ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2024
Просмотров: 3096
Скачиваний: 4
Огромная биомасса сосредоточена в почве. Ее составляют корни растений, почвенные животные (кроты, черви, насекомые и их личинки и др.), водоросли, грибы, бактерии. В некоторых почвах биомасса одних только дождевых червей достигает 1,2 т/га. Количество бактерий в 1 г почвы измеряется сотнями миллионов.
Мировой океан занимает свыше 75 % поверхности Земли. Объем воды в нем в 15 раз больше объема суши, возвышающейся над уровнем моря. Однако биомасса Мирового океана в 1000 раз меньше, чем суши. Она сосредоточена главным образом в поверхностном слое до 100 м. Биологическая продуктивность суши и океана примерно одинакова. Это объясняется тем, что обновление живых организмов в океане происходит во много раз быстрее, чем на суше. Так, одноклеточные водоросли океана обновляются несколько раз за год, а на обновление биомассы суши требуется 10–15 лет. Основную часть биомассы океана составляют животные (93,7%). Поверхность океана заполнена взвешенными микроскопическими организмами, перемещающимися течениями (планктон), основную массу которого составляют одноклеточные водоросли, простейшие и некоторые беспозвоночные. В толще воды находятся и активно плавающие животные, способные преодолевать большие расстояния (нектон). Это рыбы, киты, кальмары и др. Третью группу составляют организмы, обитающие на грунте и в грунте водоемов (бентос). Они представлены придонными растениями, губками, полипами, ракообразными, червями и др.
Живое вещество составляет лишь 0,25 % всего вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ. Деятельностью живых организмов обусловлены химический состав атмосферы и гидросферы, формирование почвенного покрова литосферы.
Живое вещество является наиболее мощным и активным в геологическом отношении веществом нашей планеты, способным совершать грандиозную по масштабам и последствиям геохимическую работу, заключающуюся в таких его функциях:
энергетическая функция, проявляющаяся в усвоении живым веществом солнечной энергии и передаче ее по трофической (пищевой) цепи;
газовая функция, благодаря которой сформировался современный состав атмосферы, заключающаяся в поглощении и выделении кислорода, углекислого газа и некоторых других газообразных соединений (метан, сероводород);
концентрационная функция, проявляющаяся в извлечении и избирательном накоплении живыми организмами химических элементов окружающей среды (азот, фосфор, кремний, кальций, магний), благодаря которому произошло образование залежей полезных ископаемых (известняк, торф, туф, каменный уголь);
окислительно-восстановительная функция, проявляющаяся в окислительно-восстановительных реакциях, лежащих в основе любого вида биологического обмена веществ, например, восстановление диоксида углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и окисление их до диоксида углерода при дыхании;
деструкционная функция, в результате которой происходит разрушение отмершего органического вещества до минеральных соединений.
Биогеохимические циклы в биосфере
Согласно учению Вернадского о биосфере, живое и неживое вещество биосферы связаны между собойбиогеохимическими циклами.
Биогеохимический цикл – процесс обмена веществом и энергией между компонентами биосферы, носящий циклический характер и обусловленный жизнедеятельностью живых организмов, поглощающих из внешней среды одни вещества и выделяющих в нее другие.
Основным энергетическим источником биогеохимических циклов служит излучение Солнца в видимой части спектра, используемое в процессе фотосинтеза зелеными растениями для создания органических веществ, обеспечивающих пищей и энергией все остальные живые организмы.
Биогеохимические циклы наиболее важных для живых организмов элементов, так называемых биогенных элементов, – углерода, азота, кислорода, водорода, серы, фосфора, кальция, калия, кремния – являются ключевыми для понимания современного состояния биосферы.
Биогеохимический цикл углероданачинается с фиксации атмосферного диоксида углерода зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода образуются торф, каменный уголь, нефть. Человек использует их для получения энергии; диоксид углерода при этом возвращается в атмосферу. Таким образом, круг замыкается и начинается новый цикл включения углерода в органические соединения.
Биогеохимический цикл азота включает в себя несколько основных этапов:
фиксация азота воздуха живыми организмами (бактериями и водорослями), обогащающими почву азотом при их минерализации;
поглощение азота корнями растений и транспортировка его в стебли и листья, где в процессе биосинтеза строятся белки;
использование белков растений в качестве питания животными;
разложение животных остатков с выделением аммиака, используемого бактериями, и образование нитратов, частично восстанавливаемых до элементарного азота, возвращаемого в атмосферу.
Одновременно с круговоротом веществ в биосфере идет и превращение энергии. Биосфера в целом является открытой системой, постоянно принимающей солнечную энергию. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в химическую. Энергия используется растениями на процессы жизнедеятельности, а часть переходит к растительноядным организмам. Последние расходуют ее на процессы жизнедеятельности, частично она поступает к плотоядным животным и т. д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется в нефти, угле, сланцах, торфе.
Наряду с накоплением энергии в живых организмах происходит почти равное ему по масштабам выделение энергии при разрушении органических веществ в процессе дыхания, брожения и гниения. Так в биосфере поддерживается баланс энергии. Во время этих превращений происходят затраты энергии на процессы жизнедеятельности организмов. Потери энергии постоянно восполняются за счет световой энергии Солнца.
Эволюция биосферы
Эволюция биосферы –процесс, связанный с образованием биосферы, расширением ее границ и изменением ее состава, включающий в себя как эволюцию живого вещества, так и следствие этой эволюции – изменение биокосного и биогенного вещества – почвы, наземных и подземных вод, атмосферы и т.д.
Эволюция биосферы проходит в несколько этапов, среди которых выделяют три основных этапа:
1-й этап –появление на Земле в архейскую эру (3,5 млрд. лет назад) первых живых организмов – прокариотов – анаэробных организмов, способных жить и развиваться в отсутствие кислорода. По способу питания это были гетеротрофные организмы, т.е. поглощающие извне органические вещества. На Земле в это время не было свободного кислорода, а в первичном океане содержалось достаточно органических веществ абиогенного происхождения. Однако в дальнейшем в первичном океане стал ощущаться недостаток органических веществ, что привело к возникновению аутотрофных организмов, способных за счет внутренних процессов хемосинтеза, а потом – фотосинтеза перерабатывать неорганические вещества в органические.
2-й этап– возникновение фотосинтезирующих зеленых растений, благодаря которым произошло накопление кислорода в атмосфере, что привело к появлению живых организмов, способных жить и развиваться только при наличии в среде свободного кислорода (аэробных организмов). Накопление содержания кислорода в атмосфере привело к образованию в верхних ее слоях озонового экрана, не пропускающего губительные для жизни коротковолновые ультрафиолетовые лучи. Это позволило живым существам подняться на поверхность воды и выйти на сушу. Развитие механизмов аэробного дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов. Первые такие организмы появились при концентрации кислорода в атмосфере около 3 %. Уже в середине палеозойской эры (570–230 млн. лет назад) содержание кислорода стабилизировалось на уровне около 2О%, так как к этому времени темпы потребления кислорода живыми организмами и его образования при фотосинтезе уравнялись. Благодаря этому установилось относительное постоянство состава атмосферы.
3-й этап– возникновение человеческого общества, являющегося частью биосферы, но управляемого социальными законами, не свойственными другим ее частям, и вступающего в противоречие с законами биосферы.