Функциональные связи в биосфере

Содержание

 

1. Введение……………………………………………………………..2
2. Функциональные связи в биосфере. Почва…….………………...3
3. Процессы природной среды……………………………………......6
4. Средообразующая роль живого вещества…………………….....8
5. Целостность биосферы………………………………………........9
6. Категории организмов……………………………………………11
7. Заключение………………………………………………………....13
8. Список использованной литературы…………………………...15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       Введение

Человек связан с природой неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования, он пытался  ее познать в целях использования.

 

         Постепенно из наблюдений и опыта использования различных природных объектов возникли науки. Наука о природе – естествоведение – дифференцировалась на отдельные отрасли знания: биологию, геологию, физику, химию. С развитием отдельных наук о природе все настоятельнее проявляется потребность в выявлении всеобъемлющей картины жизни на планете Земля и общих процессов, происходящих на ней. Ламарк, не употребляя термина «биосфера», впервые обозначает влияние живых организмов на процессы, происходящие на Земле. Биосфера тесно связана с деятельностью человека, и сохранность равновесия ее состава зависит от него. 
 
          В настоящее время в связи с весьма ощутимыми последствиями научно-технического прогресса, ставящим под угрозу дальнейшее существования человека, во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в охране биосферы. А чтобы устранить опасности, нависшие над Землей, необходимо знать процессы, происходящие в биосфере.  
Под биосферой принято понимать сложную внешнюю оболочку Земли, населенную организмами. Биосфера качественно отличается от всех других сфер Земли, так как в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов, а на последнем этапе истории Земли – и человека. При этом характерно, что определенные группы живых существ могут оказывать различное, вплоть до диаметрально противоположного, влияния на окружающую среду. Например, зеленые растения обогащают ее кислородом, животные – углекислым газом, растения извлекают громадные массы углерода из атмосферы, а микроорганизмы, разлагая органическое вещество, возвращают большую часть углерода обратно, и т.д. Современная биосфера включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. 
 
          «...Если мы хотим достичь какого - то согласия с Природой, то нам в большинстве случаев придётся принимать её условия» 
                                                                                                                Р. Риклефс

 

 

 

Функциональные  связи в биосфере

Три составные части биосферы - гидросфера, атмосфера и литосфера  – тесно взаимосвязаны друг с  другом, составляя вместе единую генеральную  саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую устойчивый глобальный круговорот веществ. Одним из элементов строения природной среды, через который осуществляются функциональные связи, является почва.

Почва теснейшим образом  связана с гидросферой и атмосферой. В частности, с гидросферой ее связывает вынос почвенных и  грунтовых (подпочвенных) вод в водоемы. Выносимые с водой химические соединения из почв во многом влияют на биопродуктивность водоемов. Почва зачастую играет роль фильтра от проникновения в поверхностные воды значительного числа загрязнителей.

Связь почвы с литосферой исключительно непосредственная, так  как она возникла собственно на поверхности  литосферы и во многом из ее составных  элементов. Можно утверждать, что  своей "жизнедеятельностью" почва  способствует дальнейшему геохимическому преобразованию верхних слоев литосферы. Почва служит источником для образования  минералов, горных пород, полезных ископаемых, а также способствует переносу аккумулированной солнечной энергии в подстилающие более глубокие слои земной коры.

Почва - это верхний, плодородный  слой литосферы, который, как было установлено  многочисленными исследованиями, в  том числе и работами В.И. Вернадского, обладает рядом свойств, присущих как  живой, так и неживой природе.

Гумус почвы - это устойчивое комплексное образование из ряда органических соединений, которые являются результатом разложения микроорганизмами растительного детрита и остатков животных, продуктов жизнедеятельности организмов, а также сложных физико-химических процессов, протекающих в подстилающих грунтах, например в глинистых минералах.

Состав органических веществ  многообразен и включает компоненты, образующиеся на разных стадиях разложения сложных углеводов, белков, жиров  и углеводов; почвенные органические вещества содержат лигнин, клетчатку, эфирные масла, смолы, дубильные  вещества. В целом происходит обогащение почв аминокислотами и другими органическими  соединениями.

Значимое влияние на плодородие почв оказывает их влагопроницаемость - способность почвы фильтровать воду как по порам, так и по тончайшим каналам - капиллярам. Капиллярная сеть позволяет влаге преодолевать гравитационные силы и подниматься в почвах над уровнем грунтовых вод. Рыхление почвы приводит к разрушению капилляров, а тем самым устранению источников, поставляющих влагу к поверхности, где она испаряется.

Почвы могут иметь различную  структуру, т. е. форму и размер слагающих  ее элементов. Этими элементами в  почвах являются микроагрегаты из минеральных  частиц и гумуса. У наиболее плодородных  почв структура зернистая (мелкокомковатая); среди структур почв есть также комковатая, столбчатая, ореховатая, глыбистая, пылеватая и др.

Остановимся на краткой характеристике наиболее распространенных почв Евразии:

• арктические и тундровые почвы, занимающие около 4% суши земного шара, на северных окраинах Северной Америки, Евразии, островах Северного Ледовитого океана; мощность почвенного слоя не превышает 0,4 м; отличаются переувлажнением и развитием анаэробных микробиологических процессов; содержание гумуса не превышает 1-3%;
• подзолистые почвы, формирующиеся в условиях умеренного влажного климата под хвойными лесами Евразии и Северной Америки; основным процессом является подзолообразующий, который приводит к формированию трех ярко выраженных типичных горизонтов вследствие значительного увлажнения и равномерного промывного режима под пологом леса; содержание гумуса от 4 до 6%;
• черноземы, об этих почвах В.И. Вернадский говорил: "в истории почвоведения чернозем сыграл такую же выдающуюся роль, какую имела лягушка в истории физиологии, кальцит в кристаллографии, бензол в органической химии". Этот тип почв распространен в пределах лесостепей и степей Евразии, в России - это 8%территории или половина всех черноземов мира. Черноземы формируются в условиях засушливого климата и нарастающей континентальное™. В развитии черноземов существенную роль играют степная растительность с преобладанием дерновинных злаков; содержание гумуса (более 10%); это самая плодородная почва;
• каштановые почвы, занимающие 7% территории суши, в нашей стране - 9%, причем формируются в засушливых и экстраконтинентальных условиях сухих степей (Причерноморье, Прикаспийская низменность, юго-восточное Забайкалье и т. д.); гумуса (менее 4%);
• серо-бурые почвы и сероземы; они типичны для равнинных внутриконтинентальных пустынь умеренного пояса, субтропического пояса пустыни Азии (Иранское нагорье) и Северной Америки; на их долю приходится до 17% площади суши; отличаются значительной засоленностью и малым содержанием гумуса (до 1,5%);
• красноземы и желтоземы, формирующиеся в условиях субтропического климата под влажными субтропическими лесами (Юго-Восточная Азия, побережье Черного и Каспийского морей); общая площадь до 19% территории суши; основная почвообразующая кора выветривания перенасыщена кремнеземом, оксидами железа, алюминия, марганца и поэтому почвы имеют красновато-желтую окраску; содержание гумуса от 3 до 6%;
• гидроморфные почвы, образующиеся при участии атмосферной влаги, поверхностных и подземных вод; к этим почвам относятся засоленные, болотные, оглеенные почвы.

Экологические функции  почв в биосфере базируются на следующих основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов; во-вторых, почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором биогеохимических циклов, практически круговороты всех биогенов осуществляются через почву.

Главная функция почвы - это  обеспечение жизни на Земле. Это  определяется тем, что именно в почве  концентрируются необходимые организмам биогенные элементы в доступных  им формах химических соединений. Кроме  того, почва обладает способностью аккумулировать необходимый для жизнедеятельности продуцентов биогеоценозов запасы воды, также в доступной им форме, равномерно обеспечивая их водой в течение всего периода вегетации. Наконец, почва служит оптимальной средой для укоренения наземных растений, обитания многочисленных беспозвоночных и позвоночных животных, разнообразных микроорганизмов. Собственно эта функция и определяет понятие "плодородие почв".

Вторая функция почв заключается  в регулировании всех потоков  вещества в биосфере. Все биогеохимические циклы элементов, включая циклы  таких важнейших биогенов, как углерод, азот, кислород, фосфор, а также циклы воды осуществляются именно через почвы при ее регулирующем участии в качестве аккумулятора биогенных элементов. Почва - это связующее звено и регулирующий механизм в системах биологической и геологической циркуляции элементов.

Третья функция почвы - регулирование состава атмосферы  и гидросферы. Атмосферная функция  почвы осуществляется вследствие ее высокой пористости (40-60%) и плотной  заселенности организмами, благодаря  чему идет постоянный газообмен между  почвой и атмосферой. Почва постоянно  поставляет в атмосферу различные  газы, в том числе и "парниковые" - СО₂, СН₄, а также множество так называемых "микрогазов". Одновременно почва поглощает кислород из атмосферы. Таким образом, в системе "почва - атмосфера" именно почва является генератором одних газов и "стоком" для других.

В сухопутной ветви глобального  круговорота воды почва избирательно отдает в поверхностный и подземный  сток растворимые в воде химические вещества, определяя тем самым  гидрохимическую обстановку в водах  и прибрежной части океана.

Четвертой важнейшей функцией почвы является накопление в поверхностной  части коры выветривания, в почвенных  горизонтах описанного выше специфического органического вещества - гумуса и  связанной с ним химической энергии.

Пятая функция заключается  в ее защитной роли по отношению  к литосфере. Почва защищает литосферу  от воздействия экзогенных факторов, регулируя процессы денудации суши.

Наконец, еще одна, шестая функция почвы - это генерирование и сохранение биологического разнообразия. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Чрезвычайно большое разнообразие почвенных свойств по кислотности, щелочности, засоленности или отсутствию солей; окислительная или восстановительная обстановка-все это создает огромные возможности жизнедеятельности различных организмов. По отношению к человеку почва имеет еще одну специфическую функцию, являясь главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей.

Процессы природной  среды

Процессы, протекающие и  взаимодействующие в гидросфере, литосфере и атмосфере, тесно  связанные с биосферными процессами, выражаются, в частности, в круговороте  воды. Пополнение гидросферы осуществляется за счет выпадающих осадков из атмосферы, а возврат воды за счет испарения  с поверхности водоемов и транспирации растениями. Наряду с этим существуют энергетические связи через тепловое излучение и процессы фотосинтеза. Кроме того, имеют место и химические реакции, к примеру, растворение  в воде кислорода и диоксида углерода. Этот процесс поддерживает систему  динамического равновесия в гидросфере по системному принципу:

 

Эта система имеет решающее значение в формировании условий  жизнедеятельности гидробионтов (живых  организмов, обитающих в водной среде).

В целом функциональная взаимообусловленность  элементов биосферы формирует ее как глобальную саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую на этом уровне круговорот веществ и направляющую (в том числе и "фильтрующую" поток энергии, а также использующую (в том числе трансформирующую) поток информации. Особое положение в этой планетарной системе занимают разнообразные живые организмы, которые В.И.Вернадский назвал "живым веществом". К нему он причислил растения, животных и микроорганизмы. К "биогенному веществу" отнес образования органического происхождения, созданные живыми организмами и состоящие из растительных и животных остатков-уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.; к "косному веществу" - горные породы неорганического происхождения; к "биокосному веществу" - продукты распада и переработки горных пород живыми организмами.

Микроорганизмы синтезируют  аммиак при нормальном атмосферном  давлении и температуре 20° С, в то время как промышленный синтез аммиака из молекулярного азота происходит при температуре 500° С и давлении более 350 ГПа. На ферментативных реакциях в живых организмах базируется глобальный биологический круговорот, о масштабах которого можно судить по темпам оборота кислорода и диоксида углерода в процессе фотосинтеза (табл. 10).