6 лет назад
Нету коментариев

Термин «биосфера» употребляется в нескольких смыслах. В наиболее широком значении к биосфере относят не только ту наружную область Земли, в которой существует жизнь, но и все сферы, в большей или меньшей мере видоизмененные жизнью. Такой смысл вкладывал в этот термин В. И. Вернадский. Он относил к биосфере и верхнюю часть земной коры, включая гранитную оболочку. В таком понимании биосфера пространственно примерно совпадает с географической оболочкой.

Часто биосферой называют область активной жизни организмов, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, т. е. область активного взаимодействия геосфер.

В узком смысле под биосферой понимают совокупность живых организмов, населяющих географическую оболочку.

Границы распространения жизни. Жизнь сосредоточена в узком, мощностью в несколько десятков метров приповерхностном слое Земли. Однако в рассеянном виде (главным образом в виде бактерий) она проникает до 3 км в глубь земной коры (под океанами на глубину 0,5—1 км от дна) и захватывает всю тропосферу. Такая пространственная локализация жизни связана с тем, что живые организмы могут существовать в сравнительно узком интервале физических и химических условий. Большая часть высокоорганизованных видов растений и животных функционирует в диапазоне условий, характерных для земной поверхности. Низшие организмы, взятые в целом, способны функционировать в большем диапазоне условий, но каждый отдельно взятый вид приспособлен к узкой «экологической нише» — комплексу условий среды.

Непрерывность эволюции органического мира Земли свидетельствует об устойчивости термодинамических условий на земной поверхности за гигантский отрезок времени — три с лишним миллиарда лет.

Типы организмов и их функции. В современных классификациях органический мир Земли делится на четыре царства: дробянки (прокариоты), к которым относят бактерии и сине-зеленые водоросли; грибы, растения и животные. Это деление основано на закономерностях эволюционного развития и клеточного строения организмов.

Живые организмы можно классифицировать также, исходя из функций, выполняемых ими в обмене веществом и энергией. С этой точки зрения следует различать автотрофные и гетеротрофные организмы. К первым относятся зеленые растения и некоторые прокариоты (пурпурные фотосинтезирующие бактерии, сине-зеленые водоросли и др.). Они создают органическое вещество из неорганического, используя в качестве источника энергии солнечную радиацию. Некоторые бактерии осуществляют хемосинтез — создают органическое вещество за счет энергии химических реакций (окисления — аэробные; других реакций — анаэробные).

Гетеротрофные организмы — животные, грибы, большинство бактерий — питаются готовым органическим веществом, причем грибы и бактерии используют органические остатки и продукты жизнедеятельности других организмов.

Роль живых организмов в обмене веществ в географической оболочке огромна. Это в большой степени объясняется их активностью и способностью к воспроизводству. Интенсивность размножения многих видов простейших организмов неограниченно велика, их потенциальные возможности ограничиваются недостатком продуктов питания, загрязнением среды обитания продуктами жизнедеятельности и конкуренцией с другими видами, обусловленной ограниченностью пространства и другими факторами.

Экологические свойства организмов. Важная особенность живых организмов — их способность приспосабливаться к разнообразным условиям существования и видоизменяться в связи с этим. Исследованиями взаимоотношений организмов и среды занимается наука экология.

Большим экологическим разнообразием отличаются бактерии. Они распространены в воздухе до высоты озонового экрана, в воде (на всю глубину океана), в почвах, коре выветривания (преимущественно выше горизонта грунтовых вод), в некоторых месторождениях полезных ископаемых (нефть, газ и др.) в земной коре.

Специфические экологические функции выполняют лишайники. Они неприхотливы к естественным условиям (но светолюбивы) и поэтому обычно являются пионерами растительности; поселяясь на выходах горных пород и в других непригодных для жизни высших растений местах, лишайники способствуют их дальнейшему освоению.

Наиболее изучены экологические свойства растений и животных. Основные экологические факторы этих групп организмов — свет, тепло, влага, эдафические (почвенно-грунтовые) условия, степень загрязненности воздуха. Некоторые организмы могут существовать в широком диапазоне изменения перечисленных факторов, другие приспособлены только к узкому интервалу тех или иных показателей. Организмы второго типа выступают в качестве индикаторов условий среды. Например, по отношению к влаге различают ксерофиты — растения сухих местообитаний (ковыли, полыни и др.), мезофиты — растения местообитаний с умеренным увлажнением (большинство луговых и лесных трав) и гигрофиты — обитатели переувлажненных местообитаний (низких участков пойм рек, болот). Некоторые растения живут в воде — гидрофиты и т. д.

Очень большую роль играют эдафические условия. В почве растения закрепляют свои корневые системы, из нее получают влагу и питательные вещества. Значение имеют такие свойства почвы, как механический состав, пористость, содержание гумуса, растворимых солей, структура и др. Для многих животных почва служит основной естественной средой существования или средой, в которой осуществляется часть жизненного цикла.

Кроме абиотических (т. е. относящихся к неживой природе) экологических факторов, большое значение для формирования условий существования имеют взаимоотношения самих организмов: конкуренция, хищничество, симбиоз, паразитизм и др. Внутренняя среда сообщества организмов развивается по собственным законам.

Совокупность внешних и внутренних (биотических) факторов среды в свою очередь испытывает воздействие организмов, которые эту среду преобразуют. Взаимодействие и взаимосвязи организма и среды имеют большое эволюционное значение. Благодаря им организмы постепенно в ходе геологической истории завоевали практически всю земную поверхность и достигли огромной численности и видового разнообразия: количество видов растений оценивают в 350 тыс., а животных — в 1,5 млн. Количество видов дробянок пока точно не определено.

Сообщества организмов. Организмы образуют на земной поверхности закономерные группировки, которые формируются в ходе длительного приспособления организмов друг к другу и к условиям среды (с учетом их активного преобразования самими организмами). Такие группировки называются биоценозами.

Распределение группировок организмов и их структура на суше и в океане значительно различаются вследствие больших различий условий среды. Поэтому органический мир суши и океана целесообразно рассмотреть раздельно.

Органический мир суши. На суше наиболее важные функции в географической оболочке выполняют растения. Им принадлежит роль созидателей органического вещества и свободного кислорода атмосферы.

Группировки растений суши образуют иерархическую последовательность: наиболее крупные— типы растительности — делятся на формации, фитоценозы и т. д. На карте Физико-географического атласа мира (ФГАМ, 1967, с. 66—67) показано размещение на поверхности материков 22 типов растительности: тундровой, таежной, широколиственной, степной, кустарниково-древесной, субтропической, влажной вечнозеленой тропической и др. Каждый из типов растительности характеризуется определенными чертами структуры и динамики: характером ярусности и связей между организмами, интенсивностью воспроизводства живого вещества и т. д.

Типы растительности размещаются в зависимости от климатических условий, образуют горизонтальные и высотные зоны. В условиях больших количеств тепла и влаги формируются влажные тропические леса с многоярусной структурой растительного покрова, обилием видов, высокой интенсивностью процессов роста, отмирания и разложения органических остатков.

При недостатке влаги развиваются различные варианты степного и пустынного типов растительности; в субполярных и полярных районах, где недостаточно тепла и короткий вегетационный период, формируются тундры и арктические пустыни. В полярных странах растения находятся у экологической границы существования. Высших растений очень мало, преобладают мхи и лишайники,

Горизонтальные зоны растительности образуют на земной поверхности систему, хорошо соответствующую особенностям атмосферной и океанической циркуляции. Например, пустынная растительность в тропическом поясе обычно приурочена к областям суши, в которых преобладает антициклоническая циркуляция (с опусканием воздуха) и которые омываются холодными течениями.

Высотная зональность (поясность) растительного покрова характеризуется большой мозаичностью, связанной с разнообразием условий, складывающихся не только в зависимости от широты местности, но и от расстояния до океана (с учетом господствующее переноса воздушных масс), высоты над уровнем моря, экспозиции склонов, литологии горных пород и т. д. Четко проявляются различия в растительности, связанные с положением горных склонов по отношению к другим склонам и господствующему переносу влаги. Например, западные наветренные склоны Южного Урала лучше увлажнены за счет западного переноса воздуха, покрыты лесами, в то время как восточные суше и на значительной площади покрыты степной растительностью с кустарниками.

Еще более сложной мозаикой характеризуется распределение фитоценозов суши — растительных сообществ, формирующихся на относительно однородных по рельефу, микроклимату, почвенному покрову участках земной поверхности.

Животные суши также образуют закономерные группировки особей, находящихся в сложных взаимоотношениях как между собой, так и с растительностью и абиотической средой. Такие группировки называют зооценозами; они менее устойчивы пространственно, чем фитоценозы, вследствие мобильности животных. Тем не менее для каждого фитоценоза характерен определенный зооценоз. В совокупности фитоценоз, зооценоз и микроорганизмы образуют биоценоз.

Органический мир океана. Живые организмы населяют всю толщу океанических вод. По типу местообитания и образу жизни морские организмы объединяются в три группы: 1) планктон — пассивно перемещающиеся (преимущественно по вертикали) одноклеточные водоросли и некоторые виды животных (одноклеточные, рачки, медузы и др.); они связывают цепи питания поверхностных и глубинных слоев; 2) нектон — активно передвигающиеся животные (рыбы, китообразные, головоногие моллюски и др.); 3) бентос — организмы, живущие на дне.

Растительные организмы развиваются преимущественно в слое до 400 м глубины. На эту глубину проникает свет, поэтому возможен фотосинтез. Всего насчитывается около 10 тыс. видов морских растений. Преобладают водоросли, которые представлены как микроскопическими формами (планктон), так и крупными, длиной до нескольких десятков метров.

Животные распространены во всех слоях океана (около 160 тыс. видов). Среди них преобладают моллюски, ракообразные, рыбы, простейшие. Ниже глубины проникновения света нет растений, следовательно, не создается первичная органическая продукция и животные питаются за счет остатков организмов, поступающих сверху.

Органический мир в океане распределяется неравномерно, в зависимости от температуры, количества света, солености, прозрачности, наличия биогенных веществ, характера грунта (для донных и придонных организмов) и т. д. Выделяют несколько систем зон, различающихся по условиям существования живых организмов. По вертикали соответственно изменению освещенности выделяют поверхностную зону — эпипелагиаль (до 200 м), переходную, или мезопелагиаль (до 750—1000 м), и глубоководную. По распределению жизни на дне выделяют литораль (приливно-отливная зона), сублитораль (до 200 м), батиаль (до 2500—3000 м), абиссаль (до 6000 м) и ультраабиссаль (глубже 6 км).

Различают также две системы зон по горизонтали, о которых речь будет идти ниже.

Распределение живого вещества. Совокупность организмов, выраженная в вещественно-энергетическом отношении (масса, химический состав и энергия), называется живым веществом. Основной характеристикой живого вещества является биомасса. Ее распределение в географической оболочке имеет сложный характер и не всегда достаточно изучено. Последнее касается прежде всего биомассы микроорганизмов и обитателей океана.

Биомасса распределена в географической оболочке очень неравномерно. Наиболее общая закономерность в ее распределении, свойственная всей географической оболочке,— концентрация биомассы в зонах контактов контрастных сред. Главная контактная зона географической оболочки, ее фокус — граница суши и океана с атмосферой. Наряду с нею существует множество других контактных зон. Установлено, что максимум живого вещества, приуроченный к фокусу географической оболочки, убывает как вверх, так и вниз от него.

Вторая закономерность заключается в том, что подавляющая часть биомассы сосредоточена на суше (рис. II.8). Материки (за исключением Антарктиды) на карте выделяются более интенсивной окраской. Биомасса суши примерно в 200 раз больше биомассы океана (табл. II.4). Речь идет о живой (сырой) биомассе. По величине сухого органического вещества материки превосходят океан примерно в 350—400 раз.

T_2_4

На суше фитомасса на три порядка превосходит зоомассу; в океане зоомасса больше, чем фитомасса, примерно в 26 раз. И среди животных, и среди растений океана доминирует планктон.

Распределение потенциальных ресурсов живого вещества

Распределение потенциальных ресурсов живого вещества

На суше величина биомассы обнаруживает тесную связь с водно-тепловыми условиями. Она велика в лесных сообществах, особенно во влажных тропических лесах (более 125 кг/м8), где много тепла и оптимальное увлажнение. От этого максимума, представленного в виде отдельных ареалов, биомасса убывает в трех направлениях: в сторону тропических пустынь, где рост живых организмов ограничивается дефицитом влаги, в сторону полярных районов, а также высокогорий, где недостаточно тепла. Биомасса центральных частей Антарктиды и Гренландии практически равна нулю.

Более сложные закономерности характерны для распределения; биомассы в океане, где не действуют такие ярко выраженные факторы, как тепло и влага на суше. Анализируя распределение жизни в океане, исследователи пришли к выводу о существовании нескольких закономерностей (Айзатуллин Т. А. и др. Океан: активные поверхности и жизнь. Л., 1979):

1. Циркумконтинентальная зональность, проявляющаяся в окаймлении зонами континентов. Величина биомассы убывает от прибрежных зон, где она достигает 1—2 кг/м2 и более, к центральным частям океанов. Объясняется такая закономерность убыванием количества питательных веществ в воде по мере удаления от континентов. Значительное количество питательных веществ имеет терригенную природу.

2. Горизонтальная зональность, связанная с закономерностями: распределения тепла и характером вертикальной циркуляции вод. От температуры зависит растворимость кислорода (чем теплее вода, тем растворимость ниже). Лучшие условия создаются для фитопланктона — первичного звена пищевой цепи океана — в местах подъема вод — апвеллинга. Малые значения биомассы характерны для тропических морей и центральной части Северного Ледовитого океана — 0,01—0,03 кг/м2. Биомасса увеличивается в областях циклонических круговоротов субантарктического и умеренного поясов (0,02—0,2 кг/м2). Высокие показатели биомассы характерны для районов умеренного пояса в северной части Атлантического и северо-западной части Тихого океанов — 0,5—2,0 кг/м2.

Два типа горизонтальной зональности, накладываясь друг на друга, создают сложную мозаику неоднородности распределения биомассы (см. рис. II. 8).