ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4656
Скачиваний: 7
закончился 1,8 млрд лет назад.В это время господствовали прокариоты;
3)
окислительный доозоновый – выразился в развитии фотоавтотрофной биосферы. Произошел
переход от ферментации к дыханию, была достигнута точка Пастера, благодаря чему появление
новых видов приобрело взрывной характер (1,8 – 0,43 млрд лет тому назад);
4)
окислительный озоновый – вовлечение в биосферу огромных пространств суши (430 млн –
около 1 млн лет тому назад);
5)
ноосферный – появление новой преобразующей силы – человека.
Развитие жизни шло неравномерно: на фоне общей тенденции ускорения эволюции были эпохи
повышенного видообразования и вымирания. При этом некоторые виды сохранились с архея до
наших дней, например цианобактерии, некоторые насекомые. Развитие других линий жизни привело
к возникновению сложных форм живого, вплоть до человека. Развитие третьих закончилось их
вымиранием. За всю историю биосферы существовало более 500 млн видов организмов, а в
настоящее время насчитывают, по разным данным, лишь от 2 до 10 млн видов.
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 16.
Таблица 16
Соотношение сухопутных и морских видов растений и животных (по В.А. Вронскому и В.Г.
Войткевичу)
Виды жизни Сухопутные
Морские
Растения
92%
8%
Животные
93%
7%
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.
Особенность живого организма – постоянный обмен с окружающей средой. Он осуществляется в
форме биогеохимического круговорота. Его сущность сводится к двум противоположным процессам:
созданию органического вещества в основном за счет солнечной энергии в процессе фотосинтеза
растений и разрушению его до простых газовых и минеральных соединений с помощью бактерий,
грибов и ряда животных. Эти соединения потом вновь и вновь идут на построение органического
вещества, образуя звенья единой цепи. В ходе общего биогеохимического круговорота биогенная
аккумуляция минеральных соединений сменяется минерализацией органических веществ.
Биосфера связывается с остальными сферами посредством биогеохимических круговоротов
отдельных химических элементов (рис. 145).
Рис. 145. Биогеохимические круговороты основных веществ в биосфере (по Г. Хатчинсону)
Основным источником углерода на поверхности Земли является дегазация магмы – значительная
его часть вбрасывается в атмосферу при извержениях вулканов. Круговорот углерода может идти
тремя путями. Во-первых, после гибели органики он высвобождается с помощью редуцентов и вновь
попадает в атмосферу. Это обращаемая ветвь круговорота. Во-вторых, часть углерода захоранивается
вместе с отмершей органикой в литосфере в виде углей, нефти, битумов и др. Углерод при этом
может высвобождаться и вновь принимать участие в круговороте лишь при сгорании ископаемых
каустобилитов. В-третьих, часть углерода растворяется в воде, а затем с участием кальция
осаждается биогенным путем в виде карбонатных толщ. В этом случае углерод может
высвобождаться только в процессе метаморфизации горных пород. Очевидно, что в двух последних
ветвях период полного круговорота углерода растягивается на сотни миллионов лет.
Круговорот кислорода заключается в образовании его при фотосинтезе, отчасти непосредственно
при дегазации магмы и потреблении его гетеротрофами при дыхании, а также связывании при
реакциях окисления. В первом варианте кислород в составе СО
2
вновь участвует в фотосинтезе, во
втором – связывается в горных породах. В начале развития атмосферы почти весь свободный
кислород связывался горными породами; сейчас, по крайней мере начиная с девона, существует
динамическое равновесие между потребляемым и высвобождающимся кислородом.
Круговорот азота также происходит в основном с биохимической составляющей. Он
осуществляется с помощью азотфиксирующих бактерий и водорослей почвы, получающих азот из
атмосферы. Они строят с его участием аминогруппы белков (– NH
2
). После гибели растений и
животных связанный азот возвращается в почву. Оттуда он либо вновь поступает в состав
организмов, либо в результате процессов нитрификации (возникновения нитратов) и
денитрификации (восстановления свободного азота) снова оказывается в атмосфере в молекулярном
виде.
Кальций входит в состав почти всех живых существ, в частности у позвоночных составляя основу
костной ткани. На суше кальций проделывает обычный путь: растворы, содержащие кальций =>
растения => животные => почва и т. д. В море кальций также накапливается во внутренних и
внешних скелетах многих животных и оседает на дно в виде минералов и горных пород.
Круговорот фосфора связан с обменом веществ в организмах, так как он участвует в белковом
синтезе. Фосфор в природе не образует газовой фазы, поэтому его нет в атмосфере, и его круговорот
осуществляется только между лито-, гидро- и биосферой.
В биогеохимических круговоротах участвуют также алюминий, железо и другие элементы.
Помимо химических превращений, в биосфере могут происходить круговороты в виде
механических перемещений веществ, например миграции саранчи и др.
В процессе обмена с природной средой каждый организм, каким бы он ни был по размерам и
сложности устройства, поглощая вещества окружающей среды, выделяет другие вещества, нередко в
количестве, во много раз превышающем массу самого организма. Это связано прежде всего с
многократностью одних и тех же процессов и явлений, обеспечивающей их высокую суммарную
эффективность при ограниченном объеме исходного вещества, участвующего в этих процессах.
Кроме того, эти процессы осуществляются на протяжении длительного периода времени, постоянно
нарастая по мере развития органической жизни. Справедливо высказывание академика В. И.
Вернадского: «На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому
и более могущественной по конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».
Отметим основные результаты деятельности живых организмов во всех оболочках Земли.
Огромна роль биосферы в создании газового состава атмосферы. С ее помощью первичная
атмосфера, состоявшая из углекислого газа, аммиака и др., превратилась в современную азотно-
кислородную.
Роль живого вещества в гидросфере также очень велика. Взаимодействие живого вещества с
гидросферой – один из генеральных процессов в биосфере. Химический и газовый состав вод
Мирового океана во многом обусловлен биохимической деятельностью организмов.
Биогеохимические круговороты отдельных элементов так или иначе проходят через океан. По
отношению к водопотреблению вся флора делится на гигрофиты (влаголюбивые), мезофиты и
ксерофиты (сухолюбивые).
Живые организмы играют немалую роль в процессе создания минералов и горных пород и
рельефа земной поверхности. Ими образованы биолиты: органогенные известняки и кремнистые
породы, многие фосфаты, осадочные марганцевые и железные руды. К биогенным породам
относятся также каустобиолиты: торф, сапропелиты, уголь, нефть, горючий газ, битум. Их не было на
Земле до появления свободного кислорода.
Исключительна роль живых организмов-редуцентов в минерализации живого вещества. Не будь
их, вся Земля была бы завалена трупами.
Живое вещество принимает активное участие в процессах выветривания.
При участии живых организмов возникли некоторые формы рельефа, например коралловые
постройки, торфяные бугры, термитники и др.
Уникальна роль живых организмов в создании почвы. Почва – особое «биокосное тело»,
единственная в своем роде комплексная природная система на поверхности суши, соединившая
живое и неживое начала. Неразрывная связь входящих в нее неживых компонентов и живых
организмов – ее главное свойство. Представление о почве как о «вполне самостоятельном
естественно-историческом теле» установил основоположник генетического почвоведения В. В.
Докучаев. Почва – такой же компонент природной среды суши, как горные породы, воды,
растительность и т. д. Вместе с тем почва – сложный органо-минеральный комплекс, образующийся в
результате взаимодействия различных факторов почвообразования: материнских пород, состоящих из
минералов исходных горных пород и гипергенных новообразований, рельефа, климата, вод,
растительных и животных организмов (растений, животных, грибов, бактерий). Изменение одного
или нескольких компонентов влечет за собой изменение почвы как в пространстве, так и во времени.
В верхней части почв происходит разложение отмерших органических остатков, главным образом
растительных, и образование гумуса – органического вещества почвы, в котором содержатся
важнейшие элементы питания растений. Благодаря деятельности микроорганизмов они
перерабатываются в растворимые минеральные вещества и становятся доступными растениям. От
процентного содержания гумуса в значительной степени зависит плодородие почвы.
Тонкая, почти непрерывная оболочка почв на суше была названа В. И. Вернадским педосферой.
Как пишет В. В. Добровольский, почва является центральным звеном биосферы, она рассматривается
как планетарный механизм, «который регулирует глобальные циклические процессы массообмена
химических элементов».
Биосфера в настоящее время испытывает сильное воздействие человека, причем последствия
этого воздействия неоднозначны. С одной стороны, человек создал десятки тысяч новых сортов
растений и пород животных, он ускоряет эволюцию видов в природе, обогащает природные
сообщества путем акклиматизации живых организмов, повышает плодородие почв. С другой
стороны, идет интенсивное уничтожение естественной растительности, животных, ухудшение
условий обитания живых организмов, разрушение почв в результате процессов эрозии и т. д. Вот
почему одна из важнейших проблем современности – охрана биосферы, разумное использование ее
богатств.
РАЗДЕЛ VI
ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА И ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
Глава 21 Географическая оболочка
21.1. Понятие о географической оболочке
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, биогеносфера, 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:
1.
Географической оболочке свойственно по сравнению с недрами Земли и остальной частью
атмосферы большее разнообразие вещественного состава, а также поступающих в неевидов энергии
и форм их преобразования.
2.
Вещество в географической оболочке находится в трех агрегатных состояниях (за ее пределами
преобладает одно какое-либо состояние вещества).
3.
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.
4.
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.
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:
горные породы, вода, воздух, растения, животные, почвы. 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 опреде-
ленной 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),
ледовый и 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.
Географическая оболочка прошла длительную и сложную историю развития, которую можно
разделить на несколько этапов. Предполагают, что первичная холодная Земля образовалась, как и