Тема 4: Биосфера

Состав и границы биосферы. Биосфера, по теории Вернадского, «не состоит только из пространства жизни», а представляет собой сложную природную систему. Это состоит из:
- из живого вещества, то есть бесчисленных живых организмов;
- из биогенных веществ (угля, известняка, битума и др.), образующихся и перерабатываемых в результате жизнедеятельности;
- основные вещества, в образовании которых жизнедеятельность не участвует - эндогенные горные породы, полезные газы;
- биовещества, в образовании которых принимали участие как живые организмы, так и процессы неживого организма - из всех природных вод, тропосферы, разлагающейся кожи;
- радиоактивные элементы, выходящие из недр Земли;
- вещества из космоса.
Верхним пределом, до которого может распространяться жизнь, является стратосферный озоновый слой. На практике жизнь не распространилась выше тропосферы. В океанах, как мы видели выше, живут животные, а вся гидросфера входит в состав биосферы. Часть земной коры, где живые организмы играют активную роль в ее развитии, входит в состав биосферы.
Таким образом, биосфера состоит из тропосферы, верхней части земли, где существует жизнь над землей (почва, флора, фауна), гидросферы и литосферы.
Биосфера является природной системой.Природа представляет собой бесконечное множество взаимосвязанных систем, при этом эти системы качественно отличаются друг от друга.
К системам в географической коре относятся растительный или животный организм, река, озеро, ландшафт, та же часть леса, лесная зона, горная или равнинная страна, материк, географическая кора Земли, вся Земля, Солнечная система, Галактика являются примерами.
В природе выделяют стадии различного строения, такие как атомы, молекулы, макроскопические структуры и др. География изучает структуры на макроскопическом уровне. В макроскопической стадийной структуре природных систем много стадий. Можно выделить как минимум три стадии. Природа изучается на этих уровнях: 1) специальные географические науки, 2) общие знания о Земле и 3) страноведение.
Каждая система на определенном структурном этапе образует часть более крупной системы вместе с другими системами этого этапа и является ее частью. Эта большая система образует целое по отношению к меньшим системам, входящим в нее, и сама является частью большей системы. Каждая система, являющаяся частью целого, является в известной мере самостоятельной системой и в то же время подчиненной целому. Каждая часть может существовать как единое целое только в том случае, если она выполняет определенную задачу. Целое существует только тогда, когда его части связаны между собой.
Взаимодействие — важнейшее свойство всей природы, его следует изучать на разных стадиях строения или на разных стадиях взаимодействия.
Примером взаимодействия частей целого является фитоценоз, то есть группа растений - совокупность растений, произрастающих на территории с одинаковыми условиями. Каждый фитоценоз имеет свой состав, свою структуру, свои взаимодействия растений с окружающей средой.
Фитоценоз, являющийся одной из систем, взаимодействует с другими системами, то есть животным миром, атмосферой (климатом), почвами, породами земной коры, подземными и поверхностными водами, составляющими зооценоз. В результате создается более сложная система - биогеоценоз. Части биогеотценоза — растения, животные, горные породы, атмосфера, почвы, воды — называются компонентами. Изменение одного из этих компонентов приводит к изменению всей системы. Например, при осушении водно-болотного угодья меняется не только его водный режим, но и почва, растительность, микроклимат, животный мир - меняется весь биогеоценоз. Изменение этого же компонента приведет к изменению биоценозов.
Любая природная система — ни фитоценоз, ни зооценоз, ни биогеоценоз — не состоит из вполне устойчивого и неизменного сочетания компонентов. Они развиваются спонтанно. Биогеоценозы изменяются быстрее в результате влияния других внешних по отношению к ним систем. Обычно эти затронутые системы являются системами более глубокого уровня, которые включают эту систему. Например, когда большая часть литосферы поднимается, реки врезаются в землю, улучшается сток поверхностных и подземных вод, уходит влага земли, изменяется бергеоценоз. При изменении климата Земли меняется вся природная среда, перестраиваются все ценозы. В этом случае происходит развитие более высокой системы - географической страны, континента или природной зоны.
В рамках системы все ее части - компоненты имеют равные права и равную ценность. Чем больше разница в фазе систем, тем больше разница в их влиянии друг на друга. Например, атмосфера, являющаяся системой более высокого уровня, оказывает большее влияние на биогеоценоз, чем влияние биогеоценоза на атмосферу. Но малая часть не только находится под влиянием большого целого, но и взаимодействует с ним. Каждое дерево не только находится под влиянием леса, но вместе и взаимодействует со всеми деревьями, образуя лес.
Понятие экосистемы можно применять к объектам разной сложности и размера. Например, можно показать пруд, озерную экосистему вместе с прибрежной растительностью или водную экосистему. Лес – это тоже экосистема, и в его границах можно выделить разные типы почв, гниющие кучи, русла и другие экосистемы. Экосистемы часто рассматриваются как живые организмы и неживые компоненты окружающей их среды.
Основные компоненты экосистем многочисленны и разнообразны, но типичная экосистема состоит из четырех основных компонентов. Первая из них – это абиотическая или неживая часть системы. Это физическая среда, в которой живут растения и животные. В водной экосистеме (например, в пруду) к абиотической составляющей относятся неорганические вещества, такие как кальций, минеральные соли, кислород, углекислый газ, вода. Некоторые из них растворены в воде, но большая их часть лежит на дне воды в виде отложений — это естественный запас питательных веществ для растений и животных. В наземных экосистемах абиотический компонент обеспечивает жизненно важные элементы и соединения в почве, грунтовых водах и атмосфере.
Второй, важный компонент экосистемы составляют первичные продуценты или автотрофы (от греч. autos — само, тропе — пища, питание). Растения являются наиболее важными автотрофами и имеют большое значение для всей жизни на Земле из-за их способности использовать энергию солнечного света для преобразования воды и углекислого газа в органические молекулы в процессе фотосинтеза. Это служит источником пищи для других форм жизни. Следует отметить, что некоторые бактерии также способны к фотосинтезу и относятся к автотрофам наряду с растениями.
Третий компонент большинства экосистем состоит из консументов, или гетеротрофов (имеется в виду тех, кто питается другими). Это организмы, которые питаются растениями или другими животными. Гетеротрофы классифицируются на основе их пищевых привычек. Травоядные едят только живые растения; плотоядные едят других животных; в то время как всеядные питаются растениями и животными. Сами животные вносят значительный вклад в экосистему Земли, частью которой они являются. Они используют кислород для дыхания и возвращают в атмосферу углекислый газ, необходимый для фотосинтеза растений. Они могут влиять на развитие почвы посредством раскопок и работ по уплотнению, а через это, в свою очередь, на местное распространение растений.
Растений, животных и воздействий окружающей среды недостаточно для функционирования экосистем. Без четвертого компонента экосистем, восстановителей, рост растений вскоре прекратился бы. Редуценты или детритофаги питаются отмершими продуктами растительного и животного происхождения и промышленными отходами. Они расщепляют минеральные питательные вещества до пригодных для растений форм и возвращают их в почву и море.
Рассматривая автотрофов и гетеротрофов, можно сказать, что существует определенная структура основных компонентов экосистемы. Компоненты образуют последовательность в своих пищевых уровнях: травоядные едят растения, плотоядные могут есть травоядных или других плотоядных, редуценты едят мертвые растения и животных, и их можно кормить отходами переработки. Состав пищи в экосистеме называется трофической структурой, а последовательность уровней в структуре питания называется пищевой цепью. Простейшая пищевая цепь включает только растения и восстановители. Любая цепочка обычно содержит минимум четыре qdams. Например, трава (трава) – полевая мышь – укки – гриб (растения – травоядные – плотоядные – редуценты).
Наиболее сложные пищевые цепи могут включать шесть и более уровней (хищники питаются другими хищниками). Например, зоопланктон поедает растения, мелкая рыба поедает зоопланктон, более крупная рыба поедает мелкую рыбу, медведи поедают крупную рыбу, а после смерти медведя ею питаются редуценты.
Внутри пищевой цепи организмы часто имеют одинаковую трофическую структуру или количество ступеней, которые они проходят из пищевой цепи (таблица). Растения занимают первый трофический уровень, травоядные — второй, плотоядные — третий и так далее до последнего уровня, наконец, редуценты.[3].


Стол