Географическая оболочка

Биосфера – оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и всю гидросферу. Термин «биосфера» был введён в биологии Ж.Б. Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Э.Зюссом в 1875 г., тогда как основы учения о биосфере, которые актуальны и в современной науке, были разработаны В.И.Вернадским.

Границы биосферы :

Верхняя граница в атмосфере: 15 – 20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов;

Нижняя граница в литосфере: 3,5 – 7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами;

Нижняя граница в гидросфере: 10 – 11 км. Она определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.

Биосфера состоит из живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов. Биотический компонент – это вся совокупность живых организмов (по Вернадскому – «живое вещество»). Абиотический компонент – сочетание энергии, воды, определенных химических элементов и других неорганических условий, в которых существуют живые организмы.

Основными факторами формирования биосферы являются живые организмы, вода, ветер. Обобщенными свойствами биосферы являются: присутствие живого вещества, наличие воды в жидком состоянии, аккумуляция энергии солнечных лучей.

Важной особенностью биосферы является то, что в ней осуществляется непрерывный круговорот вещества и энергии , в котором активнейшую роль играют организмы (продуценты, консументы, редуценты). Точное количество видов, обитающих в биосфере, не установлено. Согласно некоторым авторам их 10–15 млн. Точно установлено и описано примерно 2,5 млн. видов животных, 400 тыс. растений, 100 тыс. грибов.

В динамике биосферы различают малый (биологический) и большой (геологический) круговороты веществ. При этом круговорот вещества всегда сопряжен с круговоротом энергии.

Малый биологический круговорот происходит между организмами и почвой на суше. В гидросфере в малый круговорот веществ вовлекается значительная часть растворенных в воде солей и газов. Каждый биологический круговорот на суше и в океане не является уравновешенным и не представляет собой замкнутого круга. Это объясняется тем, что приход вещества в любом комплексе не равен его расходу, т.к. часть вещества выносится в другие природные комплексы, а другая часть вещества отлагается и консервируется в этом комплексе, выбывая из круговорота на длительное время.

Малые круговороты тесно связаны друг с другом и происходят на фоне большого геологического круговорота. В процессе большого круговорота происходит снос вещества с суши в океан речными потоками и воздушными массами, выход морских отложений на сушу в процессе повышения океанического дна и опускания участков суши.

Одной из особенностей биосферы является то, что только в ее пределах осуществляется процесс фотосинтеза . Это основной процесс, в результате которого синтезируются органические вещества – углеводы – из неорганических. Он осуществляется только на свету и зелеными растениями, содержащими хлорофилл.

Процесс фотосинтеза – цепь сложных реакций:

6СО 2 + 6Н 2 О + 674 000 кал = С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

В процессе фотосинтеза растения поглощают солнечную энергию и на некоторое время удерживают ее в биосфере. Консументы преобразуют органические вещества, получаемые ими от зеленых растений, вместе с этими веществами поглощают и энергию. В процессе деятельности редуцентов при разложении и минерализации мертвой органической материи энергия освобождается. Таким образом живые организмы осуществляют круговорот вещества и энергии.

Биосфера – сфера жизни, оболочка Земли, населенная живыми организмами. Область распространения живых организмов и определяет границы биосферы. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом, понимавшим ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности. Учение о биосфере разработал выдающийся отечественный ученый В.И. Вернадский.

За верхнюю границу биосферы принимаю слой озона (озоновый экран), находящийся на высоте 20–25 км. Нижняя граница биосферы проходит в литосфере. Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу, верхнюю часть земной коры и живое вещество. Живое вещество планеты представлено растениями, животными микроорганизмами и человеком. Считают, что зарождение жизни на Земле произошло свыше 3 млрд лет тому назад в мелководных водоемах в условиях теплого и влажного климата.

Жизнь на Земле в геологически обозримый период всегда существовала в фор­ме сложно организованных комплексов разнообразных организмов (биоценозов). Вместе с тем живые организмы и среда их обитания тесно связаны, взаимодействуют друг с другом, образуя целостные динамические системы – биогеоценозы. Питание, дыхание и размножение орга­низмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный кру­говорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция ато­мов химических элементов биогенных – их биогеохимические циклы. В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное число раз через живое вещество. Так, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 200 (300) лет, а вся вода Биосферы – за 2 млн лет.

Широкому распространению живых организмов на Земле помогала их способность приспосабливаться к самым разнообразным условиям среды, поразительно широкие физические пределы жизни живого вещества а также высокая потенциальная возможность к размножению. В настоящее время по составу в биосфере преобладают животные над растениями, а по массе вещества растения во много раз превышают массу животных. Подавляющая часть биомассы сосредоточена на суше: она превышает биомассу Океана в 1000 раз. Живые организмы распространены в биосфере крайне неравномерно. Наибольшая их концентрация наблюдается на поверхности суши (включая почву и приземные слои атмосферы), поверхностные слои Мирового океана, а также его дно в мелководной зоне. Масса живого вещества по сравнению с массой их геосфер весьма незначительна (0,01% массы всей биосферы). Однако роль живого вещества в биосфере огромна.

В атмосфере большинство организмов не поднимается выше нескольких сотен метров. В литосфере бактерии обнаружены на глубине более 2000 м. Особенно богата жизнью почва. На суше биомасса в целом увеличивается от полюсов к экватору, в этом же направлении возрастает количество видов растений и животных.

Результаты деятельности живых организмов сказались на всех оболочках Земли. Живые организмы в значительной мере определяют современный солевой состав вод океана, разрушают, ви­доизменяют и создают горные породы, а также некоторые фор­мы рельефа (коралловые острова). Почти весь кислород атмосфе­ры имеет биогенное происхождение, благодаря организмам уравновешивается приход и расход углекислого газа.

Растения – это организмы, создающие в процессе фотосинтеза из неорганического вещества органическое, которое животные используют для питания. В настоящее время в биосфере по видовому составу преобладают животные (1,5 млн) над растениями (около 500 тыс.) видов. Однако биомасса растений в 1000 раз превышает биомассу животных.

Животные составляют лишь небольшую часть биосферы нашей планеты; их масса не превышает 2% всего живого. Однако роль их в биосфере и географической оболочке Земли чрезвычайно велика: питаясь растениями и друг другом, животные участвуют в биологическом круговороте веществ и превращении энергии – основном процессе биосферы. Велика роль животных в образовании почвы, их разностороннем влиянии на жизнь растений, в жизни человека.

Значительную роль играют организмы в образовании почв.

Почва – верхний тонкий слой земной коры, обладающий плодородием – способностью обеспечивать растения необходимыми им питательными веществами и влагой. Это сложный органоминеральный комплекс, образующийся в результате взаимодействия факторов почвообразования: материнских горных пород, рельефа, климата, вод, растений и животных. В зависимости от сочетания этих факторов формируются разные почвы.

Образование того или иного типа почв зависит от поступления в почву органического вещества (в основном остатков растений) и увлажнения. По механическому составу (соотношению различных по величине минеральных частиц) почвы подразделяются на песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые. Размещение почв на Земле зависит прежде всего от климата. На равнинах наблюдается смена почв от полюсов к экватору:

Вмешательство человека в естественные процессы биосферы приводит к разнообразным последствиям. Так, человек создает новые сорта растений и пород животных, ускоряет эволюцию видов в природе, обогащает природные сообщества путем акклиматизации живых организмов, повышает плодородие почвы. Идет интенсивное использование природных ресур­сов. В настоящее время темпы потребления биоресурсов превышают скорость их восстановления, что ведет к уничтожению естествен­ной растительности и животного мира, ухудшению условий обита­ния живых организмов, разрушению почвы и т.д.

В то же время хозяйственная деятельность человека влияет и на животных. Влияние может быть прямым и косвенным, положительным и отрицательным, вызывать увеличение численности одних, сокращение других, полное вымирание третьих видов. Отрицательное воздействие принимает настолько крупные и все возрастающие масштабы, что требует безотлагательных мер охраны животных. Все редкие и исчезающие виды животных и растений заносятся в Международную Красную книгу, изданную в 1976 г.

В современном мире особое внимание уделяется также снижению уровня загрязнения биосферы в соответствии с документами конференции ООН по устойчивому развитию, которая состоялась в Рио-де-Жанейро в 1992 году.В зависимости от назначения охраняемые территории делят на заповедники, заказники, природные (национальные) парки, памятники природы.

Заповедник – особо охраняемый законом природный участок, целиком исключенный из хозяйственной деятельности для охраны и изучения типичных или уникальных природных комплексов.

Биосферный заповедник – строго охраняемый значительный природный участок, практически не испытывающий антропогенных воздействий. Это территория, на которой производится постоянное слежение (мониторинг) за всеми изменениями биогенных составляющих природы заповедника.

Заказники – это территории, где запрещены отдельные виды и формы хозяйственной деятельности (распашка, рубка леса, сенокошение, охота, рыболовство, туризм и др.). В пределах заказников под охраной находится не весь природный комплекс, а лишь отдельные его компоненты (виды животных, растений).

Национальные парки – обширные территории, на которых сочетается охрана живописных ландшафтов с интенсивным использованием их в целях туризма.

Памятники природы – уникальные, редкие и выдающиеся объекты как живой, так и неживой природы, в том числе связанные с какими-либо историческими событиями или лицами.

К природоохранным мероприятиям относится также разра­ботка методов разведения редких и исчезающих видов животных и растений и их переселение на охраняемые территории, новые места обитания, а также в зоопарки и ботанические сады.

В целом, охрана растительного и животного мира – это комплекс международных, государственных, региональных административно-хозяй­ственных и общественных мероприятий, направленных на сохранение популяционно-видового состава и поддержание численности видов растений и животных на уровне, обеспечивающем их существование.

Охрана и рациональное использование растительного и животного мира в Российской Федерации определяется конституцией РФ, федеральными законами, постановлениями и другими законодательными актами, Экологической доктриной Российской Федерации.

Компоненты географической оболочки и их взаимодействие.

Атмосфера, литосфера, гидросфера и биосфера - четыре оболочки земного шара находятся в сложном взаимодействии, взаимопроникают друг в друга. Все вместе они составляют географическую оболочку.

В географической оболочке 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.

Взаимодействие между геосферами Земли в пределах географической оболочки происходит в результате круговорота веществ (воды, углерода, кислорода, азота, углекислого газа и др.).

Все компоненты географической оболочки находятся в сложных взаимосвязях. Изменение одного компонента непременно вызывает изменение и других.

Ритмичность явлений в географической оболочке. Географическая оболочка Земли постоянно изменяется, усложняются взаимосвязи между ее отдельными компонентами. Эти изменения происходят во времени и в 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 ритм (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.

Зональность и секторность географической оболочки.

Важнейшая структурная особенность географической оболочки - ее зональность. 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.

Зональность лучше выражена на обширных равнинах. Однако границы географических зон редко совпадают с параллелями. Дело в том, что на распределение зон оказывают влияние многие другие природные факторы (например, рельеф). В пределах зоны могут наблюдаться значительные различия. Это объясняется тем, что зональные процессы накладываются на азональные, обусловленные внутренними факторами, не подчиненными законам зональности (рельеф, распределение суши и воды).

Самые крупные зональные подразделения географической оболочки - географические пояса, их выделяют по радиационному балансу (приходу-расходу солнечной радиации) и характеру общей циркуляции атмосферы. На Земле существуют следующие географические пояса: экваториальный, субэкваториальные (северный и южный), тропические (северный и южный), субтропические (северный и южный), умеренные (северный и южный), субполярные (субарктический и субантарктический), полярные (арктический и антарктический).

Географические пояса не имеют правильной кольцевой формы, они расширяются, сужаются, изгибаются под воздействием материков и океанов, морских течений, горных систем.

На материках и океанах географические пояса качественно отличны. На океанах они хорошо выражены на глубинах до 150 м, слабо - до глубины 2000 м.

Под влиянием океанов на материках внутри географических поясов образуются долготные секторы (в поясах умеренных, субтропических и тропических), приокеанические и континентальные.

На равнинах в пределах географических поясов выделяют природные зоны (рис. 45). В континентальном секторе умеренного пояса в пределах Восточно-Европейской равнины это зоны лесов, лесостепей, степей, полупустынь, пустынь. Природными зонами называют подразделения земной поверхности, характеризующиеся сходными почвенно-растительными и климатическими условиями. Основной фактор формирования почвенно-растительного покрова - соотношение температур и увлажнения.

Рис. 45. Основные биозоны Земли

Вертикальная поясность. По вертикали природные компоненты изменяются иными темпами, чем по горизонтали. При подъеме вверх в горах изменяются количество атмосферных осадков и световой режим. Эти же явления по-иному выражены на равнине. Разная экспозиция склонов - причина неодинакового распределения температуры, увлажнения, почвенно-растительного покрова. Причины широтной зональности и вертикальной поясности различны: зональность зависит от угла падения солнечных лучей и соотношения тепла и влаги; вертикальная поясность - от понижения температуры с высотой и степени увлажнения.

Почти каждая горная страна на Земле имеет свои особенности вертикальной поясности. Во многих горных странах пояс горной тундры выпадает и замещается поясом горных лугов.

Рис. 46. Изменение растительности в зависимости от широты и высоты местности

Высотная поясность начинается с зоны, расположенной у подошвы горы (рис. 46). Важнейшим фактором в распределении высоты поясов является степень увлажнения.

| |
§ 40. Круговорот веществ и энергии в биосфере § 42. Природные зоны россии

До появления жизни на Земле внешнюю, единую оболочку ее составляли три взаимосвязанные оболочки: литосфера, атмосфера и гидросфера. С появлением живых организмов - биосферы, эта внешняя оболочка значительно изменилась. Изменились и все ее составные части - компоненты. Оболочка, Земли, в пределах которой взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют нижние слои атмосферы, верхние части литосферы, вся гидросфера и биосфера, называется географической (земной) оболочкой. Все компоненты географической оболочки существуют не изолированно, они взаимодействуют друг с другом. Так, вода и воздух, проникая по трещинам и порам вглубь горных пород, участвуют в процессах выветривания, изменяют их и в то же время меняются сами. Реки и подземные воды, перемещая минеральные вещества, участвуют в изменении рельефа. Частицы горных пород высоко поднимаются в атмосферу при извержении вулканов, сильных ветрах. Много солей содержится в гидросфере. Вода и минеральные вещества входят в состав всех живых организмов. Живые организмы, отмирая, образуют огромные толщи горных пород. Верхнюю и нижнюю границы географической оболочки разные ученые проводят по-разному. Резких границ она не имеет. Многие ученые считают, что ее мощность составляет в среднем 55 км. По сравнению с размерами Земли это тонкая пленка.

В результате взаимодействия компонентов географическая оболочка обладает присущими только ей свойствами.

Только здесь присутствуют вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии, что имеет огромное значение для всех процессов, происходящих в географической оболочке, и прежде всего для возникновения жизни. Только здесь у твердой поверхности Земли возникла сначала жизнь, а затем появились человек и человеческое общество, для существования и развития которого имеются все условия: воздух, вода, горные породы и полезные ископаемые, солнечное тепло и свет, почвы, растительность, бактериальный и животный мир.

Все процессы в географической оболочке происходят под воздействием солнечной энергии и в меньшей степени внутренних земных источников энергии. Изменение солнечной активности сказывается на всех процессах географической оболочки. Так, например, в период повышения солнечной активности увеличиваются магнитные бури, изменяется скорость роста растений, размножения и миграции насекомых, ухудшается состояние здоровья людей, особенно детей и пожилых. Связь между ритмами солнечной активности и живыми организмами показал русский биофизик Александр Леонидович Чижевский еще в 20-30-х гг. ХХ в.

Географическую оболочку иногда называют природной средой или просто природой, имея в виду главным образом природу в границах географической оболочки.

Все компоненты географической оболочки связаны в единое целое посредством круговорота веществ и энергии, благодаря которому осуществляется обмен веществ между оболочками. Круговорот веществ и энергии - это важнейший механизм природных процессов географической оболочки. Существуют различные круговороты веществ и энергии: воздушные круговороты в атмосфере, земной коре, круговороты воды и др. Для географической оболочки большое значение имеет круговорот воды, который осуществляется благодаря движению воздушных масс. Вода, одно из наиболее удивительных веществ природы, отличающееся большой подвижностью. Способность переходить из жидкого в твердое или газообразное состояние при незначительных изменениях температуры позволяет воде ускорять различные природные процессы. Без воды не может быть и жизни. Вода, находясь в круговороте, вступает в тесные взаимодействия с другими компонентами, связывает их между собой и является важным фактором формирования географической оболочки.

Огромная роль в жизни географической оболочки принадлежит биологическому круговороту. В зеленых растениях, как известно, на свету из углекислого газа и воды образуются органические вещества, которые служат пищей для животных. Животные и растения после отмирания разлагаются бактериями и грибами до минеральных веществ, которые затем вновь поглощаются зелеными растениями. Одни и те же элементы многократно образуют органические вещества живых организмов и многократно снова переходят в минеральное состояние.

Ведущая роль во всех круговоротах принадлежит круговороту воздуха в тропосфере, который включает всю систему ветров и вертикальное движение воздуха. Движение воздуха в тропосфере втягивает в глобальный круговорот и гидросферу, образуя мировой круговорот воды. От него зависит и интенсивность других круговоротов. Наиболее активно круговороты происходят в экваториальном и субэкваториальном поясах. А в полярных областях наоборот, они протекают особенно медленно. Все круговороты взаимосвязаны между собой.

Каждый последующий круговорот отличается от предыдущих. Он не образует замкнутого круга. Растения, например, берут из почвы питательные вещества, а отмирая, отдают их значительно больше, так как органическая масса растений создается в основном за счет углекислого газа атмосферы, а не за счет веществ, поступающих из почвы. Благодаря круговоротам происходит развитие всех компонентов природы и географической оболочки в целом.

Что делает нашу планету неповторимой? Жизнь! Трудно представить себе нашу планету без растений и животных. В самых разнообразных формах она пронизывает не только водную и воздушную стихии, но и верхние слои земной коры. Возникновение биосферы является принципиально важным этапом развития географической оболочки и всей Земли как планеты. Главная роль живых организмов - обеспечение развития всех жизненных процессов, в основе которых лежит солнечная энергия и биологический круговорот веществ и энергии. Жизненные процессы состоят из трех главных этапов: создания в результате фотосинтеза органического вещества первичной продукции; превращения первичной (растительной) продукции во вторичную (животную); разрушения первичной и вторичной биологической продукции бактериями, грибами. Без этих процессов жизнь невозможна. Живые организмы включают: растения, животные, бактерии и грибы. Каждая группа (царство) живых организмов выполняет определенную роль в развитии природы.

Жизнь на нашей планете возникла 3 млрд. лет назад. Все организмы в течение миллиардов лет развивались, расселялись, изменялись в процессе развития и в свою очередь воздействовали на природу Земли - среду своего обитания.

Под влиянием живых организмов в воздухе стало больше кислорода и уменьшилось содержание углекислого газа. Зеленые растения - основной источник атмосферного кислорода. Другим стал состав Мирового океана. В литосфере появились горные породы органического происхождения. Залежи угля и нефти, большинство отложений известняков - результат деятельности живых организмов. Результатом деятельности живых организмов является также образование почв, благодаря плодородию которых возможна жизнь растений. Таким образом, живые организмы являются мощным фактором преобразования и развития географической оболочки. Гениальный русский ученый В. И. Вернадский считал живые организмы самой могущественной по своим конечным результатам силой на земной поверхности, преобразующей природу.