несколькоклассификаций живых организмов:

по функциям, выполняемым в биосфере,

по их роли в биологическом круговороте вещества и в трофических цепях.

Рис. 1. Распространение жизни в биосфере

озакономерностям развития и клеточного строения организмы делятся на две большие систематические группы – прокариоты и эукариоты, имеющие соответственно безъядерные и ядерные клетки. К прокариотам (их еще называют дробянками) относятся бактерии и синезеленые водоросли. Бактерии наиболее распространенные на Земле организмы. Особенно их много в почвах. Среди них есть как автотрофные, так и гетеротрофные организмы, аэробные и анаэробные. Существуют бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. Синезеленых водорослей насчитывается около двух тысяч видов. Они обитают преимущественно в пресных водоемах, но некоторые их виды встречаются и в морях. Эукариотами являются все остальные организмы Земли: растения, грибы, животные.

Царство растений чрезвычайно разнообразно по форме, величине и строению. Среди них есть как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. Практически все растения являются автотрофами, т.е. на свету за счет реакции фотосинтеза производят органическое вещество. К растениям относятся водоросли (100 000 видов), лишайники (18000 видов), мхи (20000 видов), голосеменные (600 видов), покрытосеменные. Наиболее распространены на Земле покрытосеменные растения – их насчитывается 250 000 видов. Растения-гетеротрофы по способу питания подразделяют на сапрофиты, паразиты и симбионты. Сапрофитами называются растения, которые питаются органическими остатками. Паразиты – растения, пользующиеся готовыми питательными веществами другого организма, на котором они поселяются. Симбионты – это взаимовыгодное сожительство двух организмов. Классическим примером симбиоза в растительном мире считались лишайники, представляющие собой сожительство грибов и водорослей. Растения отличаются тем, что в их клетках содержится зеленый пигмент – хлорофилл. Появление в клетках живых организмов этого вещества обособило царство растений, обеспечив свойственный только им способ получения и преобразования энергии (питания). Хлорофилл является непременным и обязательным участником реакции фотосинтеза, в процессе которой происходит превращение углекислого газа и воды в органическое вещество с выделением при этом большого количества кислорода: 6СО2 + 6Н2О + 674 калл (свет и хлорофилл) → С6Н12О6+6О2. Первыми организмами планеты, которые начали осуществлять фотосинтез, стали водоросли. Это низшие споровые растения, обитающие преимущественно в воде. Кроме того, водоросли способны усваивать азот, серу, фосфор, калий и др. Более организованные группы растений – лишайники, мхи, папоротникообразные, голосеменные и покрытосеменные (цветковые). Последние преобладают на Земле – на их долю приходится более 50 % всех видов растений.

Грибы низшие, лишенные хлорофилла организмы, их насчитывается 100 000 видов. По размерам они варьируют от мелких микроскопических организмов до крупных дождевиков, величиной с футбольный мяч. Все грибы относятся к гетеротрофным организмам (использующим готовое органическое вещество) и по способу питания разделяются на паразитов, сапрофитов и симбионтов. Большинство грибов являются сапрофитами, они питаются остатками растений. Грибы совместно с бактериями участвуют в круговороте веществ биосферы, разлагают органическое вещество на минеральное.

Животные весьма разнообразны по форме и размерам. Они делятся на простейших (одноклеточных) и многоклеточных. Среди последних наиболее многочисленны членистоногие (более 1 000 000 видов в том числе насекомые), которые по численности видов превышают всех остальных животных (их 75 % от общего количества). Насекомые играют главную роль в процессе миграции биовещества в пространстве и времени на планете. Среди членистоногих выделяется класс насекомых, который по числу видов превышает все остальные виды животного мира. Ориентировочные расчеты показывают, что на Земле обитает минимум 10 8 млрд. насекомых, на каждого человека приходится 250 млн. представителей этого класса. На втором месте по числу видов находятся моллюски (105 000 видов). Позвоночные занимают третье место. Птиц насчитывается около 10 000 видов и 6000 видов млекопитающих. На долю сухопутных животных и наземной флоры приходится около 92 % видов, водных организмов – около 8 %.

Кроме организмов, образующих органическое вещество фотосинтетическим способом, на Земле были открыты другие организмы, основой образования которых является хемосинтез. Хемосинтез – процесс образования бактериями органического вещества из диоксида углерода за счет энергии, полученной при окислении неорганических соединений (аммиака, соединений серы). Хемосинтез был открыт русским микробиологом Н.С. Виноградским, который обнаружил микроорганизмы, способные окислять аммиак до солей азотной кислоты с выделением энергии.

Биологические процессы проявляются в развитии живых организмов, в усвоении солнечной энергии и накоплении свободной энергии в самих телах организмов, в биологической продуктивности.

В.И. Вернадский дал представление о пяти основных биохимических функциях живых организмов.

Первая функция – газовая. Большинство газов планеты порождено живыми организмами. Подземные, горючие газы, болотный газ (метан) – продукты разложения органических веществ.

Вторая функция – концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте стоит углерод. В углях содержание углерода больше, чем в среднем для земной коры. В кораллах концентрируются карбонаты, формируется органогенный известняк. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода – водоросли ламинарии, железа и марганца – особые бактерии.

Третья функция – окислительно-восстановительная. В процессе своей жизнедеятельности организмы могут регулировать газовый режим водоемов, создавая благоприятные условия для осаждения некоторых химических элементов.

Четвертая функция – биохимическая. Организмы растут, размножаются и перемещаются в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов по Земле.

Пятая функция – биохимическая деятельность человечества. Она охватывает все большую часть планеты и приводит к видоизменению всей биосферы.

По функциям, выполняемым организмами в обмене веществом и энергией, выделяются две группы. Автотрофные организмы – растения и некоторые дробянки – создают органическое вещество из неорганических элементов за счет солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Некоторые бактерии осуществляют хемосинтез – создают органическое вещество за счет энергии химических реакций. Гетеротрофные организмы – животные, грибы, большинство бактерий – питаются готовым органическим веществом. Часть бактерий относится к первичным гетеротрофам: они питаются абиогенной (дожизненной) органикой – азотистыми и метановыми соединениями. Другая часть бактерий, все грибы и животные – вторичные гетеротрофы, питающиеся биогенной органикой. Существуют еще и миксотрофы, которые на свету питаются автотрофно, а при отсутствии света переходят на гетеротрофное питание (водные одноклеточные жгутиковые). К ним, видимо, можно отнести и хищные растения – росянки и др.

По роли организмов в биологическом круговороте вещества и положении их в трофических цепях все организмы делятся на продуценты, консументы и редуценты.

По теме:  Основные компоненты биосферы живое вещество

Продуценты – производители, т.е. растения-автотрофы. Они являются источником органических веществ для большинства обитателей биосферы (кроме первичных гетеротрофов).

Консументы – потребители, т.е. организмы-гетеротрофы, потребляющие органику, созданную продуцентами. Есть первичные консументы, питающиеся непосредственно растительной органикой (травоядные), и вторичные, потребляющие первичных консументов (паразиты и хищники).

Редуценты – восстановители. Они разлагают органическое вещество на составляющие химические элементы, завершая биологический круговорот веществ. Сюда относятся бактерии, все грибы, простейшие животные.

По роли в биологическом круговороте можно еще выделить организмы-фиксаторы и симбионты (например, азотфиксирующие бактерии), а также сапрофиты, разлагающие биотическую органику на составные части (нитрифицирующие бактерии).

Широкому распространению живых организмов на Земле помогала их способность приспосабливаться к самым разнообразным условиям среды: физические пределы жизни живого вещества, а также их высокая потенциальная возможность размножения поразительно широки. Приведем лишь несколько примеров. Микроорганизмы обнаружены в исландских гейзерах, вода которых имеет температуру +93°С. Споры некоторых бактерий сохраняют жизнеспособность при температуре –253°С. Некоторые организмы (криобионты) приспособлены к жизни на льду или в снегу (например, глетчерные блохи, снежная хламидомонада и др.). Потомство одной бактерии при наличии питательных веществ, благоприятных условий и при беспрепятственном размножении могло бы за пять суток покрыть всю поверхность Земли.

В настоящее время по видовому составу в биосфере животные (1,5–1,7 млн. видов) преобладают над растениями (350–500 тыс. видов). Таким образом, в целом животное население разнообразнее, чем растительное. Но по массе вещества растения во много раз превышают животных. Подавляющая часть биомассы сосредоточена на суше, что видно из таблицы 1.

Таблица 1 – Соотношение сухопутных и морских видов растений и животных

Наибольшая концентрация живых организмов наблюдается на поверхности суши (включая почву и приземные слои атмосферы), в поверхностных слоях Мирового океана, а также на его дне в мелководной части. Это зоны контакта между литосферой, атмосферой и гидросферой. На суше биомасса в целом увеличивается от полюсов к экватору (за вычетом тропических поясов). В этом же направлении возрастает и число видов растений и животных.

Доминирующую часть массы живого вещества суши образуют высшие растения, а среди них – древесные формы. Масса наземных животных составляет около 1 % от фитомассы. Обновление фитомассы суши происходит в среднем за 15 лет. Для древесной растительности этот период значительно длиннее, чем для травянистой. В океане фитопланктон обновляется ежедневно, а вся масса живого вещества – менее, чем за месяц.

Биомасса и биопродуктивность. Биомассой называют совокупность организмов (живых и отмерших) в экосистеме. Она может быть выражена числом особей, а также в весовых (масса) или энергетических (калориях) характеристиках.

Биопродуктивность – это скорость продуцирования биомассы. В производстве биомассы участвуют продуценты – организмы, которые посредством фото- или хемосинтеза накапливают потенциальную энергию в виде органических веществ, созданных из минеральных веществ, поставляемых абиотической средой, и консументы организмы, которые питаются этими созданными сложными органическими веществами. Первичной продуктивностью называется скорость, с которой продуценты (в большинстве своем зеленые растения) в процессе фотосинтеза связывают энергию и запасают ее в форме органических веществ. Эти вещества могут быть использованы растительноядными организмами – консументами первого порядка. Вторичной продуктивностью называют скорость продуцирования биомассы консументами второго порядка или редуцентами – потребителями мертвого органического вещества.

Несмотря на недостаточную изученность распределения биомассы в географической оболочке (особенно это касается биомассы микроорганизмов и обитателей океаносферы), основные закономерности на сегодняшний день установлены. Одной из них является неоднородное распределение биомассы по вертикали и горизонтали. Другая закономерность проявляется в концентрации биомассы на контакте контрастных сред, что теоретически было предсказано В.И.Вернадским еще в 30-е годы XX в.

Главной контактной зоной географической оболочки является граница суши и океана с атмосферой. Мощность слоя, в котором сосредоточена основная масса живых организмов, составляет здесь от нескольких метров до нескольких десятков метров. Существуют и другие локальные контактные зоны (льды и акватория, берега рек и морей, гидрологические фронты), также обогащенные биомассой и видовым составом организмов.

Если сравнивать величины сухого органического вещества, то оказывается, что по этому показателю материки значительно превосходят океаны. Представленная в табл. 2 оценка биомассы в размере 1,8 • 10 12 т относится к собственно живому веществу (массе организмов) суши и океана. Масса биосферы (включающая все органическое вещество) оценивается в (2,5 –3,0) 10 18 т, где масса тропосферы – 0,004 • 10 18 т, гидросферы – 1,4 • 10 18 т, литосферы – 1,6 • 10′ 8 т.

На суше величина биомассы обнаруживает тесную связь с водно-тепловыми условиями. Максимальные показатели характерны для лесных сообществ, особенно для влажных тропических лесов (свыше 125 кг/м 2 ), где много теплоты и обильное увлажнение. От этого максимума биомасса убывает в трех направлениях: в сторону тропических пустынь (где рост живых организмов ограничивается дефицитом влаги), в сторону полярных районов и в сторону высокогорий (где недостаточно тепла). Биомасса центральных районов Антарктиды и Гренландии практически равна нулю.

В океане, где фитопланктон занимает центральное место в составе продуцентов, для распределения биомассы характерны циркумконтинентальная и горизонтальная зональности.

Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении биомассы от прибрежных зон (где она достигает 1 – 2 кг/м 2 и более) к центральным частям океанов, что объясняется снижением количества питательных веществ в воде. Это отчетливо наблюдается в изменении цвета морской воды от буро-зеленого, характеризующего «плодородие» у берегов, к ярко-синему, характеризующему малое количество питательных элементов в открытой части морских бассейнов. Таким образом, в Мировом океане имеются свои «пустыни» и «черноземы».

Горизонтальная зональность связана с закономерностями распределения и характером циркуляции вод. Низкие значения (0,01 – 0,03 кг/м 2 ) биомассы типичны для тропических морей и центральной части Северного Ледовитого океана. В областях циклонических круговоротов субарктического и умеренного поясов биомасса возрастает до 0,02 – 0,2 кг/м 2 . Высокие показатели (0,5 – 2,0 кг/м 2 ) биомассы свойственны районам умеренного пояса в северной части Атлантического и северо-западной части Тихого океанов.

Таким образом, продуктивность океанов гораздо ниже продуктивности материков. Это объясняется многими причинами. Главная из них состоит в том, что микроскопические продуценты погружены в воду и удалены друг от друга. Кроме того, солнечное излучение в большей мере поглощается водой, чем поверхностью суши.

14-15. Географическая оболочка

Общие законы географической оболочки.

Целостность и причинность явлений и процессов. Круговороты вещества и энергии как основа эволюции географической оболочки. Примеры в литосфере, атмосфере, гидросфере, биосфере.

Закон проявления зональности и азональности – основа комплексности географической среды. Общие черты и различия. Природные пояса и зоны как показатель солнечно-земных связей и экологических закономерностей.

Ритмические явления как стимул движения и развития природы.

Показатели и значение асимметрии и дисимметрии в географической оболочке.

1. Географическая оболочка – целостная непрерывная приповерхностная часть Земли, в пределах которой соприкасаются и взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и живое вещество. Это наиболее сложная и разнообразная материальная система нашей планеты. Географическая оболочка включает в себя целиком гидросферу, нижний слой атмосферы, верхнюю часть литосферы и биосферу, которые являются ее структурными частями.

Географическая оболочка не имеет четких границ, поэтому ученые проводят их по-разному. Обычно за верхнюю границу принимают озоновый экран, расположенный на высоте около 25– 30 км, где задерживается большая часть ультрафиолетовой солнечной радиации, которая губительно действует на живые организмы. В то же время основные процессы, определяющие погоду и климат, а, следовательно, формирование ландшафтов, протекают в тропосфере, высота которой изменяется по широтам от 16–18 км у экватора до 8 км над полюсами. Нижней границей на суше чаще всего считают подошву коры выветривания. Эта часть земной поверхности подвержена наиболее сильным изменениям под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов. Ее максимальная мощность около одного километра. Таким образом, общая мощность географической оболочки на суше составляет около 30 км. В океане нижней границей географической оболочки считают его дно.

Следует, однако, заметить, что в отношении положения нижней границы географической оболочки среди ученых существуют наибольшие расхождения. Можно привести пять-шесть точек зрения на этот вопрос с соответствующими обоснованиями. При этом границу проводят на глубинах от нескольких сотен метров до десятков и даже сотен километров, причем по-разному в пределах материков и океанов, а также различных участков материков.

Нет единства и в отношении названия географической оболочки. Для ее обозначения были предложены следующие термины:

ландшафтная оболочка или сфера,

географическая сфера или среда,

эпигеосфера и ряд других.

Однако в настоящее время большинство географов придерживается приведенных нами названий и границ географической оболочки.

Представление о географической оболочке как об особом природном образовании было сформулировано в науке в XX столетии. Главная заслуга в разработке этого представления принадлежит академику А.А. Григорьеву. Им же были раскрыты и основные особенности географической оболочки, которые сводятся к следующему:

Географической оболочке свойственно по сравнению с недрами Земли и остальной частью атмосферы большее разнообразие вещественного состава, а также поступающих в нее видов энергии и форм их преобразования.

Вещество в географической оболочке находится в трех агрегатных состояниях (за ее пределами преобладает одно какое-либо состояние вещества).

Все процессы здесь протекают за счет как солнечных, так и внутриземных источников энергии (за пределами географической оболочки – в основном за счет одного из них), причем солнечная энергия абсолютно преобладает.

Вещество в географической оболочке обладает широким диапазоном физических характеристик (плотность, теплопроводность, теплоемкость и др.). Только здесь есть жизнь. Географическая оболочка – арена жизни и деятельности человека.

По теме:  Что за клавиатура у папича

5. Общим процессом, связывающим сферы, составляющие географическую оболочку, является перемещение вещества и энергии, которое совершается в виде круговоротов вещества и в изменениях составляющих балансов энергии. Все круговороты вещества происходят с различной скоростью и на различном уровне организации вещества (макроуровне, микроуровнях фазовых переходов и химических превращений). Часть энергии, поступающей в географическую оболочку, консервируется в ней, другая часть в процессе круговорота веществ уходит за пределы планеты, предварительно испытав ряд преобразований.

Географическая оболочка состоит из компонентов. Это определенные материальные образования:

Компоненты различаются по физическому состоянию (твердое, жидкое, газообразное), уровню организации (неживое, живое, биокосное – сочетание живого и неживого, к которому относится почва), химическому составу, а также по степени активности. По последнему критерию компоненты подразделяют на устойчивые (инертные) – горные породы и почвы, мобильные – вода и воздух и активные – живое вещество.

Иногда компонентами географической оболочки считают частные оболочки – литосферу, атмосферу, гидросферу и биосферу. Это не совсем правильное представление, ибо не вся литосфера и атмосфера входят в состав географической оболочки, а биосфера пространственно изолированной оболочки не образует: это область распространения живого вещества в пределах части других оболочек.

Географическая оболочка территориально и по объему почти совпадает с биосферой. Однако единой точки зрения относительно соотношения биосферы и географической оболочки нет.

Одни ученые считают, что понятия «биосфера» и «географическая оболочка» очень близки или даже тождественны. В связи с этим вносились предложения заменить термин «географическая оболочка» на термин «биосфера» как более распространенный и знакомый широким массам людей.

Другие ученые-географы рассматривают биосферу как определенную стадию развития географической оболочки (в ее истории выделяют три основных этапа: геологический, биогенный и современный антропогенный).

По мнению третьих, термины «биосфера» и «географическая оболочка» не тождественны, поскольку в понятии «биосфера» внимание акцентируется на активной роли живого вещества в развитии этой оболочки и этот термин имеет особую биоцентрическую направленность. По-видимому, следует согласиться с последним подходом.

Географическую оболочку рассматривают ныне как систему, причем систему сложную (состоящую из множества материальных тел), динамическую (непрерывно изменяющуюся), саморегулирующуюся (обладающую определенной устойчивостью) и открытую (непрерывно обменивающуюся с окружающей средой веществом, энергией и информацией).

Географическая оболочка неоднородна. Она имеет ярусную вертикальную структуру, состоящую из отдельных сфер. Вещество распределено в ней по плотности: чем выше плотность вещества, тем ниже оно расположено. При этом наиболее сложное строение географическая оболочка имеет на контакте сфер: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхностные слои Мирового океана), гидросферы и литосферы (дно Мирового океана), а также в прибрежной полосе океана, где контактируют гидросфера, литосфера и атмосфера. При удалении от этих зон контакта строение географической оболочки становится более простым.

Вертикальная дифференциация географической оболочки послужила основанием известному географу Ф.Н. Милькову для выделения внутри этой оболочки ландшафтной сферы – тонкого слоя прямого соприкосновения и активного взаимодействия земной коры, атмосферы и водной оболочки. Ландшафтная сфера – биологический фокус географической оболочки. Ее мощность изменяется от нескольких десятков метров до 200 – 300 м. Ландшафтная сфера распадается на пять вариантов:

наземный (на суше),

земноводный (мелководные моря, озера, реки),

водно-поверхностный (в океане),

донный (дно океана).

Самый распространенный из них – водно-поверхностный. Он включает в себя 200-метровый поверхностный слой воды и слой воздуха высотой 50 м. В состав наземного варианта ландшафтной сферы, лучше других изученного, входят приземный слой воздуха высотой 30 – 50 м, растительность с населяющим ее животным миром, почва и современная кора выветривания. Таким образом, ландшафтная сфера – активное ядро географической оболочки.

Географическая оболочка неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. В этом отношении она расчленяется на отдельные природные комплексы. Дифференциация географической оболочки на природные комплексы обусловлена неравномерным распределением тепла на разных ее участках и неоднородностью земной поверхности (наличие материков и океанических впадин, гор, равнин, возвышенностей и т. д.). Самый крупный природный комплекс – сама географическая оболочка. К географическим комплексам относятся также материки и океаны, природные зоны (тундры, леса, степи и др.), а также региональные природные образования, как, например, Восточно-Европейская равнина, пустыня Сахара, Амазонская низменность и др. Небольшие природные комплексы приурочены к отдельным холмам, их склонам, долинам рек и их отдельным участкам (руслу, пойме, надпойменным террасам) и другим мезо- и микроформам рельефа. Чем меньше природный комплекс, тем однороднее природные условия в его пределах. Таким образом, вся географическая оболочка имеет сложное мозаичное строение, она состоит из природных комплексов разного ранга.

2. Основные закономерности географической оболочки. Географическая оболочка обладает рядом общих закономерностей. К ним относятся: целостность, ритмичность развития, горизонтальная зональность, азональность, полярная асимметрия.

Целостность – единство географической оболочки, обусловленное тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Причем географическая оболочка не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое. В результате взаимодействия компонентов в природных комплексах осуществляется продуцирование живого вещества и образуется почва. Изменение в пределах природного комплекса одного из компонентов приводит к изменению других и природного комплекса в целом.

В подтверждение сказанного можно привести много примеров. Наиболее ярким из них для географической оболочки является пример с появлением течения Эль-Ниньо в экваториальной части Тихого океана. Обычно здесь дуют ветры пассаты и морские течения движутся от берегов Америки к Азии. Однако с интервалом в 4–7 лет ситуация меняется. Ветры по неизвестным пока причинам изменяют свое направление на обратное, направляясь к берегам Южной Америки. Под их влиянием возникает теплое течение Эль-Ниньо, оттесняющее от побережья материка холодные воды Перуанского течения, богатые планктоном. Появляется это течение у берегов Эквадора в полосе 5–7° ю.ш., омывает берега Перу и северной части Чили, проникая до 15°ю.ш., а иногда и южнее. Это происходит обычно в конце года (название течения, возникающего, как правило, под Рождество, означает в переводе с испанского «младенец» и идет от младенца Христа), продолжается 12–15 месяцев и сопровождается катастрофическими последствиями для Южной Америки: обильным выпадением осадков в виде ливней, наводнениями, развитием селей, обвалов, эрозии, размножением вредных насекомых, отходом от берегов рыбы в связи с приходом теплых вод и т. д. К настоящему времени выявлена зависимость погодных условий во многих регионах нашей планеты от течения Эль-Ниньо: необычно сильные ливни в Японии, жестокие засухи в Южной Африке, засухи и лесные пожары в Австралии, бурные наводнения в Англии, обильное выпадение зимних осадков в районах Восточного Средиземноморья. Его возникновение влияет и на экономику многих стран, прежде всего на производство сельскохозяйственных культур (кофе, какао-бобов, чая, сахарного тростника и др.) и на рыболовство. Наиболее интенсивным в прошлом столетии было Эль-Ниньо в 1982–1983 гг. Подсчитано, что течение за это время нанесло мировой экономике материальный ущерб в размере около 14 млрд. долларов и привело к гибели 20 тыс. человек.

Целостность географической оболочки достигается круговоротом энергии и вещества. Круговороты энергии выражаются балансами. Для географической оболочки наиболее типичны радиационный и тепловой балансы. Что касается круговоротов вещества, то в них вовлечено вещество всех сфер географической оболочки.

Круговороты в географической оболочке различны по своей сложности. Одни из них, например циркуляция атмосферы, система морских течений или движения масс в недрах Земли, представляют собой механические движения, другие (круговорот воды) сопровождаются сменой агрегатного состояния вещества, третьи (биологический круговорот и изменение вещества в литосфере) – химическими превращениями.

В результате круговоротов в географической оболочке происходит взаимодействие между частными оболочками, в процессе которого они обмениваются веществом и энергией. Иногда утверждают, что атмосфера, гидросфера и литосфера проникают друг в друга. На самом деле это не так: проникают друг в друга не геосферы, а их компоненты. Так, твердые частицы литосферы попадают в атмосферу и гидросферу, воздух проникает в литосферу и гидросферу и т. д. Частицы вещества, попавшие из одной сферы в другую, становятся неотъемлемой частью последней. Вода и твердые частицы атмосферы – ее составные части, так же как газы и твердые частицы, находящиеся в водных объектах, принадлежат гидросфере. Наличие веществ, попавших из одной оболочки в другую, формируют в той или иной степени свойства этой оболочки.

Типичным примером круговорота, связывающего все структурные части географической оболочки, можно назвать круговорот воды. Известны общий, глобальный круговорот и частные: океан – атмосфера, материк – атмосфера, внутриокеанический, внутриатмосферный, внутриземной и др. Все круговороты воды происходят за счет механического перемещения огромных масс воды, но многие из них – между различными сферами, сопровождаются фазовыми переходами воды или же происходят с участием некоторых специфических сил, например поверхностного натяжения. Глобальный круговорот воды, захватывающий все сферы, сопровождается, помимо этого, и химическими превращениями воды – вхождением ее молекул в минералы, в организмы. Полный (глобальный) круговорот воды со всеми его частными составляющими хорошо представлен на схеме Л.С. Абрамова (рис. 146). Всего там представлено 23 цикла влагооборота.

Целостность – важнейшая географическая закономерность, на знании которой основывается теория и практика рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, давать географический прогноз результатам воздействия человека на природу, осуществлять географическую экспертизу проектов, связанных с хозяйственным освоением тех или иных территорий.

Источник

ТОПоГИС
Adblock
detector