Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Добавить в закладки:

Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Гео биосфера имеет подразделения в соответствии с основными средообразующими факторами: терра - биосфера и литобиосфера—в пределах геобиосферы, маринобиосфера (океа-нобиосфера) и аква - биосфера — в составе гидро биосферы. Данные образования называют подсферами. Ведущим средообразующим фактором в их образовании является физическая фаза среды жизни: воздушно-водная в аэробиосфере, водная (пресноводная и солено-водная) в гидробиосфере, твердо-воздушная в террабиосфере и твер-доводная в литобиосфере.

В свою очередь, все они распадаются на слои: аэробиосфера — на тропобиосферу и альтобиосферу; гидробиосфера — на фотосферу, дисфотосферу и афотосферу.

Структурообразующие факторы здесь, помимо физической среды, энергетика (свет и тепло), особые условия формирования и эволюции жизни — эволюционные направления проникновения биоты на сушу, в ее глубины, в пространства над землей, бездны океана, несомненно, различны. Вместе с апобиос-ферой, парабиосферой и другими под- и надбиосферными слоями они составляют так называемый «слоеный пирог жизни» и геосферы (экосферы) ее существования в пределах границ мегабиосферы.

Протяженность биосферы по вертикали и соотношение поверхностей, занятых основными структурными единицами (по Ф. Рамаду, 1981)

Перечисленные образования в системном отношении — это крупные функциональные части фактически общеземной или субпланетарной размерности. Общая иерархия подсистем биосферы представлена на рис

Иерархия экосистем биосферы (по Н. Ф. Реймерсу, 1994

Ученые считают; что в биосфере имеется восемь - девять уровней относительно самостоятельных круговоротов веществ в пределах взаимосвязей семи основных вещественно-энергетических экологических компонентов и восьмого — информационного

Экологические компоненты (по Н. Ф. Реймерсу, 1994)

Глобальные, региональные и местные круговороты веществ незамкнуты и в рамках иерархии экосистем частично «пересекаются». Это вещественно-энергетическое, а отчасти и информационное «сцепление» обеспечивает целостность экологических надсистем вплоть до биосферы в целом.

Общие закономерности организации биосферы.

Биосферу формируют в большей степени не внешние факторы, а внутренние закономерности. Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого, нашедшего отражение в законе биогенной миграции атомов В. И. Вернадского, и рассмотрено нами в разделе 12.6.

Закон биогенной миграции атомов дает возможность человечеству сознательно управлять биогеохимическими процессами как в целом на Земле, так и в ее регионах.

Количество живого вещества в биосфере, как известно, не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована в виде закона константности количества живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы для данного геологического периода есть константа. Практически данный закон является количественным следствием закона внутреннего динамического равновесия для глобальной экосистемы — биосферы. Поскольку живое вещество в соответствии с законом биогенной миграции атомов есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то или его количество должно быть постоянным, или должны меняться его энергетические характеристики. Закон физико-химического единства живого вещества (все живое вещество Земли физико-химически едино) исключает значительные перемены в последнем свойстве. Отсюда для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна в полной мере и для числа видов.

Живое вещество как аккумулятор солнечной энергии должно одновременно реагировать как на внешние (космические) воздействия, так и на внутренние изменения. Снижение или увеличение количества живого вещества в одном месте биосферы должно приводить к процессу с точностью наоборот в другом месте, потому что освободившиеся биогены могут быть ассимилированы остальной частью живого вещества или будет наблюдаться их недостаток. Здесь следует учитывать скорость процесса, в случае антропогенного изменения намного более низкую, чем прямое нарушение природы человеком.

Помимо константности и постоянства количества живого вещества, нашедшего отражение в законе физико-химического единства живого вещества, в живой природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической структуры, несмотря на то» что она и несколько меняется с ходом эволюции. Данное свойство было отмечено Ю. Голдсмитом (1981) и получило название закона сохранения структуры биосферы — информационной и соматической, или первого закона экодинамики. . Для сохранения структуры биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости или экологического равновесия. Закон стремления к климаксу — второй закон экодинамики Ю. Голдсмита, относится к биосфере и другим уровням экологических систем, хотя и имеется специфика — биосфера более закрытая система, чем ей подразделения. Единство живого вещества биосферы и гомологич-ность строения ее подсистем приводят к тому, что сложно переплетены эволюционно возникшие на ней живые элементы различного геологического возраста и первоначального географического происхождения. Переплетение различных по пространственно-временному генезисуалементов во всех экологических уровнях биосферы отражает правило или принцип гетерогенеза живого вещества. Данное сложение не является хаотичным, а подчинено принципам экологической дополнительности (комплементарности), экологического соответствия (конгруэнтности) и другим закономерностям. В рамках экодинамики Ю. Голдсмита это третий ее закон — принцип экологического порядка, или экологического мутуализма, указывающий на глобальное свойство, обусловленное влиянием целого на его части, обратного воздействия дифференцированных частей на развитие целого и т. п., которое в сумме ведет к сохранению стабильности биосферы в целом.

Взаимопомощь в рамках экологического порядка, или системный мутуализм, утверждается законом упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности: заполнение пространства внутри природной системы из-за взаимодействия между ее подсистемами упорядочено так, что позволяет реализоваться гомеостатическим свойствам системы с минимальными противоречиями между частями внутри ее. Из данного закона следует невозможность длительного существования «ненужных» природе случайностей, включая и чуждые ей.создан-ные человеком. В число правил мутуалистического системного порядка в биосфере входит и принцип системной дополнительности, который гласит, что подсистемы одной природной системы в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему.

К четвертому закону экодинамики Ю. Голдсмита относят закон самоконтроля и саморегуляции живого: живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю и саморегулированию в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде. В биосфере самоконтроль и саморегуляция происходят в ходе каскадных и цепных процессов общего взаимодействия — в ходе борьбы за существование естественного отбора (в самом широком смысле этого понятия), адаптации систем и подсистем, широкой коэво-люции и т.д. При этом все эти процессы ведут к положительным «с точки зрения природы» результатам — сохранению и развитию экосистем биосферы и ее как целого.

Связующим звеном между обобщениями структурного и эволюционного характера служит правило автоматического поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции и взаимодействия с абиотическими факторами автодинамически поддерживает среду жизни, пригодную для ее развития. Данный процесс ограничен изменениями, космического и общеземного экосферного масштаба и происходит во всех экосистемах и биосистемах планеты, как каскад саморегуляции, достигающей глобального размаха. Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания следует из биогеохимических принципов В. И. Вернадского, правил сохранения видовой среды обитания, относительной внутренней непротиворечивости и служит константой наличия в биосфере консервативных механизмов и одновременно подтверждением правила системно-динамической комплементарности.

О космическом воздействии на биосферу свидетельствует закон преломления космических воздействий: космические факторы, оказывая воздействие на биосферу и особенно ее подразделения, подвергаются изменению со стороны экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Обобщение здесь имеет значение в связи с тем, что зачастую идет поток синхронного воздействия солнечной активности и других космических факторов на экосистемы Земли и населяющие ее организмы.

Следует отметить, что многие процессы на Земле и в ее биосфере хотя и подвержены влиянию космоса и предполагаются циклы солнечной активности с интервалом в 1850, 600,400, 178, 169,88,83,33,22,16, 11,5(11,1), 6,5 и 4,3 года, сама биосфера и её подразделения не обязательно во всех случаях должны реагировать с той же цикличностью. Космические воздействия системы биосферы могут блокировать нацело или частично

Пути космического влияния на биосферу

Биосферу называют «сферой жизни», живой оболочкой Земли, которая включает в себя верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Термин «биосфера» был введен в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Развернутое учение о биосфере создано и разработано В.И. Вернадским, опубликовавшим в 1926 г. классический труд «Биосфера». С одной стороны он рассматривал биосферу как оболочку Земли, в которой существует жизнь. С другой стороны, В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера - не просто пространство, в котором обитают живые организмы, а результат деятельности живых организмов и представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и в прошлом.

Всю совокупность живых организмов В.И. Вернадский обозначил тер­мином «живое вещество», противопоставляя его «косному». К «косному» веществу относятся все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не связанные ими. К понятию «биокосное» вещество В. И. Вернадский относил комплекс взаимодействующего живого и косного вещества (нефть, почва).

Три составные части биосферы - гидросфера, атмосфера и литосфера -тесно связаны друг с другом. Литосферу с гидросферой связывает постоян­ный вынос почвенных вод в водоемы разных типов. Поверхностные воды трансформируются в грунтовые, которые участвуют в формировании речного стока. Переносимые с водой почвенные соединения участвуют в формировании биопродуктивности водоемов.

Почва выступает как мощный фактор энергетического баланса биосфе­ры и связана с атмосферными процессами. Почвенные процессы участвуют в регулировании влагооборота атмосферы и ее газового режима. Значение почвы в биосфере можно определить как связующее звено биологического и геологического круговоротов. Функциональная взаимосвязь включает взаимодействие процессов, происходящих в геологических оболочках, например круговорот воды. Это взаимодействие также проявляется и в энергетических связях как прямых - через тепловое излучение, так и опосредованно – через процессы фотосинтеза.

Функциональная взаимосвязь составных частей биосферы обеспечива­ет устойчивый глобальный круговорот веществ. Высокая химическая активность живого вещества способствует постоянному вовлечению в круговорот химических элементов. Биологически значимые химические элементы постоянно проходят через глобальный круговорот с участием живых организмов. По некоторым подсчетам за 3 - 4 млрд лет существова­ния биосферы вся вода Мирового океана прошла через биологический цикл не менее 300 раз. а свободный кислород атмосферы - не менее 1 млн раз.

Живое вещество регулирует все процессы в биосфере. Так, продукция кислорода поддерживает озоновый экран, и как следствие, относительное постоянство потока лучистой энергии, достигающего поверхности планеты. Постоянство минерального состава океанических вод поддерживается деятельностью организмов, активно вовлекающих отдельные элементы.

Высокая способность биосферы как целостной системы к саморегуля­ции лежит в основе гипотезы «Геи», согласно которой живой мир Земли рассматривают как единый сверхорганизм (Гипотеза Джеймса Ловлока). Деятельность живых организмов в биосфере гораздо шире, чем может показаться на первый взгляд, т.к. оказывает мощное обратное влияние на биосферу, изменяя состав и свойства основных сред жизни.

Современные свойства биосферы и ее составных частей как сред жизни определены влиянием совокупной жизнедеятельности обитающих в них организмов. На протяжении геологической истории нашей планеты это влияние коренным образом изменило химические и физические свойства среды. Происхождение почвы целиком обусловлено деятельностью живых организмов. В водной среде живые организмы влияют на ее химический состав: растения выделяют кислород; животные, как фильтры, непрерывно пропускают через себя огромные количества воды, извлекая из нее взве­шенные органические вещества и соли. Современный газовый состав атмосферы определяется деятельностью живых организмов, главным образом через процессы фотосинтеза и дыхания.

Газовый состав атмосферы существенным образом определяет тепло­вой баланс Земли. Большая часть солнечной энергии достигает поверхности Земли в видимой части спектра. Земля отражает энергию в инфракрасной части спектра. Это излучение экранируется парами воды, углекислым газом и озоном, что и предохраняет поверхность Земли от чрезмерной потери тепла. Подсчитано, что без «озонового экрана» и «парникового» эффекта, температура в околоземном слое была бы на 40° ниже.

Происходящее в настоящее время антропогенное увеличение углеки­слого газа в атмосфере приводит к потеплению климата. В то же время наблюдающееся сейчас частичное разрушение озонового экрана может в известной мере скомпенсировать этот эффект за счет увеличения потерь тепла с поверхности Земли. Но одновременно с этим увеличится поток ультрафиолетового излучения, что опасно для многих живых организмов. Антропогенное «вмешательство» в структуру атмосферы чревато непред­сказуемыми и нежелательными последствиями.

Несмотря на специфичность и самостоятельность отдельных оболочек Земли как составляющих биосферы, суммарная деятельность населяющих эти оболочки живых организмов интегрируется на уровне биосферы как целостной функциональной системы. Биосфера как функциональная экосистема планетарного масштаба в значительной степени есть результат этих процессов.

Живые организмы и их неживое (абиотичне) окружение неразрывно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.

Любое сообщество живых существ и среду его обитания, объединенные в единое функциональное целое, благодаря взаимозависимости и потока энергии, протекающей в них и веществ, называется экосистемой. Экосистему следует рассматривать как основную функциональную единицу в экологии.

С точки зрения теории систем, экосистемы представляют собой открытые системы. Важными компонентами для них среду на входе и среда на выходе. Наличие внешней среды следует считать свойством экосистемы.

Экосистема - универсальное понятие: экосистемой есть и капля воды из пруда, и в целом вся биосфера, то есть это понятие не ранговое. Наряду с термином экосистема существует и срок биогеоценоз - экосистема с определенным типом растительности (например, биогеоценоз лиственного леса, биогеоценоз степи и т.п.).

В этом смысле для крупных региональных или субконтинентальная биосистем используется термин биом.

В каждой экосистемы выделяется живая (биотическая) и неживая (абиотические) часть. Биотическая часть (биота) - это сообщество (совокупность) всех живых организмов в пределах выделенной экосистемы. Абиотические часть (абиота) - это неживое физическую среду, функционирующую вместе с сообществом.

Особый вопрос представляет собой почву, в котором интегрированы живые организмы и неживая вещество. По предложению академика В. И. Вернадского почву определяется как биокосные тело Земли.

Растительный покров представляет собой важнейший компонент любой наземной экосистемы. В экологии его определяют термином "фитоценоз". Фитоценоз это совокупность популяций автотрофных растений, связанных подобным отношением к условиям среды. Различают еще растения эдификаторы - то есть виды, которые играют основную роль в создании биосред в экосистеме. На рис. 2.1 и 2.2 изображены поток энергии в природном сообществе и круговорот веществ в экосистеме.

Рис. 2.1.

Рис. 2.2.

В экосистеме совместно находятся и функционируют множество видов. С точки зрения занимаемого пространства каждый вид характеризуется своим местопребыванием - местом, где он живет, местом, где его обычно можно найти. Однако одной пространственной характеристики для определения условий, в которых проживает вид, недостаточно. Более емким является понятие экологическая ниша - совокупность экологических характеристик вида: местонахождение, еда, место размножения, сопротивление факторам среды, отношения между конкурентами или враждебными видами, - то есть все условия его существования.

Так, например, при мелиорации земель происходит сужение, а то и закрытия экологических ниш для одних видов и расширение (создание новых) ниш для других.

Для жизни некоторых организмов необходимые условия, ограниченные узкими пределами. Такие организмы называются стеноекы. Другие, наоборот, приспосабливаются к более меняющимся условиям - евриекы. Экологическая валентность организма представляет его способность заселять различные среды. Можно сказать, что различные виды отличаются разной биологической стойкостью. Общий закон биологической устойчивости иллюстрируется рис. 2.3, а основные экологические законы приведены в Приложении 1.

Рис. 2.3.

С точки зрения трофической структуры (цепи питания) экосистема делится на два яруса: верхний автотрофный (самостоятельно питается) ярус, то есть растения, - здесь преобладает фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопления сложных органических соединений, и нижний гетеротрофный ярус (что питается другим), в котором преобладают растительноядные и хищники, трансформация и разложение сложных соединений.

В составе экосистемы выделяют следующие компоненты: неорганические вещества (С, ИМ, С02, Н20 и др.), Которые включаются в круговорот; органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т.п.); воздушное, водяное и субстрат НЕ (минеральный раствор) среда, включающая климатический режим и другие физические факторы; продуценты - автотрофные организмы, которые могут делать пищу из простых неорганических веществ; макроконсументы - в основном бактерии и грибки .

Сообщество может быть представлено в следующем составе: продуценты - консументы - редуценты. Понятие "сообщество" часто употребляется и в более узком смысле - говорят, например, растительное сообщество (фитоценоз).

Для функционирования любой экосистемы необходимы следующие компоненты: солнечная энергия, вода, элементы питания (основные абиотические неорганические и органические соединения), содержащиеся в почвах, донных осадках и воде, автотрофные и гетеротрофные организмы, образующие биотические пищевые цепи.

Живые и неживые части экосистем тесно переплетены между собой в едином комплексе, так что разделить их трудно.

Основной процесс в любом растительном сообществе, в том числе в агроценозах (искусственная экосистема для продуцирования растительной массы) - фотосинтез. Процесс фотосинтеза включая запасные части энергии солнечного света в виде потенциальной или "связанной" энергии пищи }