Строение биосферы (стр. 2 из 2)
Живое вещество распространено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропических лесов) и гидросферы, где в массе развиваются зеленые растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы. Более 90 % всего живого вещества биосферы, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97 - 98 % биомассы суши). Общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1,8 - 2,5 . 1018 г (в пересчете на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы биосферы (3 . 1024 г). Тем не менее Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития.
Основной источник биохимической активности организмов - солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми фотосинтезирующими микроорганизмами. Существование биосферы определяется многоступенчатым процессом фотосинтеза, в результате чего лучистая солнечная энергия преобразуется через растения, водоросли и некоторые бактерии в сложные, богатые энергией органические соединения, представляющие собой основу жизни. Суммарная интенсивность фотосинтеза земных растений образует так называемую первичную продукцию.
Кроме первичной, существует вторичная продукция фотосинтеза. Она образуется в процессе передачи энергии от растительных организмов к растительноядным животным и биоредуцентам - потребителям мертвого органического вещества.
Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 2 млрд. лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый экран, защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения; фотосинтез и дыхание зеленых растений поддерживают современный газовый состав атмосферы. Появление кислорода в первичной бескислородной атмосфере Земли рассматривается как важнейший этап эволюции биосферы.
Биосфера имеет мозаичное строение, слагаясь из отдельных относительно самостоятельных частей. Эти части, получившие название биоценозов и экосистем, представляют собой своеобразную уменьшенную модель биосферы (рис. 2.1). Поэтому, изучая биоценозы и экосистемы, мы познаем закономерности существования биосферы в целом.
Рис. 1. Уменьшенная модель биосферы (структура биогеоценоза)
Термин «биогеоценоз» предложил русский ученый В.Н. Сукачев в 1948 г. Это понятие близко к понятию «экосистема». Сейчас все чаще применяется термин «экосистема», хотя в нашей стране и в ряде других стран пользуются и термином «биогеоценоз». Так как биогеоценоз = экосистема, то иначе можно сказать, что биосфера - это совокупность отдельных биогеоценозов, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.
Структурной единицей биосферы является экосистема, характеризующая собой совокупность на определенном участке земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий).
В структуре экосистемы выделяют следующие четыре комплекса (звена):
- неживую природу, из которой экосистема черпает средства к жизни и куда выделяет продукты обмена;
- живые растения, обеспечивающие органическим веществом и энергией все живущее (первичные продуценты);
- организмы, живущие за счет питательных веществ, созданных продуцентами - консументы (потребители), образующие вторичную продукцию;
- организмы, разлагающие органические соединения до исходных продуктов, - редуценты (бактерии, грибы, простейшие ).
Экосистемы являются основными рабочими единицами биосферы, ее материально-энергетическими ячейками, однако их автономность относительна, так как свойства биосферы обусловливают свойства экосистемы и наоборот. Сходные организмы, обитающие в неодинаковых условиях среды, образуют разные экосистемы. Например, еловый лес в Московской области и в горах Кавказа - разные экосистемы. Изучение экосистем сейчас находится в центре внимания современной экологии и теснейшим образом связано с проблемами охраны природы.
Структура (строение) биоценозов - это определенное расположение и взаимосвязь входящих в их состав элементов. Биоценозы как системы слагаются из отдельных элементов, разнообразные признаки которых можно рассматривать в большом числе аспектов - трофическом, видовом, пространственном, размерном и т. д. В соответствии с этим говорят о трофической, видовой, пространственной, размерной и других структурах биоценозов.
Во всех экосистемах между их отдельными компонентами постоянно происходит обмен энергией (поддерживается через экосистему вдоль цепи питания, начинаясь со связывания энергии солнечных лучей и заканчиваясь полным разложением органических соединений, причем на каждой ступени часть энергии теряется) и обмен различных веществ (азота, фосфора, кислорода и т. д.), циркуляция которых происходит по замкнутому пути.
Круговорот веществ в биоценозе, как известно, состоит из определенных цепей питания (рис.2). Иногда различают короткий круговорот, т. е. минерализацию первичной продукции при помощи редуцентов (деструкторов), и более длинный круговорот, идущий по следующей схеме:
растительный субстрат ® фитофаги (включая сапрофагов) ® хищники I порядка ® хищники II порядка ® микроорганизмы ® минерализация.
Характер пищевых цепей зависит от типа взаимосвязей между отдельными организмами (рис. 3).
Следует помнить, что взаимоотношения между отдельными элементами биоценоза могут быть обусловлены не только трофическими связями (рис. 4).
Взаимодействия между компонентами биоценоза осуществляются через определенные элементы среды, т. е. посредством определенных факторов, действующих на биологические объекты.
Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы и вызывающие в них приспособительные реакции, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствуют или препятствуют их выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Их чаще всего делят на три большие группы: абиотические факторы (факторы неживой среды - климатические, эдафические, топографические, гидрофизические и гидрохимические), биотические (связанные с влиянием живых существ - топические взаимоотношения, трофические поглощения, генеративные отношения; нейтрализм, конкуренция, симбиоз, паразитизм, хищничество) и антропогенные (связанные с деятельностью человека).
Исходя из выше сказанного можно заключить, что биосфера - это совокупность всех экосистем (биогеоценозов), распространенных в пределах геосфер, с которыми взаимодействует живая оболочка Земли.
Рис. 2. Трофические уровни в экосистеме
Рис. 3. Типы взаимосвязей между организмами
Рис. 4. Взаимосвязи в биоценозе между продуцентами и консументами
Основными свойствами биосферы являются:
непрерывность развития органического мира Земли;
мозаичность строения биосферы (состоит из отдельных экосистем);
биосферный круговорот элементов, входящих в состав живых организмов;
быстрое обновление живого вещества биосферы.
Литература
1. Основы экологии: Учеб. пособие. - Донецк: ДонГАУ, 2009. - с.
2. Руденко В.П. Природно-ресурсний потенціал Української РСР // Изв. АН СССР. Сер. геогр. - 2009. - № 5. - С. 88
3. Разумихин Н.В. Природные ресурсы и их охрана. - Л., 2008. - С. 138.
4. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения.-М.;