Биосфера и географическая оболочка

Цель: Дать представление о биосфере, её граница; круговороте веществ в биосфере, о строении, функциях географической оболочки.

Основные вопросы:

1. Современные представления о биосфере.

2. Почвы – важнейший компонент биосферы.

3.Понятие о географической оболочке.

4. Закономерности географической оболочки.

Биосфера - это часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Уче­ние о биосфере разработал русский академик В.И.Вер­надский (1863-1945). Он впервые рассмотрел все живые организмы Земли как единый фактор, вовлеченный в круговорот веществ в природе, аккумулирующий сол­нечную энергию и определяющий геологические про­цессы Земли.

Граница биосферы в атмосфере находится на высоте 15-20 км, совпадая с границей тропосферы. Озоновый экран защищает живые организмы от жесткого ультра­фиолетового излучения. Ограничивающими факторами распространения жизни выше этого предела служат излу­чение, недостаток влаги, кислорода и низкое давление. Наиболее плотно населен нижний слой тропосферы до высоты 50 м. Граница жизни в гидросфере проходит на глубине около 11000 м (11 км), т. е. фактически вся водная оболочка прониза­на жизнью. Ограничивающими факторами здесь служат от­сутствие света и высокое давление. Организмы, населяющие гидросферу, можно разбить на три большие группы: самостоятельно перемещающиеся в средних и верхних слоях - нектон; микроскопические, переносимые течением в верхних слоях - планктон; придонные организмы называют бентосом. В литосфере жизнь сосредоточена в основном на глу­бине до 80 м. Но некоторые следы жизни обнаружены и глубже, около 100 м, в трещинах и пустотах земной коры. Нижняя граница биосферы обусловлена термодинамичес­кими условиями (высокой температурой недр) и отсут­ствием жидкой воды. Наиболее плотно заселена организмами поверхностная часть земной коры, и особенно по­чвенный слой.

Условия и плотность жизни. Биомасса Земли. Необхо­димым условием для существования живых организмов является наличие воды, воздуха, света и тепла. Темпе­ратурный фактор, степень влажности и освещенность определяют и распространение жизни на планете. Жизнь на нашей планете многоярусна - в атмосфере, на земле и в воде. Вся совокупность живых организмов планеты - живое вещество, обладающее способностью ра­сти, размножаться и расселяться по планете, составляет биомассу Земли. 97 %  биомассы составляют растения, а 3 % - животные и микроорганизмы. Плотность жизни неодинакова в различ­ных средах и на поверхности Земли. Хотя 71 % всей поверх­ности земного шара покрыт водой, основная биомасса сосредоточена на суше - 99,8 %. Биомассу поверхности суши составляют все живые орга­низмы, обитающие в наземно-воздушной среде на по­верхности Земли. Причем на долю растительных орга­низмов приходится 99 %, а животные и микроорганиз­мы составляют лишь около 1 %.  Биомасса почвы - это совокупность живых организ­мов, обитающих в почве. В почве живет огромное количество бак­терий (до 500 т на 1 га), в ее поверхностных слоях распространены зеленые водоросли и цианобактерии. Толща почвы про­низана корнями растений, грибами. Она является средой обитания для многих животных: инфузорий, насекомых, млекопитающих и др. Биомасса Мирового океана - это совокупность живых организмов гидросферы. Как уже упоминалось, ее био­масса значительно меньше биомассы суши, причем от­ношение растительных и животных организмов здесь прямо противоположное. В Мировом океане на долю растений приходится лишь 6,3 %, а животные составля­ют 93,7 %. Это связано с тем, что использование солнеч­ной энергии в воде составляет всего 0,04 %, тогда как на суше - до 1 %.

Функции живого вещества. Живое вещество в биосфере выполняет некоторые специфические функции, в том числе газовую, концентрационную, окислительно-восстанови­тельную. Газовая функция заключается в постоянном газообмене организмов с окружающей средой в процессе дыхания и фотосинтезе.

Концентрационная функция проявляется в биогенной миграции атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах в процессе синтеза органических ве­ществ, а затем после их отмирания и минерализации пе­реходят вновь в неживую природу. Следствием реализа­ции концентрационной функции живых организмов яв­ляется появление значительных количеств химических со­единений в определенных местах земной коры (накопле­ние полезных ископаемых), например известняка, тор­фа, каменного угля. Окислительно-восстановительная функция лежит в ос­нове обмена веществ и энергии организма с внешней средой. Она выражается в химических превращениях ве­ществ в процессе жизнедеятельности организмов. Жизнь - это непрекращающийся процесс синтеза и рас­пада органических веществ, который объединяет все жи­вые организмы на Земле.

Итак, биосфера представляет собой большую систе­му, состоящую из разнородных компонентов, связанных между собой процессами миграции энергии и вещества. Источником энергии служит Солнце. Цикличность про­цессов миграции - круговорот веществ обеспечивает не­прерывное существование биосферы.

Почвы – важнейший компонент биосферы. Почва – это природное образование, продукт взаимодействия живых организмов, горных пород и климатических факторов. Это область наибольшей концентрации  живых организмов (растений, животных, грибов, бактерий), продуктов их обмена веществ и разложения. Почва – это самостоятельное природное тело, которое обладает только ему присущими свойствами и строением. К факторам почвообразования относят материнскую породу (верхняя разрыхленная часть горных пород), климат, растительность, рельеф местности, живые организмы, обитающие в почве.   Состав почвы. Почва состоит из трех фаз: твердая фаза почвы (минеральные и органические вещества), жидкая фаза (это почвенная влага) и газообразная фаза (почвенный воздух).  В почве обитают живые организмы. Строение почвы. Процессы выветривания, образования гумуса и передвижения органических веществ в пределах почвенного профиля определяют формирование в вертикальном разрезе почв несколько связанных между собой слоев – почвенных горизонтов. Горизонты почвы характеризуются такими показателями как механический состав, структура, окраска. Свойства почвы: водные, воздушные, тепловые, физические, пищевой режим. Плодородие - самое главное свойство почвы. Это способность почвы обеспечивать растения усвояемыми питательными веществами и влагой и давать хороший урожай. Разнообразие почв. В зависимости от факторов почвообразования формируются различные почвенные типы: тундровые, подзолистые, черноземные, каштановые, сероземы, бурые, красноземы, желтоземы.

Компоненты географической оболочки. Атмосфера, литосфера, гидросфера и биосфера - четыре оболочки земного шара находятся в сложном вза­имодействии, взаимопроникают друг в друга. Все вместе они составляют географическую оболочку. Здесь развивается жизнь, проявляется деятельность воды, льда, ветра, об­разуются почвы, осадочные горные породы.

Географическая оболочка - это область сложного вза­имопроникновения, взаимодействия космических и зем­ных сил. Она продолжает развиваться и усложняться в результате взаимодействия живой и неживой природы.

Верхняя граница географической оболочки соответству­ет тропопаузе - переходному слою между тропосферой и стратосферой. Над экватором этот слой располагается на высоте 16-18 км, а на полюсах – 8-10 км. На этих высо­тах затухают и прекращаются процессы, порождаемые вза­имодействием геосфер. В стратосфере практически отсут­ствует водяной пар, нет вертикального перемещения воз­духа, изменение температур не связано с влиянием зем­ной поверхности. Невозможна здесь и жизнь. Нижняя граница на суше проходит на глубине 3-5 км, т. е. там, где изменяются состав и свойства горных по­род, отсутствуют вода в жидком состоянии и живые орга­низмы.

Географическая оболочка Земли представляет собой це­лостную материальную систему, качественно отличную от других геосфер Земли. Ее целостность определяется не­прерывным взаимодействием твердых, жидких и газооб­разных, а с возникновением жизни - и живых веществ. Все составные части географической оболочки взаимо­действуют, используя солнечную энергию, поступающую на Землю, и энергию внутренних сил Земли. Все компоненты географической оболочки находятся в сложных взаимосвязях.

Закономерности географической оболочки. Географическая оболочка развивается и имеет свои закономерности.

1.Одна из основных закономерностей – ее целостность. Это означает, что изменение одного ее компонента неизбежно вызывает изменение всех остальных.

2.Следующая закономерность наличие в ней круговорота веществ и связанной с этим энергии. Круговорот веществ обеспечивает многократность одних и тех же процессов и явлений. Круговороту подвержены: циркуляция воды в океане, циркуляция воздуха в атмосфере, круговорот воды (большой и малый), биологические процессы, круговороты горных пород.

3.Ритмичность  явлений в географической оболочке. Гео­графическая оболочка Земли постоянно изменяется, ус­ложняются взаимосвязи между ее отдельными компонен­тами. Эти изменения происходят во времени и простран­стве. В природе существуют ритмы разной продолжитель­ности. Короткие, суточные и годовые ритмы особенно важны для живых организмов. Их периоды покоя и ак­тивности согласуются с этими ритмами. Суточный ритм (смена дня и ночи) обусловлен вращением Земли вокруг своей оси; годовой (смена времен года) — обращением Земли вокруг Солнца. Годовая ритмика проявляется в су­ществовании периодов покоя и вегетации у растений, в линьке и миграции животных, в некоторых случаях - в спячке, размножении. Годовая ритмика в географической оболочке зависит от широты мест: в экваториальных широтах она выражена слабее, чем в умеренных или по­лярных. Суточные ритмы протекают на фоне годовых, годо­вые - на фоне многолетних. Существуют также веко­вые, многолетние ритмы, например изменения клима­та (похолодание - потепление, иссушение - увлажне­ние). Изменения в географической оболочке происходят и в результате движения материков, наступления и отступ­ления морей, в ходе геологических процессов: при эро­зии и аккумуляции, работе моря, вулканизме. В целом географическая оболочка развивается поступательно: от простого к сложному, от низшего к высшему.

4.Зональность - важнейшая структурная особенность географической оболочки.  Зональность – это закономерное изменение всех компонентов географической оболочки и самой оболочки по направлению от экватора к полюсам. Закон зональности был сфор­мулирован великим русским ученым-естествоиспытате­лем В.В.Докучаевым, который писал, что расположе­ние нашей планеты относительно Солнца, ее вращение и шарообразность влияют на климат, растительность и животных, которые распределяются по земной поверх­ности по направлению с севера на юг в строго опреде­ленном порядке. Таким образом, географическая оболочка имеет  закономерную зонально-региональную структуру.

         Географическая оболочка состоит из огромного многообразия природных комплексов.  Самые крупные зональные подразделения географической оболочки – географические пояса. На Земле существуют следующие географические пояса: экваториальный, субэкваториальные, тропические, субполярные, полярные. На равнинах в пределах географических поясов  выделяют природные зоны (зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь). Природная зона – это природный комплекс, обладающий общностью температурных условий и увлажнения, почв, растительности и животного мира. Основной фактор  формирования почвенно-растительного покрова – соотношения температур и увлажнения.