Характеристика географічної оболонки землі (біосфери)

В основі біогенної міграції атомів в біосфері лежать два біохімічних принципу:

1. прагнути до максимального прояву життя по всюди.

2. забезпечити виживання організмів для збільшення самої біогенної міграції.

За В.І. Вернадського біосфера включає:

1. жива речовина планети - все кількість живих організмів планети як єдине ціле.

2. біогенна речовина. до якого відносяться: гази атмосфери, кам'яне вугілля, нафта, вапняки та інше, тобто те, що створюється і переробляється в процесі життєдіяльності живої речовини.

3. відсталу речовину, яка утворюється без участі живого речовин. Це продукти тектонічної діяльності, метеорити.

4. биокосное речовина. утворюється в результаті спільної діяльності організмів і абіогенним процесів (грунт).

5. радіоактивну речовину,

6. речовина космічного походження. метеорити тощо.

7. розсіяні атоми.

Вся маса «живої речовини» Землі становить її біомасу і становить 5% від усієї її маси. Вона відіграє провідну роль в біохімічних процесах.

Хімічний склад живого речовини підтверджує єдність природи, так як він складається з тих же елементів, що і нежива природа, тільки співвідношення цих елементів різне і будова молекул інше.

Діяльність живих організмів обумовлює хімічний склад атмосфери, гідросфери, формування грунтового покриву літосфери.

З урахуванням даних сучасної науки і основ вчення В.І.Вернадського про біосферу виділяють п'ять основних функцій біосфери і живої речовини:

1. Енергетична - виконується в основному рослинами. В основі цієї функції лежить процес фотосинтезу, тобто акумулювання рослинами сонячної енергії і подальше її перерозподіл між іншими компонентами біосфери. Частина енергії накопичується в відмерлої органіки, утворюючи поклади біогенного речовини (торф, вугілля, нафта), а частина розсіюється в просторі у вигляді тепла.

2. Газова - забезпечує газовий склад біосфери в процесах міграції і перетворення газів, велика частина яких має биогенное походження.

3. Концентраційна - полягає у виборчому витягу і накопиченні живими організмами біогенних елементів ОС, обумовлюючи більшу різницю в складі живого і відсталого речовини планети. В результаті цієї діяльності утворюються поклади горючих копалин, вапняки, рудні родовища і т.п.

4. Деструктивна - обумовлює процеси, пов'язані з розкладанням мертвої органіки, з хімічним руйнуванням гірських порід і залученням утворилися речовин в біотичний кругообіг. В результаті цього утворюються біокосні і біогенні речовини, відбувається мінералізація органіки, тобто перетворення її в відсталу речовину. Основний механізм цієї функції пов'язаний з кругообігом речовин.

5. Средообразующая - полягає в трансформації хімічних параметрів середовища в умови, сприятливі для існування організмів.

Межі біосфери не залишаються застиглими: виходи в космос, проникнення в глибини Землі.

Будь-яка екосистема складається з двох основних елементів:

1. Біотопи або екотопи (місця життя) - однорідні ділянки суші або води, заселені живими організмами.

2. Биоценоз (биом) - історично склалося співтовариство організмів різних видів, що населяють біотоп.

Біогеоценоз (екосистема) - це стійка динамічна система, утворена спільнотою організмів біоценозу і навколишнього їх неживої природи. Т е біогеоценоз - це сукупність биома і біотопу.

У складі біотопу виділяють наступні абіотичні (неживі) компоненти:

- неорганічні речовини і хімічні елементи, які беруть участь в обміні речовин між живою і мертвою матерією (діоксид вуглецю, вода, кальцій, магній, калій, натрій, залізо, азот, фосфор, сірка, хлор і ін.);

- органічні речовини, що зв'язують абиотическую і биотическую частини екосистем (вуглеводи, жири, амінокислоти, білки, гумінові речовини і ін);

- повітряна, водна або тверда середовище проживання;

- кліматичний режим і ін.

До складу біоценозу входять біотичні (живі) компоненти, які складаються з трьох функціональних груп організмів (рис. 2).

Біотичні компоненти екосистеми

Мал. 2. Біотичні компоненти екосистем

Перша група організмів - продуценти або автотрофні організми - створюють органічну речовину з простих неорганічних речовин з використанням енергії світла (фотоавтотрофи) або енергії хімічних зв'язків (хемотрофи).

Фотоавтотрофи використовують як джерело енергії сонячне світло, а в якості поживного матеріалу - неорганічні речовини, в основному вуглекислий газ і воду. До цієї групи організмів відносяться всі зелені рослини і деякі бактерії.

Хемоавтотрофи використовують енергію, що виділяється при хімічних реакціях. До цієї групи належать, наприклад, нитрифицирующие бактерії, що окислюють аміак до азотистої і потім азотної кислоти.

Хімічна енергія, що виділилася при цих реакціях, використовується бактеріями для відновлення вуглекислого газу до вуглеводів.

Друга група організмів - консументи першого, другого, третього порядків або гетеротрофні організми - споживають готове органічна речовина, але не доводять його до розкладання до простих мінеральних складових (тварини, частина мікроорганізмів, паразитичні рослини). Ці організми використовують органічні речовини, які створили продуценти, як джерело і живильного матеріалу і енергії. Вони діляться на фаготрофи і сапротрофов.

Фаготрофи харчуються безпосередньо рослинними або тваринними організмами. До них відносяться в основному великі тварини - макроконсументи. Сапротрофи використовують для харчування органічні речовини мертвих залишків.

Третя група організмів - редуценти або деструктори - руйнують складні сполуки мертвої органіки, поглинають деякі продукти розкладання і вивільняють неорганічні поживні речовини, придатні для використання продуцентами, а також органічні речовини, здатні служити джерелом енергії для інших біотичних компонентів екосистеми. До редуцентам відносяться головним чином мікроскопічні організми (бактерії, гриби і ін.) - мікроконсументи.

Кожна група організмів являє собою трофічний (харчовий) рівень або ланка. Взаємопов'язаний ряд трофічних рівнів представляє ланцюг харчування або трофічну ланцюг. Головне властивість ланцюга харчування - здійснення біологічного кругообігу речовин і вивільнення запасеної в органічній речовині енергії.

Всі елементи екосистеми тісно пов'язані між собою:

1. єдністю території, загальним потоком енергії (від Сонця до автотрофам, а від них

2. обміном біогенних хімічних елементів,

3. сезонними коливаннями кліматичних умов,

4. взаємної пристосованістю видів всіх рівнів організації.

Рис 3. Схема біогеоценозу.

Рис 4. Спектр рівнів біологічної організації.

Кожен біоценоз складається з безлічі видів.

Вид - природна біологічна одиниця, всіх членів якої пов'язує воєдино участь в загальному генофонді. Але види входять в біоценоз не окремими особинами (найменша неподільна одиниця біологічного виду, підвладна дії факторів еволюції), а популяціями.

Популяція - сукупність особин одного виду, які тривалий час займає певний простір, що відтворює себе протягом великої кількості поколінь і здатна до саморегулювання. Таким чином, кожен вид в межах займаної території (ареалу) розпадається на популяції, розміри яких різні. В такому випадку можна сказати, що біоценоз - це сума взаємопов'язаних між собою і з умовами середовища популяцій різних видів.

Екосистеми подібно організмам і популяціям здатні до саморегулювання, протистоячи змін і зберігаючи стан стійкої рівноваги. Це властивість екосистем називається гомеостазом. Але для того, щоб ці механізми нормально функціонували, необхідний період еволюційного пристосування до умов середовища, який називається адаптацією.

Основними властивостями екосистеми є:

- здатність здійснювати круговорот речовин;

- протистояти зовнішнім впливам;

- виробляти біологічну продукцію.

Екосистеми дуже різні за розмірами. Всю біосферу можна розглядати як сукупність екосистем від глибокого океану до високого лісу. Класифікуючи екосистеми таким чином можна виділити:

- мікроекосистеми - невелика водойма; труп тварини з населяють його організмами; стовбур дерева в стадії розкладання; акваріум, навіть калюжа або крапля води, поки вони існують і вних присутні живі організми, здатні здійснювати круговорот речовин;

- мезоекосістеми - ліс, ставок, річка і т.п.

- макроекосистеми - океан, континент, природна зона і т.п.

- глобальна екосистема - біосфера в цілому.

Таким чином більші екосистеми включають в себе екосистеми меншого рангу.

Існує таке поняття як видова структура екосистеми, під яким розуміється кількість видів, що утворюють екосистему і співвідношення їх чисельності. Видове різноманіття зазвичай тим значніше, чим багатша умови (біотоп) екосистеми. В цьому відношенні найбагатшими за видовим розмаїттям є екосистеми дощових тропічних лісів.

Різноманітність видів залежить також від віку екосистеми. Молоді екосистеми вкрай бідні видами, тому що виникають на початку безжиттєвому субстраті (відвали порід при видобутку корисних копалин).

В добре сформованих екосистемах переважають 1, 2 або 3 види, які називаються домінантними (пануючими). Поряд з домінантами в екосистемах виділяють види - едифікатори. До них відносять ті види, які є основними образователями середовища.

Кожен вид або його частини (популяція, угрупування) займають певне місце в навколишньому середовищі, тобто екологічну нішу.

Прокаріоти - найдавніші організми в історії Землі - бактерії, водорості.

Еукаріоти - всі інші організми Землі.

Трофічні взаємовідносини організмів - харчові відносини організмів, що регулюють всю енергетику біотичних угруповань і всієї екосистеми в цілому.

Біота - сукупність флори і фауни

Всі організми живуть в природному середовищі, або ОС, яка є сукупністю елементів, здатних чинити прямий або непрямий вплив на організми.

Екологічні фактори - це елементи ОС, які впливають на живі організми.

1. абіотичні фактори - це температура, світло. вологість, опади, атмосферний тиск, радіаційний фон, хімічний склад атмосфери, води, грунту тощо.

2. Біотичні фактори - це живі організми (бактерії гриби, рослини, тварини), що вступають у взаємодію з даним організмом.

3. Антропогенні фактори - особливості середовища, обумовлені трудовою діяльністю людини. Мають позитивні і негативні сторони:

- Негативні - забруднення повітря, води, поверхні землі і виснаження її ресурсів.

- Позитивні - запобігання всього цього в рамках біосфери.

Ноосфера - перетворюються людиною біосфера.

Біогенний ток атомів був би неможливий без наявності грунтів.

Грунти - це найважливіший компонент біосфери, який на ряду зі Світовим океаном робить вирішальний вплив на всю глобальну екосистему в цілому.

Саме грунту забезпечують харчування біогенними речовинами рослини, які годують весь світ гетеротрофов.

Родючість ґрунтів залежить від наявність гумусу, а його накопичення, як і потужність грунтових горизонтів, залежить від кліматичних умов і рельєфу місцевості.

Найбільш багаті гумусом степові грунти, де гуміфікація йде швидко, а мінералізація повільно.

Найменш багаті гумусу лісові грунти, де мінералізація по швидкості випереджає гуміфікацію.

Під типом грунтів розуміється велика група ґрунтів, що формується в однорідних умовах і характеризується певним ґрунтовим профілем і спрямованістю грунтоутворення.

2. підзолисті, чорноземи,

Закон цілісності біосфери: біогенний ток атомів між компонентами біосфери пов'язує їх в єдину матеріальну систему, в якій зміна навіть одного вена тягне за собою поєднане зміна всіх інших. Отже, цілісність біосфери обумовлена ​​безперервним обмінів речовини і енергії між її складовими частинами.

Цілісність біосфери передбачає цілісність ландшафтної оболонки і навпаки.