Экологический портал

Главная страница экологического портала Правила карта сайта Обратная связь
Навигация по сайту
Это интересно!
Присоединяйся!
Наш опрос
Как вы связаны экологией ?
Работаю экологом.
Учусь в институте на эколога.
Изучаю экологию в школе.
Участвую в олимпиаде по экологии.
Просто увлекаюсь экологией.
Никак не связан с экологией.

Сейчас на сайте
Сейчас на сайте:
Пользователей: 0
Отсутствуют.
Роботов: 2
Yandex, Baidu Spider
Гостей: 20
Всех: 22
Именниников сегодня нет

Биосфера

 Экологические статьи » Основы общей экологии  25-12-2010, 23:18  Author: leksei

Понятие биосферы вошло в науку случайно. Более 100 лет назад, в 1875 г., австрийский геолог Э.Зюсс, говоря о различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин в своей книге о происхождении Альп. Однако это упоминание не сыграло сколько-нибудь заметной роли в развитии научной мысли. В 1926 г. были опубликованы две лекции русского минералога В.И.Вернадского, в которых он спустя 50 лет после работ Зюсса сформулировал основные положения концепции биосферы, которую мы принимаем и сейчас. Под биосферой Вернадский понимал те слои земной коры, которые подвергались в течение всей геологической истории влиянию живых организмов.
В последние годы многие ученые (Дж. Хатчинсон и др.) сужают представление о биосфере, рассматривая ее как ту часть поверхности Земли, которая в настоящее время находится под влиянием деятельности организмов. Многие научные термины в разных случаях применяются то в более широком, то в более узком понимании.
Что же характерно для биосферы — этой особой оболочки земного шара? Во-первых, в биосфере весьма значительно количество жидкой воды. Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии Солнца. В-третьих, для биосферы характерны поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях.
Поскольку источником энергии на Земле является Солнце то все живые организмы распределены в верхних слоях двух земных оболочек: литосфере и гидросфере (рис. 14.6). Чем лучше та или иная земная оболочка пропускает солнечные лучи, тем на большую глубину она заселена живыми организмами. Однако биосфера не кончается там, куда не доходит свет. Благодаря силе тяжести поток энергии распространяется еще дальше: из освещенных слоев в глубину моря непрестанно опускаются комочки экскрементов, мертвые и живые организмы.
В литосферу живые организмы проникают на ничтожную глубину. Основная их масса сосредоточена в верхнем слое почвы мощностью в несколько десятков сантиметров, и редко кто проникает на несколько метров или десятков метров вглубь (корни растений, дождевые черви). По трещинам земной коры, колодцам, шахтам и буровым скважинам животные и бактерии могут опускаться на гораздо большую глубину— до 2,5 — 3 км. Нефть, часто залегающая глубоко от поверхности Земли, имеет своеобразную бактериальную флору.

биосфера

Проникновение зеленых растений в глубь литосферы невозможно из-за отсутствия света. Животные не находят там питания. Механические свойства горных пород, слагающих литосферу, также препятствуют распространению в них жизни. Наконец, с продвижением в недра Земли температура возрастает и на глубине 3 км достигает 100 °С. Значит, на глубине более 3 км от земной поверхности живые организмы существовать не могут.
С поверхности литосферы живые организмы проникают в нижние слои атмосферы — на высоту от нескольких сантиметров до нескольких метров. Растения возносят свои зеленые кроны иногда на несколько десятков метров. На несколько сотен метров в атмосферу проникают насекомые, летучие мыши и птицы. Восходящие токи воздуха могут поднимать на несколько километров покоящиеся стадии (споры, цисты, семена) животных и растений. Однако организмы, проводящие всю свою жизнь в воздухе, т.е. связанные с ним как с основной средой обитания, не известны.
Гидросфера в отличие от атмосферы и литосферы заполнена жизнью по всей своей толще. Повсюду, куда проникали орудия сбора, исследователи находили живые организмы. Из этого мы можем заключить, что жидкая вода является более важным лимитирующим фактором в расселении организмов, чем свет. Так, самые жаркие пустыни формально находятся вне биосферы. Однако фактически они могут считаться парабиосферными (околобиосферными), так как живые организмы там все же есть. Например, в пустынях Намиб и Калахари под слоем сухого песка встречаются насекомые (жуки-чернотелки), существующие за счет приносимых ветром сухих пылевидных остатков растений; питаясь ими, насекомые получают метаболическую воду.
Протяженность биосферы ввысь ограничена в основном недостатком жидкой воды и низким парциальным давлением диоксида углерода. В горах хлорофиллсодержащие растения, видимо, не могут жить на высоте более 6 200 м (Гималаи). На еще больших высотах встречаются некоторые животные, например пауки. Они питаются ногохвостками, а те, в свою очередь, довольствуются зернами пыльцы, заносимыми сюда ветром. Высокогорную область биосферы называют эоловой зоной.
Если лимитирующими факторами биосферы являются жидкая вода и солнечный свет, то оптимум жизни приходится на поверхность раздела сред. Исследования фотосинтеза показали, что часто наибольший выход органических веществ дают растения, способные использовать все три фазы: твердую, жидкую и газообразную. Примером может служить обыкновенный тростник (Phragmites communis). Всасывание воды для него облегчается постоянным давлением жидкости на донные осадки. Диоксид углерода тростник получает из газообразной среды, в которой скорость проникновения газа через поглощающие поверхности наиболее высока;
242
кислород тоже легче получать из воздуха, чем из воды; наконец, все остальные элементы легче извлекать из раствора в капиллярной воде осадка.
Предпринимались многочисленные попытки оценить первичную продукцию биосферы. Обширные пространства Земли попадают в категорию низкопродуктивных из-за таких лимитирующих факторов, как вода (в пустынях) или питательные вещества (в открытом море). Хотя площадь суши составляет всего около 1/4 площади планеты, суша превосходит океаны по своей продуктивности, так как большая часть океанских вод в основном «пустынна» (табл. 14.2). В Мировом океане значения первичной продукции в разных районах существенно различаются. Наиболее продуктивны коралловые рифы, не уступающие даже тропическим лесам. Продуктивность открытых океанических зон ниже продуктивности зон апвеллинга и прибрежных районов и близка к таковой для тундры. Анализ оценок средних величин для больших площадей показывает, что продуктивность колеблется в пределах двух порядков — от 200 до 20 000 ккал на 1 м2 в год, а общая валовая продукция Земли имеет величину порядка 1018 ккал в год.
Чтобы биосфера продолжала существовать, не должен прекращаться круговорот основных химических элементов. Скорость этих процессов может быть различной. Органическое вещество, которое ведет свое происхождение от атмосферного диоксида углерода, завершает цикл формирования за время, исчисляемое десятилетиями.
Круговорот кальция совершается значительно медленнее. В форме бикарбоната Са(НСОэ)2 кальций смывается в реки из континентальных пород, осаждаясь затем в виде карбоната СаС03 в водах открытого океана главным образом в форме тончайших раковин фораминифер. Дно океана медленно перемещается к поясам горообразования на окраинах материков, и кальций возвращается на сушу. Круговорот завершается, по-видимому, за несколько сотен миллионов лет. Фосфор, как мы знаем, по характеру своего круговорота схож с кальцием, а азот имеет больше сходства с углеродом, хотя его содержание в атмосфере гораздо выше.
В разных участках биосферы развитие жизни лимитируется разными веществами. Можно сказать, что в пустыне жизнь ограничена недостаточным количеством водорода и кислорода в форме воды. В открытом океане лимитирующим фактором часто служит железо, обычно присутствующее в форме труднодоступной для организмов гидроокиси. В иных средах, например в почвах влажных районов, в озерах, окраинных морях, лимитирующим фактором чаще всего является фосфор.
Мы уже говорили, что биосфера — экосистема первого порядка, или глобальная.

Чистая первичная продукция крупных биомов Земли
Экосистема Площадь, 106 км2
Чистая продукция (средняя за год), г/м2 Суммарная продукция, 109 т/год сухого органического в-ва
Континенты.      
влажные тропические леса 17,0 2200 37,4
тропические листопадные леса
7,5 1600 12,0
хвойные леса умеренной зоны
5,0 1300 6,5
листопадные леса умеренной зоны
7,00 1200 8,4
леса Северного полушария (тайга) 12,0 800 9,6
заросли кустарников 8,5 700 6,0
саванны 15,0 900 13,5
тундра 8,0 140 1,1
пустыни и полупустыни с кустарником
18,0 90 1,6
настоящие пустыни, полярные зоны
24,0 3 0,07
агроэкосистемы 14,0 650 9,1
болота 2,0 2000 4,1
озера, реки 2,0 250 0,5
Итого 140,0 773 115,0
Океаны.      
открытый 332,0 125 41,5
зоны апвеллинга 0,4 500 0,2
коралловые рифы и заросли водорослей
0,6 2500 1,6
шельф 26,6 360 9,6
эстуарии 1,4 1500 2,1
Итого 361,0 152 55,0
Всего 501,0 333 170,0
       

А в экосистеме должны быть сбалансированы все компоненты — от потока энергии, субстрата, атмосферы, вод до биотической совокупности. Последняя является управляющей системой по отношению к абиотической совокупности. В биотической системе управляющей подсистемой служат консументы так как от них зависят степень использования первичной продукции и в конечном итоге стабильность системы в целом.
По правилу Эшби, управляющая подсистема или управляющая система должна быть организована не менее сложно, чем управляемая; возможно, в этом лежит разгадка тайны, почему на Земле так много животных, особенно насекомых. Поэтому глобальная экологическая пирамида имеет вид волчка (рис. 14.7). Принцип построения глобальной экологической пирамиды следующий: каждый из основных уровней (продуценты — консументы — редуценты) изображается в форме цилиндра, высота которого — биомасса, а диаметр — количество видов. Соотношения диаметров острия, маховика и стержня «волчка жизни» могут быть в разных экосистемах различными, но чтобы волчок не падал, они не могут быть произвольными.
Таков основной вывод, который можно сделать в результате рассмотрен™ свойств биосферы как глобальной экосистемы. В свою очередь внутри биосферы должны быть территориально сбалансированы экосистемы более низкого порядка. Иными словами, на Земле должно быть необходимое количество тундр, лесов, пустынь и т.д. как биомов, а внутри биома тундр должна сохраняться оптимальная тундровость, внутри биома хвойных лесов — оптимальная лесистость и т.д. И так до самых мелких биогеоценозов.

глобальная экологическая пирамида


Глобальная экологическая пирамида.

Значительные преобразования внутри биомов и смещение в них равновесия между экосистемами низшего порядка дукцию (вспомним формулу чистой продукции сообщества). Но, не зная меры, человек стремится получить больше, чем может дать природа, забывая, что устойчивость экосистем слагается из великого множества элементов, пока не входящих в понятие «ресурсы».неминуемо вызывают саморегуляцию на высшем уровне. Это отражается на многих природных процессах — от изменения глубины залегания грунтовых вод до перераспределения воздушных потоков. Аналогичное явление наблюдается и на уровне очень крупных систем биосферы при изменении соотношения между территориями биомов.
В ходе освоения земель нарушается и компонентное, и территориальное равновесие. До определенной степени это допустимо и даже необходимо, ибо только в неравновесном состоянии экосистемы способны давать полезную про-

 

загрузка...

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.