Географический портал Биосфера Живое вещество на Земле

Живое вещество на Земле

Роль живого вещества в атмосфере. Земная атмосфера, по словам В.И. Вернадского – это «создание жизни». Весь свободный кислород в современной атмосфере имеет биогенное происхождение. В настоящее время это положение оспаривается. Кислород выделяется из пород литосферы в процессе происходящих в них геохимических процессов. Его содержится 2,8·1014 т. Последние 200 млн. лет, содержание кислорода в воздухе остается постоянным за счет фотосинтеза растений. Появление кислорода изменило многие свойства Земли. Озоновый слой стал задерживать ультрафиолетовые лучи, губительные для живых организмов. Усилились процессы выветривания пород, так как кислород – сильный окислитель. При отсутствии его в атмосфере состав литосферы на Земле был совершенно иным. Так, железистые кварциты КМА, а также железорудные месторождения Сибири образовывались в докембрийское время. Это закисные формы железа, которые формируются при малом количестве кислорода. В последующие геологические эпохи таких скоплений железных руд на Земле не было. В атмосфере появился кислород и стали образовываться окисные формы железа, которые более подвижны и крупных месторождений создавать не могут.

Азот атмосферы усваивается растениями, а животные получают его из растительной пищи. Но главная роль в фиксации азота принадлежит почвенным бактериям. Его содержание в атмосфере составляет 3,8·1015 т. Возвращается в атмосферу азот благодаря деятельности других бактерий – денитрификаторов. Без них большая часть атмосферного азота оказалась бы в связанном состоянии в океане и в осадочных горных породах.

Углерод. За время существования на Земле фотосинтезирующих организмов их атмосферы в земную кору перешло большое количество углерода. В современной атмосфере его содержится 7·1011 т. Баланс углерода связан с деятельностью организма, поглощающих и выделяющих углекислый газ. Однако этот баланс местами нарушается хозяйственной деятельностью организма и выбросами в окружающую среду больших объемов углерода.

Таким образом, современная атмосфера – это продукт жизнедеятельности организмов, в том числе человека, определяющих, регулирующих и изменяющих ее состав.

Роль живого вещества в гидросфере. Так же сильно действует живое вещество на гидросферу. Организмы непрерывно потребляют и выделяют воду. Особенно интенсивен процесс транспирации, то есть испарения влаги растениями. Так, лесная растительность Земли ежегодно испаряет 50 млн. км3 воды. Газовый и солевой состав вод суши и океана во многом зависит от организмов, живущих в воде, а также на площади водосборных бассейнов. За счет них в воду поступают: углекислый газ, гуминовые вещества, соединения серы, фосфора, азота и др. элементы. В результате вода становится химически активной, то есть повышается ее способность растворять химический соединения. Микроорганизмы, живущие на дне озер и морей, а также в подземных водах, способны отнимать кислород у сульфатов, нитратов, марганца, гидроокислов железа, что приводит к образованию сероводородных вод и вод, содержащих метан.

Роль живого вещества в литосфере. Воздействие живого вещества на литосферу проявляется:

  1. В разрушении горных пород;
  2. В образовании особых, органогенных пород.

Процесс выветривания горных пород происходит при непосредственном участии организмов, действующих на них как механически, то есть корневой системой, так и химически – продуктами своей жизнедеятельности. Органогенными породами являются известняки, мела и большинство кремниевых пород, то есть трепела и опоки. Например, мел на юге Воронежской области состоит из раковин фораминифер. Они очень мелкие и видны лишь под микроскопом. Органическое происхождение имеют также известняки, состоящие из остатков кораллов и моллюсков, которые строили свои организмы из карбонатов. В нашем регионе в девонское время отмечался рассвет жизни таких организмов. В результате образовались мощные толщи (до 700) известняков в Курской, Орловской, Липецкой, Тамбовской областях и на севере Воронежской области.

Органогенными также являются: торф, бурый и каменный угли, горючие сланцы, нефть и газ. Запасы органического вещества в земной коре – огромны. Они во много раз превосходят объем живого вещества. Так, запасы углерода, заключенного в горючих ископаемых составляет, в среднем, 200 т/га земной поверхности. В осадочных породах содержится 2·1016 т. органического углерода. Все породы органогенного происхождения занимают 1/3 поверхности суши. Деятельность организмов на Земле привела к изменению химического состава воды, так как огромное количество CaCO3 было выведено из состава гидросферы. Как видно, живые организмы являются очень мощной геохимической силой на нашей планете. Вернадский писал: «убери живое вещество на Земле, наступило бы химическое однообразие, однотонность и очень бы медленно протекали на ней все процессы».

Биологический круговорот. Сообщества живых организмов Земли.

Взаимодействие организмов с атмосферой, гидросферой и литосферой происходит в процессе биологического круговорота вещества и энергии. Взаимодействие это включает в себя:

  1. Образование живого вещества из неживого за счет солнечной энергии;
  2. Разрушение живого вещества, то есть превращение сложных органических соединений в простые минеральные вещества.

Образование живого вещества связано с фотосинтезом и сопровождается поглощением огромного количества солнечной энергии, которая в дальнейшем освобождается при гниении, сгорании или переваривании органических соединений съеденных другими организмами. Фотосинтез производиться: наземными растениями; водорослями; океаническим планктоном.

Органические соединения, создаваемые растениями, потребляются животными. Растения и животные служат пищей бактериям. Так одновременно с образованием происходит процесс разложения органического вещества до углекислого газа и воды – в результате дыхания растений и животных. А также разрушение органического вещества при деятельности микроорганизмов. Таким образом, световая энергия переводиться в другие ее виды, то есть химическую, механическую и тепловую.

Биологический круговорот – это система круговоротов разной продолжительности. Так, растения пустынь развиваются за очень короткое время и накопленные ими органические вещества быстро разлагаются. Более продолжительным является цикл круговорота веществ, вошедших в состав древесины. Органические вещества, превратившиеся в каменный уголь – разрушаются через миллионы лет. Образование и разрушение органического вещества – это противоположные, но неотделимые друг от друга процессы. Если бы происходило только накопление этого вещества, то в атмосферу не поступал бы углекислый газ, а в почву фосфор, калий и другие вещества.

Таким образом, в биосфере существует круговорот веществ и энергии. Он протекает непрерывно и охватывает все живые организмы, однако различные группы организмов выполняют различные функции в круговороте.

Жизненные сообщества. Организмы, живущие в географической оболочке, образуют жизненные сообщества. При этом одни из них синтезируют органические вещества из неорганических, а другие потребляют такие вещества. В конечном счете, они их разлагают до веществ неорганических. В процессе эволюции различные виды организмов оказались связанными между собой последовательным извлечением вещества и энергии из исходного пищевого материала. Возникли так называемые пищевые цепи, которые образуют биоценозы.

В биоценозе все организмы взаимосвязаны. Те из них, которые синтезируют органические вещества их неорганических называются автотрофами, а те, которые потребляю органические вещества, называются гетеротрофами. В пищевые цепи, прежде всего, входят живые организмы, способные производить фотосинтез и накапливать солнечную энергию. Их называют продуцентами. За счет них образуются цепи выедания и цепи разложения.

Цепи выедания представлены консументами, то есть потребителями. Выделяют консументов: I- го порядка, представленные растительноядными животными; II- го порядка, представленными хищниками, поедающими животных первого порядка; III- го порядка, представленные хищниками, существующими за счет консументов I и II порядков (тигры, львы, беркуты).

Цепи разложения представлены редуцентами. Их функция – разложение мертвых остатков растений и животных с получением необходимой для своей жизнедеятельности энергии. При этом производиться минерализация органических веществ. К этой группе организмов относятся бактерии и грибы. Таким образом, пищевые цепи – это каналы, по которым течет поток энергии по сообществам биосферы. Этот поток обеспечивает единство биосферы. Однако существуют отдельные сообщества живых организмов, которые являются звеньями единой биосферы. Биоценозы, представляющие собой сообщества растений и животных, очень сложны. В них много параллельных и переплетающихся цепей питания. При этом число видов организмов в биоценозе может достигать несколько тысяч. Главный компонент биоценоза – это растения, которые образуют фитоценозы. Совокупность фитоценозов, характерную совокупность для поверхности Земли, в целом, или для отдельных ее участков, называют растительностью. Особенности распределения растительности на земле зависит, в основном, от климата. При этом отмечается смена главных фитоценозов, от экватора к полюсам и от побережий – вглубь континентов.

1. В экваториальном поясе развиты влажные, так называемые «дождевые» леса.

2. В субэкваториальных поясахмуссонные леса и саванны.

3. Для тропических поясов характерна скудная растительность полупустынь и пустынь. Исключение составляют восточные части поясов с муссонными лесами.

4. Субтропические пояса отличаются неоднородностью растительности:

-       в западной части континентов произрастают жестколистные леса и кустарники;

-       в центральной части континентов – полупустынная и пустынная растительность;

-       в восточной – муссонный лес, то есть леса лаврового типа и вечнозеленые жестколистные леса.

5. В умеренных поясах:

-   в глубине континентов распространены лесостепи, степи, полупустыни и даже пустыни. Они сменяют друг друга в направлении от более высоких широт – к более низким.

-      в западных и восточных частях пояса, где сказывается влияние океана, а также севернее лесостепи растут листопадные лиственные леса. К северу они сменяются смешенными и хвойными лесами, то есть тайгой.

6. В субполярном поясе господствуют: кустарниковая, травянистая и мохово-лишайниковая растительность.

7. Полярные пояса характеризуются почти полным отсутствием высших растений и господством мхов и лишайников.

Сообщества животных – это зооценозы. Отмечается связь зооценоза с фитоценозом. Поэтому биоценоз рассматривается как совокупность: фитоценоза, зооценоза и микробоценоза, развитых на одном участке территории. Богатство растений в биоценозе, в основном, определяется климатом и почвой, а богатство животных – растительной пищей.

Биоценозы характеризуются: биомассой и биологической продуктивностью.

Биомасса – это общее количество живого вещества, которое выражается в весовых единицах: т/км2, ц/га.

Биологическая продуктивность – это скорость образования биомассы, то есть ежегодный ее прирост: т/га/год и др. Прирост биомассы свидетельствует о накоплении энергии в биоценозе.

Наибольшая биомасса и наибольший ее прирост отмечается во влажных тропиках. Биомасса составляет там 5100 ц/га, а ее прирост 325 ц/га в год. В солончаковой пустыне эти показатели самые низкие: биомасса – 16 ц/га, а прирост – 6 ц/га в год. Биоценоз, то есть сообщество растений и животных вместе с условиями их среды обитания на каком-либо участке земной поверхности, образует биогеоценоз, который часто называют экосистемой.

Термин «биоценоз» был предложен в 1877 году немецким зоологом и гидробиологом, основоположником экологии животных К. Мебиусом (1825-1908). Русским ботаником В.Н. Сукачевым (1880-1967) было создано учение о биогеоценозе, как кирпичике биосферы, где связь биоценоза со средой их обитания выражена в виде взаимодействия и взаимообмена веществом и энергией.

 

Литература.

  1. Смольянинов В. М.  Общее землеведение: литосфера, биосфера, географическая оболочка. Учебно-методическое пособие / В.М. Смольянинов, А. Я. Немыкин. – Воронеж : Истоки, 2010 – 193 c.

Еще статьи по теме


 
 
Баннер