океаны. Основная их часть принадлежит спокойным участкам (платформам), меньшая – подвижным участкам (геосинклиналям).
Геосинклинали – обширные подвижные участки земной коры с разнообразными по интенсивности и направленности тектоническими движениями. В своем развитии геосинклинали проходят два этапа: первый
(более продолжительный) характеризуется погружением и морским режимом
(при этом формируется океаническая земная кора), второй (менее продол- жительный) – интенсивным поднятием и горообразованием (при этом формируется материковая земная кора). Первый этап связан с расхождением литосферных плит, второй – с их сближением и столкновением.
Платформы – обширные устойчивые, преимущественно равнинные блоки земной коры. Платформы бывают
материковые и
океанические с соответствующим типом земной коры. Материковые платформы имеют нижний ярус –
фундамент (образован метаморфическими и магматическими породами) и верхний ярус –
осадочный чехол (образован осадочными по- родами). Различают
древние платформы (фундамент образовался в докембрии) и
молодые (фундамент образовался в палеозое). Древние платформы разделены между собой геосинклинальными поясами. Молодые платформы не образуют самостоятельных массивов, а причленяются к древним.
Горы в основном соответствуют геосинклинальным поясам разного возраста, равнины – древним и молодым платформам.
Педосфера (лат. «педис» – нога, стопа) – оболочка Земли, образуемая почвенным покровом; верхняя (дневная) часть литосферы на суше.
Почва –
это поверхностный горизонт земной коры, образующий небольшой по мощности слой, сформированный в результате взаимодействия факторов почвообразования: климата, организмов, почвообразующих пород, рельефа местности, возраста страны (времени), хозяйственной деятельности человека.
Так как эти факторы почвообразования и их сочетания неодинаковы в различных частях Земли, то и мир почв также отличается широким разнообразием. Каждая почва отличается особым строением и отражает местные природные условия.
В. И. Вернадский назвал почвы «
благородной ржавчиной Земли». Это тончайшая поверхностная оболочка суши. Верхняя граница почвы – поверхность раздела между почвой и атмосферой, нижняя граница – глубина проникновения почвообразовательных процессов. Мощность (толщина) современных зональных почв около 80–150 см, с колебаниями от нескольких сантиметров до 2,5–3,0 м.
Почва является неотъемлемым компонентом наземных биогеоценозов.
Она осуществляет сопряжение (взаимодействие) большого геологического и малого биологического круговоротов веществ. Почва – уникальное по сложности вещественного состава природное образование. Вещество почвы представлено четырьмя физическими фазами: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной
(почвенный воздух) и живой (организмы). Для почв характерна сложная пространственная организация и дифференциация признаков, свойств и процессов.
Важнейшее свойство почв –
плодородие – способность почв удовлетворять потребность
растений в элементах питания и воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством тепла и воздуха для нормальной деятельности и создания урожая.
Природный процесс образования почв из слагающих земную поверхность горных пород, их развития, функционирования и эволюции под воздействием факторов почвообразования называется
почвообразовательным процессом или почвообразованием. Он представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии в почвенной толще. Наиболее существенные слагаемые почвообразовательного процесса следующие:
1) превращение
(трансформация) минералов горной породы, из которой образуется сама почва, а в дальнейшем и самой почвы; 2) накопление органических остатков и их постепенная трансформация; 3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо- минеральных соединений; 4) накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов, прежде всего элементов питания; 5) передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы.
Тип почвы – группа почв, развивающихся в однотипно сопряженных биологических, климатических, гидрологических условиях и характеризующихся ярким проявлением основного процесса почвообразования при возможном сочетании с другими процессами.
Почвенный покров Земли составляют в основном следующие почвы:
арктические, тундровые, подзолистые, дерновые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные, бурые лесные, серые лесные, черноземные, каштановые, бурые полупустынные, сероземы, желтоземы, красноземы, коричневые, серо-коричневые, ферралитные, латеритные, а также
солончаки, солонцы, солоди, болотные, пойменные, песчаные и горные почвы и др.
Почвы обладают внешними, так называемыми
морфологическими признаками, по которым ее можно отличить от
горной породы или одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. Главные морфологические признаки почвы: строение почвенного профиля, мощность почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, гранулометрический состав, сложение, новообразования и включения.
Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называется строением почвы. Совокупность генетических горизонтов образует
почвенный профиль – определенную вертикальную последовательность генетических горизонтов почвы.
Генетические почвенные горизонты – это однородные, обычно параллельные поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам. Каждому почвенному типу свойственно свое сочетание горизонтов.
Наиболее важными с экологической точки зрения свойствами и признаками почв являются следующие: мощность почвы, гранулометрический состав, структура, плотность, содержание гумуса, влажность, состав почвенного раствора, кислотность, буферность и др.
Почва является неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в целом. При этом она выполняет ряд экологических функций, в том числе глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле. Экологические функций почвы можно разделить на две большие группы: экосистемные
(биогеоценотические) функции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова. Почва, будучи составной частью любого наземного биогеоценоза, выполняет ряд биогеоценотических функций. Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций.
Биосферные функции почвенного покрова следующие:
1. Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши.
2. Сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности.
3. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.
4. Защитный барьер биосферы.
5. Обеспечение существования жизни на Земле. Кроме экологических функций по отношению непосредственно к человеку почва осуществляет еще одну функцию – сельскохозяйственную. Она является главным средством сельскохозяйственного производства. В основе и экологических, и сельскохозяйственных функций почвы лежит ее важнейшее свойство – плодородие. Следствием снижения почвенного плодородия в результате различных деградационных процессов является падение продуктивности естественных и агрокультурных ландшафтов. Это создает угрозу продовольственной безопасности человечества.
Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства,
которые определяют набор форм живых организмов, обитающих в данной части биосферы, их основные морфофизиологические особенности, формируя своим влиянием принципиальные пути эволюции и становление фундаментальных черт жизненных форм наземных, водных и почвенных организмов. Таким образом, воздушная, водная и почвенная оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.
В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ. По
В.И. Вернадскому, в состав биосферы входят следующие типы веществ.
1.
Живое вещество – живые организмы, населяющие нашу планету
(масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы).
2.
Косное вещество – неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы
магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы).
3.
Биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате деятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.).
4.
Биокосное вещество – биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).
5.
Радиоактивное вещество – атомы радиоактивных элементов – уран
(
238
U и
235
U), торий (
232
Th), радий (
226
Ra) и радон (
222
Rn и
220
Rn), калий (
40
K), рубидий (
87
Rb), кальций (
48
Са), углерод (
14
С) и др.
6.
Рассеянные атомы – отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Со, Zn, Сu, Аu, Hg и др.)
7.
Вещество космического происхождения – вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).
А.В. Лапо классифицировал вещество биосферы по трем основным параметрам: а) характер вещества: живое или неживое; б) градации по исходному материалу: образовавшееся из живого вещества – биогенное и образовавшееся из неживого вещества – абиогенное; в) признак земного или внеземного происхождения.
Поле существования жизни в биосфере определяется:
1. Достаточной концентрацией кислорода (21%) и СО
2
;
2. Достаточным количеством воды;
3. Благоприятной температурой;
4. Прожиточным минимумом минеральных веществ.
2.2 Живое вещество биосферы Живое вещество представлено совокупностью всех живых организмов, существующих на Земле.
Отечественный ученыйМ. В. Волькенштейн писал, что «живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующие- ся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».
Можно выделитьследующие
признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой.
1.
Определенный химический состав. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются углерод С, кислород О, азот N и водород Н.
2.
Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.
3.
Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии.
4.
Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз – постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.
5.
Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.
6.
Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК
7.
Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.
8.
Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных.
9.
Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойственен онтогенез – индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.
10.
Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез – историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.
11.
Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.
12.
Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).
13.
Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.
14.
Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.
Живое вещество по массе составляет 0,01—0,02% от косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах.
Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет 232,5 млрд т сухого органического вещества. За то же время на планете фотосинтезируется 115•10 9
т сухого органического вещества и 123•10 9
т кислорода. Для этого требуется, чтобы 170-109 т диоксида углерода прореагировало с 68•10 9
т воды. В процесс вовлекаются 6 • 10 9
т азота, 2 • 10 9
т фосфора, а также такие элементы, как калий, кальций, сера, железо.
Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы.
Оно осуществляет гигантскую геохимическую работу, преобразовывая другие оболочки Земли в геологическом масштабе времени.
Все химические элементы живой материи циркулируют в биосфере по характерным путям, переходя из внешней среды в организмы, а затем возвращаясь во внешнюю среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называют
биогеохимическими циклами (или круговоротами), причем «био» относится к живым организмам, а «гео» — к горным породам, воздуху и воде. Термин
«биогеохимия» предложен академиком В. И.
Вернадским.
В каждом цикле различают две части или два фонда:
• резервный фонд —
большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;
• подвижный, или обменный, фонд — меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.
Для биосферы в целом все биогеохимические круговороты делят на круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земле.
Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:
1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.
2. Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка
Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов
(способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных космических излучений выполняла вода).
3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов.
Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в
некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества – образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.
4. Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.
5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том
числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.
6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).
Скачать 1.49 Mb.