Вход на сайт

Логин:
Пароль:
  • Регистрация на сайте!
  • Забыли пароль?
  • Популярные новости



    Общая биология.
    Биология как наука
    Основы цитологии
    Размножение и индивидуальное развитие организмов
    Генетика и селекция

    Растения.
    Ботаника как наука
    Строение и функции растительного организма
    Отделы растений
    Многообразие цветковых растений

    Бактерии. Грибы. Лишайники.
    Бактерии
    Грибы
    Лишайники

    Животные.
    Простейшие, или Одноклеточные животные
    Многоклеточные животные

    Человек и его здоровье.
    Организм человека и его строение
    Поведение и психика

    Эволюция живого мира.
    Эволюционное учение

    Основы экологии.
    Предмет и задачи экологии
    Основы учения о биосфере





    Основы учения о биосфере
    Представление о том, что живые существа нашей планеты взаимодействуют с внешней средой и изменяют ее, возникло давно на основе наблюдений природных явлений. Сам термин «биосфера» предложил в 1875 году австрийский геолог Э. Зюсс в связи с изучением геологических оболочек планеты Земля. Однако он не развил представлений о биосфере и не дал термину определения. Создал учение о биосфере русский ученый геохимик академик В. И. Вернадский. Первая его книга («Биосфера»), в которой излагались основы учения о биосфере, была опубликована в 1926 году в Ленинграде. В. И. Вернадский назвал биосферой ту оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли в прошлом и играют в настоящее время основную роль. Живое вещество, по В. И. Вернадскому, -совокупность всех живых организмов планеты в данный момент существующая, численно выраженная в элементарном химическом составе, весе, энергии. Это вещество геохимически чрезвычайно активно, так как связано с окружающей средой биогенным потоком атомов при осуществлении процессов питания, дыхания, размножения. Благодаря этому потоку почти все химические элементы проходят в общей цепи превращений через биогеохимическое звено.
    Таким образом, жизнедеятельность организмов - это глубокий и мощный геологический процесс планетарного характера. Миграция химических элементов из организма в среду и обратно не прекращается ни на секунду. Эта миграция была бы невозможной, если бы элементарный химический состав организмов не был близок химическому составу земной коры. В. И. Вернадский писал: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».
    Строение биосферы. Лимитирующие факторы. Что же характерно для биосферы - этой особой оболочки земного шара? Во-первых, в биосфере весьма значительно количество жидкой воды. Во-вторых, на нее воздействует 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: литосферы и гидросферы (рис. 7.4). 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 падают 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 и 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. 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. А растения возносят свои высокие 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 параби-осферными (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 углекислого газа. В горах хлорофилл осодержащие растения, видимо, не могут жить на высоте более 6200 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 тростник обыкновенный. Всасывание воды для него облегчается постоянным давлением жидкости на донные осадки. Необходимый для существования углекислый газ тростник получает из газообразной среды, в которой скорость проникновения газа через поглощающие поверхности наиболее высока; кислород тоже легче получать из воздуха, чем из воды; наконец, все остальные элементы легче извлекать из раствора в капиллярной воде осадка.
    Биомасса поверхности суши и океана. Предпринимались многочисленные попытки оценить биомассу поверхности суши и океана. 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 общей площади планеты, суша превосходит океаны по своей продуктивности, так как большая часть океанских вод в основном пустынна. В Мировом океане значения растительной биомассы в разных районах существенно различаются. Наиболее продуктивны коралловые рифы, не уступающие даже тропическим лесам. Продуктивность открытых океанических зон ниже продуктивности зон апвеллинга (ап-веллинг - участок подъема с больших глубин струй холодной воды, богатой питательными веществами) 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.
    Биосфера как глобальная экосистема. 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(НС03)2 кальций смывается в реки из континентальных пород, осаждаясь затем в виде карбоната СаС03 в водах открытого океана главным образом в форме тончайших раковин фораменифер. 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. А в экосистеме должны быть сбалансированы все компоненты, от потока энергии, субстрата, атмосферы, вод до биотической совокупности, то есть совокупности всех особей данной экосистемы. Она же является управляющей системой по отношению к абиотической совокупности. В свою очередь, в биотической системе управляющей подсистемой служат консументы, так как от них зависит степень использования первичной продукции (растительной биомассы) 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. 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.
    Внутри биосферы должны быть территориально сбалансп рованы 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. В этом - залог стабильности.
    Ноосфера. Значительные преобразования внутри биомов и смещение в них равновесия между экосистемами низшего порядка неминуемо вызывают саморегуляцию на высшем уровне. Это отражается на многих природных процессах - от изменения глубины залегания грунтовых вод до перераспределения воздушных потоков.
    Деятельность человека сказывается и на изменении состава атмосферы, рек и океана. Человечество овладело громадной энергией и техникой, стало главнейшей силой, изменяющей процессы в биосфере. Академик В. И. Вернадский в учении о биосфере полагает, что в настоящее время человечество должно создать новую оболочку Земли - ноосферу («разумная оболочка» Земли). Человечество представляет сравнительно небольшую массу в биосфере, но деятельность его грандиозна. Человек уже вышел за пределы биосферы, его космические корабли достигли Луны, Венеры и других планет.
    Научно обоснованное управление биосферой будет решающим условием ее превращения в сферу разума.


    РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
    Обязательная
    Корчагина В. А. Растения, бактерии, грибы, лишайники: Учебник для 6-7 кл. средней школы. 28-е изд. - М.: Просвещение, 1992.
    Серебрякова Т. И., Еленевский А. Г., Гуленкова М. А., РозенштейнА. М., Шорина Н. И. Растения, бактерии, грибы, лишайники: Учебник для 6-7 кл. средней школы. -М.: Просвещение, 1992.
    Наумов Д. В. (ред.) Зоология: Учебник для 6-7 кл. средней школы. - М.: Просвещение, 1984.
    БатуевА. С. (ред.) Человек: Учебник для 9 кл. средней школы. 3-е изд. - М.: Дрофа, 1997.
    Полянский Ю. И. (ред.) Общая биология: Учебник для 10-11 кл. средней школы. 14-е изд. - М.: Просвещение, 1983.
    Беляев Д. К. (ред.) Общая биология: Учебник для 10-11 кл. средней школы. - М.: Просвещение, 1991.
    Справочная и дополнительная
    Биологический энциклопедический словарь. 3-е изд. -М.: Энциклопедия, 1997.
    Реймерс Н. Ф. Популярный биологический словарь. -М.: Наука, 1991.
    Словарь физиологических терминов. - М.: Наука, 1987.
    Жизнь растений: В 6 т. / Под ред. А. Л. Тахтаджя-на. - М.: Просвещение, 1974-1982.
    Жизнь животных: В 6 т. / Под ред. М. С. Гилярова. -М.: Просвещение, 1968-1971.

    Комментариев: 0 Просмотров:369





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