Лекция № 15.

Лекция № 15. 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.

Вопросы для самоконтроля:

1.Границы биосферы.

2.Свойства биосферы.

3.Что является важнейшим компонентом биосферы, и почему?

4.Каковы основные свойства почвы?

5.Что такое географическая оболочка? Перечислите её компоненты.

6.Охарактеризуйте основные закономерности географической оболочки.

7.Укажите природные зоны выделяемые на территории СНГ и Казахстана.

Рекомендуемая литература:

1.Никонова М.А., Данилов П.А. Землеведение и краеведение. М. Академия, 2000. с. 180-211

2.Шубаев Л.П. Общее землеведение. М. Высшая школа, 1969. 347 с

3.Петросова Р.А. и др. Естествознание и основы экологии. М. Академия,2000. с.137-152