Биосфера. Круговорот веществ

Круговорот веществКруговоротом веществ называют постоянный обмен веществ между оболочками земного шара. С появлением на планете живых организмов пути перемещения веществ, которые определялись действием абиотических факторов, существенно изменились. Перемещение отдельных химических элементов зависит прежде всего от действия физических факторов, таких как разница температур и освещения, перепады давления и тому подобное. Они предопределяют геологический круговорот. Однако появление живых организмов изменила направления миграции химических элементов.

Скорость биохимических реакций в тысяче раз преобладает скорость химических превращений в неорганическом мире. Поэтому "живое вещество" (за В. И. Вернадским) стала самодостаточным системотворящим фактором на планете. Учитывая это обстоятельство, следует выделять биогенный круговорот веществ, вызываемый жизнедеятельностью организмов, популяций и экосистем. Различают малый круговорот, который стабилизирует биосферу на протяжении времени существования отдельных экосистем, и большой круговорот, который осуществляется на протяжении нескольких геологических периодов и при этом касается глубинных слоев твердой оболочки Земли.

Земная кора в поверхностных слоях содержит преимущественно соединения алюминия и кремния, а в химическом составе живых организмов преобладают углерод, кислород, водород и азот. Эти и некоторые другие химические элементы называют биогенными элементами. Биохимическая активность живых организмов приводит к специфическому перемещение таких элементов, которое приобретает циклических форм. На протяжении своего существования растение или животное поглощает определенное количество питательных веществ и превращает их для собственных потребностей. Именно качественные отличия в химическом составе между неживой природой и живыми организмами повлекли к глобальному перераспределению химических элементов в земной коре. Круговорот веществ в биосфере организован в форме биогеохимических циклов.

Биогеохимические циклы - это совокупность циклических процессов обмена веществ и энергии между отдельными компонентами биосферы, предопределенная жизнедеятельностью организмов. Этот срок введен В. И. Вернадским, который разработал теоретические основы учения о биогенную миграцию химических элементов. Совокупность биогеохимических циклов составляет динамическую основу существование жизни на Земле. Движущей силой биогеохимических циклов есть солнечная энергия, фотосинтез и метаболизм.

Важнейшим свойством данных циклов есть их открытость (незамкнутость). Это значит, что не все вещество, аккумулированное в ходе обменных процессов, возвращается в неорганический мир в предыдущем месте и форме. Определенная часть вещества переходит в другие циклы благодаря существованию абиотично предопределенных перемещений (течение воды, пыли бы линь. Определенная часть кислорода превратилась в озон под действием солнечного света. Весь свободный кислород атмосферы прошел биологический круговорот за время существования биосферы не менее как 1 млн раз.

Круговорот углерода. В нем участвуют лишь органические соединения и двуокись углерода. Ежегодно растениями ассимилируется около 105 ? ??12 ? углерода, а в ходе дыхания возвращается в окружающее среда почти треть этого количества. Если сравнить содержание углерода в оболочках Земли с интенсивностью его обмену живыми организмами, то окажется, что длительность круговорота этого вещества представляет 300^400 годы. Вследствие сжигания человеком нефти и каменного угля количество С02 в атмосфере ежегодно растет. Ученые еще не имеют единодушной мысли о том, как этот процесс обозначится на общем положении биосферы. Самой распространенной является гипотеза глобального потепления, которое может повлечь уменьшение массы полярного льда, из-за чего повысится общий уровень Мирового океана и насыщенность атмосферы влагой. Предусматривают также смягчение климата в полярных регионах, усиление ветра и изменения в проявлениях некоторых других климатических явлений. Безусловно, если такие события будут происходить быстрыми темпами, то медицина появится перед серьезными проблемами изменения подходов к диагностике и лечение многих болезней.

Двуокись углерода не только поглощается под время фотосинтезу, но и растворяется в воде. Получаемые в ряде химических превращений карбонаты (преимущественно труднорастворимые), постепенно накапливаются в осадочных породах и удаляются из круговорота.

К тому количеству, С02, которая выделяется организмами во время дыхания, ежегодно добавляется еще 5-7 % от сжигания разных видов топлива. Оценки прироста количества С02 в воздухе указывают на то, что парниковый эффект может стать субъективно ощутимым уже на протяжении XXI ст. Сущность парникового эффекта заключается в том, что двуокись углерода удерживает тепло земной атмосферы. Тропический биом (влажные тропики). Этот биом занимает только 5 % территории планеты, давая при этом около 28 % продукции наземных экосистем. Этому биому свойственная наивысшая биопроизводительность, наибольшая видовое разнообразие и самая сложная внутренняя структура. Очень четко прослеживается ярусность тропических биомов. Виды, которые населяют верхние ярусы, никогда не спускаются на почву, а в нижние ярусы никогда не проходят солнечные лучи. В этом биоме закономерно формируются многочисленные популяции с небольшой количеством членов. Географически влажные тропики занимают приэкваториальные положение. Здесь отсутствует изменение времен года, а биоритмы организмов чаще связанные с изменением влажных и сухих периодов. Основные лимитирующие факторы этого биому - светло и почве ресурсы.

Горный тропический биом резко контрастирует за биомассой с биомом влажных тропиков. Относительная бедность горного тропического биому повязана с тем, что шарь почве здесь очень тонкий, а процессы почвообразования тормозятся высокой скоростью использования детриту. Лимитирующими факторами биому являются температура и грунтовые ресурсы.

Пустынный (пустыней считают территорию, на какой выпадает не больше 20 см осадков на год). Этот тип биомов имеет самую низкую общую биомассу и отмечается наибольшей амплитудой колебания прироста биомассы. Это становится заметно в случаях, когда в пустынях выпадают дожди. В эти короткие промежутки времени отдельные растения и животные успевают пройти полный цикл развития, тем временем как на протяжении длительных безводных периодов прироста биомассы нет.

В пустынях значительно больше биомассы сосредоточена в почве, чем на его поверхности, которая также объясняется строгим водным режимом пустынь (это единственный лимитирующий фактор данного биому). Например, в пустыне Калахари дожди не выпадают годами, а местные растения и животные приспособились использовать влагу, которая конденсируется утром во время суточного перепаду температуры. Степи (прерии). Биом этого типа узкой полосой протягивается вдоль Евразийского континента от Центральной Европы в Монголию (степи). Формируется биом в условиях засушливого лета и холодной зимы. В Северносовременных США. В южном полушарии степной биом представлен спорадически на территории Аргентины, ряду африканских стран, на юге Австралии и в Новой Зеландии. Биом этого типа больше всего потерпел от антропогенного влияния. Условия функционирования биоценоза степных биомов такие, что в результате образуются плодородные почвы. Именно благодаря этому степи давно распаханы во всех доступных регионах.

Горный биом умеренных зон. Этот биом отмечается резким перепадом суточных температур, небольшим количеством физиологически доступной растениям воды, наличием определенной части адвентивной биомассы. Автотрофный компонент биому включает горные луга и хвойное криволесья. В Украине встречается только в высокогорье Карпат.

Хвойные леса умеренных зон (тайга). Для этого биому характерное абсолютное преобладание биомассы автотрофа над биомассой гетеротрофов. Это один из самых стабильных за видовым составом биомов, ему свойственное оптимальное и наиболее постоянное обеспечение водой. Например, в Сибири тысячи квадратных километров, занятых биомом этого типа, покрытые фитоценозами очень близкого видового состава. В Украине такого биому нет.

Тундра. Занимает околополярные регионы северной и южной полушарий в условиях экстремального колебания длительности дня и ночи, перепадов температур в течение года. Для биомов этого типа характерный самый низкий прирост биомассы и очень низкая видовая разнообразие. Для животных, которые постоянно водятся в тундре, характерная способность к анабиозу. В тундру на период гнездования мигрирует огромное количество птиц.