Составные элементы и функциональная роль атмосферы в биогеоценозе

КОСНЫЕ КОМПОНЕНТЫ БИОГЕОЦЕНОЗА, ИХ СОСТАВ

И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ В БИОГЕОЦЕНОЗЕ

В качестве косных компонентов биогеоценоза В.Н. Сукачев, как известно, называл эдафотоп, включающий в свой состав почву и почвенно-грунтовые воды на определенную глубину, и климатоп в составе таких атмосферных явлений, как световое и тепловое излучения, атмосферные осадки, ветер и пр.

Т.А. Работновым (1978) эдафотоп рассматрива­ется как совокупность факторов биогенной почвенной среды в границах биогеоценоза, климатоп же, переименованный в аэротоп, он представляет как совокупность факторов биогенной воз­душной среды в пределах биогеоценоза. Иначе говоря, косные компоненты биогеоценоза в трактовке Работнова выступают как компоненты внутренней среды биогеоценоза, ограниченной его го­ризонтальными и вертикальными пределами, которая представляет собою результат преобразования живыми компонентами в процес­се своей жизнедеятельности косной части почвы, с одной стороны, и косного атмосферного окружения — с другой. Отсюда следует, что сами компоненты становятся вследствие этого биогенными образованиями, подобно каменному углю, нефти и др. Правда, Т.А. Работнов (1974) считает почву биокосным ком­понентом биогеоценоза, состоящим из косной среды и живых орга­низмов, хотя последние, по его мнению, могут рассматриваться составной частью как почвы, так и фитоценоза.

Однако В.А. Ковда (1973), рассматривая компонентный состав биосферы, относит почву, наряду с нефтью, торфом и др., к категории биогенных тел, образовавшихся при непосредственном участии жи­вого вещества. Последняя трактовка почвы как косного тела биогенного происхождения является более обоснован­ной. Дело в том, что наличие в почвенной среде позвоночных и беспозвоночных животных, микроорганизмов и подземных органов растений не может служить основанием для рассмотрения их в качестве составных элементов почвы. Почва является для них сре­дой обитания, подобно тому как воздушная среда является средой обитания для наземных (сухопутных) животных, микроорганиз­мов и наземных органов растений. Ведь никто на основании последнего факта не считает возможным эти наземные живые суще­ства и образуемые ими биокомплексы относить к составным эле­ментам воздушной среды биогеоценозов, резонно рассматривая их как самостоятельные природные образования. Да и В.В. Докучае­вым, как известно, почвообитающие живые существа рассматривались, наряду с климатом, горными породами, рельефом и возра­стом страны, как факторы почвообразования, а не как составные элементы почвы.

Аэротоп и его материальная основа

Материальным субстратом, лежащим в основе форми­рования аэротопа, является атмосфера (более узко — тропосфера), кото­рая представляет собою надземную газовую (воздушную) оболоч­ку земного шара, связанную с ним силой земного притяжения (гравитацией). Верхняя граница атмосферы прослеживается до 1100 км над поверхностью Земли, но простирается она предполо­жительно до 20 тыс. км, постепенно переходя в межпланетное про­странство. Нижний слой атмосферы мощностью до 16—18 км у экватора и до 6—8 км у полюсов называется тропосферой. Это наиболее плотная часть атмосферы, в ней сосредоточено около 80% всей ее массы. Здесь происходит образование облаков и осад­ков, движения воздушных масс и других связанных с погодой атмосферных явлений.

Современная земная атмосфера, являющаяся физической смесью газов, кислородно-азотная по своему составу: азота по объему в ней содержится 78,08%, кислорода — 20,95; из других га­зов в ее состав входит инертный газ аргон — 0,94, а также углекис­лый газ, гелий и прочие — 0,03%. Такой состав атмосферы сфор­мировался около 2 млрд лет назад с появлением свободного кислорода, продуцируемого зелеными растениями, особенно мор­ским фитопланктоном. Под действием кислорода коренным обра­зом изменился состав первичной атмосферы Земли (протоатмосферы), состоящей в основном из метана, аммиака и водорода с парами воды. При этом произошло окисление метана и аммиака до углекислого газа и свободного азота, водород же улетучился в космическое пространство. Так сформировалась вторичная совре­менная атмосфера, состав которой остается с тех пор относительно постоянным на всей поверхности нашей планеты до высоты 400-600 км.

Многими исследователями отмечаются следующие характерные черты атмосферы, по крайней мере её нижних слоев: а) преобла­дание в её составе азота, кислорода и наличие других газов; б) ко­лебание температуры в пределах от +50 до —50°С; в) величина атмосферного давления около 1 атм с незначительными отклоне­ниями от этого среднего показателя в ту или другую сторону; г) непрерывный поток световых, тепловых и других излучений из космоса; д) наличие постоянной циркуляции воздушных масс на земной поверхности, в особенно­сти в системе суша — Мировой океан.

В биогеоценотическом отношении наиболее важное значение имеет самый нижний слой атмосферы, точнее, тропосферы мощно­стью в 30—50 (до 150) м. Этот приземной слой атмосферы, на­званный А.И. Воейковым (1904) деятельным слоем, рассматри­вался им как обусловленная радиационным режимом особая зона теплооборота, находящаяся в зависимости от подстилающей по­верхности, в частности от характера растительного покрова. Верх­няя граница деятельного слоя определяется высотой растительного покрова данного биогеоценоза, нижняя — либо глубиной распро­странения в почве корневой системы доминирующих растений — 1—2 (до 10) м и более, либо глубиной затухания температурной волны в почве.

Деятельный слой атмосферы (тропосферы) обла­дает рядом важных особенностей:

а) наибольшей плотностью био­генных и прочих газов (кислорода, углекислого газа и др.); б) вы­сокой динамичностью всех атмосферных явлений (температуры, осадков, ветра и т. п.); в) наиболее тесным контактом его с другими компонентами биогеоценоза (растительностью, животным населением, горными породами, почвой и пр.).

В границах биогео­ценоза деятельный слой подразделяется на два подслоя:

а) расти­тельный подслой (полог растительности) и б) почвенный подслой (верхние охваченные обменными процессами горизонты почвы).

Составными элементами или факторами атмосферы, в частно­сти ее деятельного слоя, являются: а) солнечная радиация — источник лучистой энергии света и тепла; б) атмосферные осадки, несущие живительную влагу на поверхность Земли; в) газовый состав воздуха, обеспечивающий газовый обмен живых существ; г) общая циркуляция атмосферы, формирующая климат и погод­ные условия в отдельных пунктах земного шара.

Составные элементы и функциональная роль атмосферы в биогеоценозе

Солнечная радиация представляет собою непрерывный поток лучистой энергии Солнца на Землю через атмосферу. Мощность потока лучистой энергии называется интенсивностью радиации, которая оценивается в калориях на 1 см² в минуту.

Интенсивность радиации составляет 1,98—2,0 кал/см² мин. Коли­чество поступающей на подстилающую поверхность Земли солнеч­ной радиации находится в зависимости от целого ряда факторов: от географической широты местности вследствие шарообразной формы Земли, от толщины и плотности атмосферы, от облачности и содержания водяных паров в атмосфере, от времени суток и рельефа местности. Из поступающей на верхнюю границу атмо­сферы солнечной радиации поверхности земного шара достигает менее половины ее, а именно 44% в виде прямого излучения и 4%—рассеянного, ибо 14% поступающей радиации поглощается атмосферой, до 33% ее отражается от облаков и 5% диффунди­рует в космическое пространство. В результате на по­верхность Земли поступает солнечной энергии в среднем 5-10²⁰ ккал/год, в том числе на континенты — 1,4 х 10²⁰, на Мировой океан — 3,6 х 10²⁰ ккал/год.

Поступающая из космоса на земную поверхность солнечная ра­диация имеет огромное значение в природе, ибо это основной источник энергии на Земле. Другие источники энергии (гравита­ционные приливы, обусловленные вращением Земли, энергия, по­ступающая с магнитно-гидродинамическими волнами из ближай­шего космоса и пр.) ничтожно малы. Солнечная радиация оказы­вает то или иное воздействие на все процессы, протекающие на земной поверхности и в ее воздушном окружении. Прежде всего, она определяет световой и тепловой режимы местности, а путем воздействия на движение воздушных масс, следовательно, влияет и на выпадение осадков; она определяет режим увлажнения или, иначе говоря, водный, гидрологический режим местности. Солнеч­ная радиация прямо или косвенно воздействует на многие химиче­ские реакции и физические явления, в частности, путем нагревания поверхности суши и водных пространств влияет на физическое испарение влаги и, следовательно, на круговорот воды на Земле. Ею определяются и многие биологические процессы, и в первую очередь такие жизненно важные, как фотосинтез и транспирация растений и пр.

В процессе фотосинтеза зелеными автотрофными растениями органических веществ из неорганических используется далеко не вся поступающая на их листья солнечная энергия, а лишь только физиологически активная часть ее, называемая фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Она составляет в прямых солнечных лучах около 35% от поступающей энергии, в рассеянных — 50-60%. Коэффициент использования фототрофными растениями лучистой энергии Солнца на процессы фотосинтеза очень низок: в среднем 1% от полной радиации и около 3% от ФАР. При этом важно иметь в виду, что поскольку различные лучи солнечного спектра обладают разными свойствами, то, будучи поглощенными растениями, они оказывают неодинаковое воздей­ствие на них. Так, оранжево-красные лучи спектра наибольшую активность проявляют в процессах фотосинтеза органических ве­ществ зелеными растениями, сине-фиолетовые лучи участвуют в синтезе белков и затормаживают переход растений в фазу цвете­ния, ультрафиолетовые лучи предотвращают вытягивание стеблей растений, а самые короткие из них гибельны для растений, длин­новолновые инфракрасные лучи положительно влияют на тепловой режим растений.

Световая энергия солнечной радиации необходима и для суще­ствования животного населения биогеоценозов. Немногие живот­ные, как известно, могут жить в отсутствие света — это обитатели пещер, морских глубин, почвообитающие животные. У них разви­ваются органы свечения или наблюдается усложнение глаз для улавливания слабых количеств лучистой энергии, а то и просто органы зрения за ненадобностью полностью атрофируются; у дру­гих животных развиваются компенсационные органы (слух, осяза­ние, обоняние). Интенсивность освещения некоторыми животными воспринимается как сигнальный фактор, побуждающий к активной деятельности утром дневных насекомых, птиц, вечером — ноч­ных и т. п.

Солнечная радиация, как было отмечено, является источником не только света, но и тепла на земной поверхности, но не столько путем непосредственного воздействия на тепловой режим нижних слоев атмосферы, сколько в виде теплового излучения нагретой солнечными лучами поверхности суши или воды. Дело в том, что лишь незначительное количество поступающей на Землю солнеч­ной радиации, превращаясь в тепло, расходуется на испарение воды, большая же часть ее идет на нагрев земной поверхности, ко­торая и излучает тепло в атмосферу. Некоторое значение в повы­шении температуры воздуха имеет и так называемый турбулент­ный (беспорядочный) теплообмен в самой атмосфере.

В нагревании воздуха атмосферы принимает участие как пря­мая, так и рассеянная радиация Солнца. Однако степень притока тепла на поверхность Земли и нагревания воздуха неодинакова в различных пунктах земного шара. Это находится в зависимости прежде всего от преобладания прямой или рассеянной радиации, а также от высоты стояния Солнца над горизонтом и интенсивно­сти солнечной радиации; имеет значение и ход циркуляции атмо­сферы и ее прозрачность, а также господствующие формы рельефа в данной местности и экспозиция склонов при изрезанном рельефе и т. п. В любой местности, за исключением тропиков, тепловой ре­жим неравномерен в течение года, он варьирует по временам года с более или менее ярко выраженным чередованием теплого перио­да годасхолодным.

Особенно четко периодичность в смене времен годапроявляется в странах умеренного пояса, где колебания тем­пературы по временам года обычно бывают довольно резкими, а амплитуда колебаний весьма значительной. Неравномерность теп­лового режима в таких местах бывает достаточно хорошо выра­жена и по годам, когда происходит чередование группы лет, харак­теризующихся преобладаниемтеплого режима в течение большей части года с группой лет, отличающихся преобладанием холодного режима (с учетом, разумеется, в том и другом случае общей сум­мы годовых температур).

Состояние теплового режима атмосферы, безусловно, имеет большое значение не только в жизни живых существ, но и в функ­ционировании биогеоценоза и биогеосферы в целом, так как нет в природе процессов, которые не были бы связаны с тепловым ре­жимом местности и не находились бы в той или иной зависимости от него.

Тепловой режим оказывает существенное влияние на жиз­недеятельность растений и растительных сообществ, в частности на фотосинтез, дыхание, транспирацию и минеральное питание растений, а следовательно, на их рост и развитие. Вследствие этого, как указывает А.А. Молчанов (1964), тепловой режим опреде­ляет северные и верхние (в горах) пределы распространения ценозообразующих растений и фитоценозов, а также широтную зональность и вертикальную поясность растительного покрова. Отрицательно сказывается на состоянии, жизнедеятельности и про­дуктивности растений и растительных сообществ резкая смена заморозков оттепелями и обратно, особенно весной. Это приво­дит к образованию морозобойных трещин на стволах деревьев и кустарников, обмерзанию молодых побегов и цветочных почек, снижению продуктивности фитомассы и плодоношения, а иногда и к гибели, по крайней мере, травянистых растений, в особенности озимых зерновых, вследствие образования кристалликов льда в клетках и последующего разрыва последних.

Тепловой режим сказывается определенным образом и на жиз­недеятельности животного населения биогеоценозов. Он оказывает влияние на состояние, размножение и развитие животных, а сле­довательно, и на численность и распространение их в природе. Не­посредственное воздействие температуры воздуха на животных осуществляется путем поглощения тепла их телом и отдачей его во внешнюю среду. Теплообмен у животных, как отмечает А.А. Молчанов, регулируется с помощью рефлекторной деятельно­сти нервной системы. Известны два типа теплообмена у животных: а) холоднокровность, характеризующаяся неустойчивостью уровня обмена и непостоянством температуры тела (земноводные, пресмы­кающиеся и др.), которая мало отличается от температуры окружающей среды, и б) теплокровность, отличающаяся высоким и устойчивым уровнем обмена, регуляцией его и относительным по­стоянством температуры тела животных. Имеется и промежуточ­ная по характеру теплообмена группа животных, которые в силу этого в неблагоприятные для жизни периоды (зимние морозы, лет­няя засуха) впадают в длительную спячку либо в относительно короткий, но глубокийсон.

М. П. Акимов (1959) различает сле­дующие градации состояния скрытой жизни животных в условиях зимнего снижения температуры и ухудшения условий питания:

а) зимний покой некоторых млекопитающих (медведи, барсуки, белки в норах, логовах), холоднокровных (пчелы в ульях);

б) на­стоящую зимнюю спячку млекопитающих, сопровождающуюся по­нижением температуры тела и общим окоченением;

в) зимнее окоченение холоднокровных позвоночных и беспозвоночных живот­ных с возможным переохлаждением тела и весьма слабым обме­ном веществ.

Наряду с этим известны и другие способы пережива­ния неблагоприятного сезона года: а) в стадии яйца, куколки (на­секомые и др.); б) сезонные миграции, кочевки в области с более благоприятными условиями тепла, влаги, корма (некоторые млекопитающие, птицы); в) постройка убежищ (гнезд в дуплах деревь­ев, нор и т. п.). Известны и летние спячки животных в жарких засушливых областях земного шара (пустыни, саванны и т. п.).

Растения, кстати сказать, также, по наблюдениям В.В. Крюч­кова (1960), обладают свойственным им внутренним тепловым (и водным) режимом, своей энергетикой, которая пока еще слабо изучена.

Таким образом, с наступлением неблагоприятного для жизни периода года (зимнего холодного или жаркого сухого) понижается жизнедеятельность растений, животных и даже микроорганизмов; замедляются также многие физические процессы и химические ре­акции в природе; нарушаются или затормаживаются обменные процессы в биокосных системах разного ранга. Периодические ко­лебания в тепловом режиме — суточные, сезонные, разногодние — также сказываются на состоянии как живых, так и косных компо­нентов биогеоценозов и самих биокосных систем.

Атмосферные осадки— второй весьма важный элемент воздуш­ной оболочки Земли — атмосферы. Образуются атмосферные осадки из водяных паров как за счет местного испарения влаги, так и за счет влаги, принесенной с воздушными массами из других областей земного шара, обычно из окружающих материки океани­ческих водных пространств. Правда, из транспортируемой воздуш­ными массами влаги, например, в европейской части бывшего Советского Союза, по данным А.А. Молчанова (1964), выпадает лишь около 37% осадков от их общего количества. Но ввиду большой массы транспортируемой влаги в конечном итоге основная масса атмосфёрных осадков выпадает за счет ее; за счет местного испарения осадков выпадает в 3 раза меньше, чем за счет влаги, принесенной извне.

Атмосферные осадки выпадают в виде дождя, снега, града, ро­сы, инея, изморози и т. п. Общее количество выпадающих в раз­личных областях земного шара атмосферных осадков варьирует в больших пределах: от 0 до 5000—10000 (и даже 12000) мм в год.

В пределах бывшего Советского Союза годовое количество атмосферных осадков варьирует от 50 до 150 мм в среднеазиатских пустынях и сухих степях Заволжья, до 2000—2600 мм — на Черноморском побережье Кавказа и Закавказья. В средней полосе европейской части осадков выпадает 500—600 мм в год, а в азиатской части от 400—500 мм в Западной Сибири до 150—300 мм в Восточ­ной Сибири. На Дальнем Востоке годовая сумма осадков дости­гает 800—1000 мм (А.А. Борисов, 1948).

Выпадают атмосферные осадки, как правило, неравномерно по сезонам вегетационного периода и года. Так, для тропических об­ластей характерны два периода дождей, один из которых начина­ется в разгар лета, и два сухих периода между ними. В областях на широте близ 35-й параллели обоих полушарий типичны зимние дожди и сухое лето. В местностях севернее 50-й параллели осадки выпадают во все сезоны года, но наибольшее количество их внутри материков выпадает летом, в океанах — зимой, а на побережьях, преимущественно западных, — осенью. На большей части террито­рии бывшего Советского Союза основная часть годового количества осадков приходится на вторую половину лета и осень, весна и первая по­ловина лета отличаются недостатком атмосферных осадков.

Поступающая на Землю в виде жидких и твердых осадков вода обладает весьма важными свойствами. Прежде всего, вода нахо­дится в природе, как известно, в трех физических состояниях — твердом, жидком и газообразном — и обладает способностью пере­ходить из одного состояния в другое; она обладает большой по­движностью, особенно в жидком и газообразном состояниях; вода является универсальным растворителем разнообразных веществ, что повышает их транспортабельность и химическую реактивность; она способна переносить различные вещества в растворенном и взмученном состояниях на большое расстояние.

Вода, как известно также, совершает в биосфере круговорот (влагооборот), охватывающий нижнюю часть атмосферы (тропо­сферу), литосферу (земную кору с почвенным и растительным по­кровом) и гидросферу (Мировой океан). Он является частью так называемого большого геологического круговорота веществ.

Вла­гооборот, по данным А.А. Молчанова (1964, 1974), слагается из следующих звеньев: а) выпадение атмосферных осадков в твердом и жидком состояниях на земную поверхность; б) задержка влаги, растениями всех ярусов фитоценоза, а также подстилкой, войло­ком, испарение ее с поверхности древостоя (травостоя) и подстил­ки, сток влаги по стволам (стеблям) растений; в) проникновение влаги до поверхности почвы и физическое испарение ее, а также сток воды в низины, ложбины и в долины рек (поверхностный и русловой сток); г) просачивание влаги в почву и использование ее растениями, животными, микроорганизмами на процессы жиз­недеятельности, а растениями в том числе и на транспирацию; д) инфильтрация влаги из почвы в грунт до водоупорного гори­зонта, внутрипочвенный и грунтовый сток ее и выход в подножии склонов на дневную поверхность в виде ключей или накопление в подземных резервуарах в виде грунтовых и артезианских вод.

Количественные пока­затели перечисленных пу­тей передвижения (транс­портировки) воды в био­сфере сильно варьируют в зависимости от количе­ства и интенсивности ат­мосферных осадков, тем­пературы и движения воз­духа (ветра), рельефа местности и физических свойств почвы, состава и структуры растительного покрова.

Наличие воды в том или ином физическом состоянии в биосфе­ре имеет исключительно большое значение как в жизни организ­мов, так и в состоянии и функционировании биогеоценозов и биогеоценотического покрова Земли.

Эта разносторонняя и важ­нейшая роль воды в природе определяется теми свойствами, которыми она обладает, а также глобальной циркуляцией ее в биосфе­ре в виде влагооборота, состоящего из целого ряда взаимосвязан­ных звеньев. Вода в состоянии водяных паров в атмосфере определяет влажность воздуха — абсолютную, относительную и так называемый дефицит влажности (разность между упругостью насыщения и фактической упругостью водяного пара в воздухе при данной температуре и давлении). Влажность воздуха оказы­вает влияние на все компоненты биогеоценозов, но особенно тесно связана с растительностью и почвой, оказывая сильное воздействие на влагообмен их с атмосферой. Особенно большое значение в природе имеет дефицит влажности, который оказывает прямое влияние на физическое испарение воды, на транспирацию влаги растениями, а при сочетании с высокой температурой может вызвать увядание и гибель растений. Правда, у растений, произрас­тающих в сухих и жарких областях, выработался в процессе эво­люции целый ряд морфологических приспособлений (толстая кутикула, войлочное опушение, восковой налет на листьях, свертывание и складывание листьев, развитие механической ткани, суккулентность некоторых растений), а также физиологиче­ских (высокое осмотическое давление клеточного сока, мощность корневой системы и способность корней быстро и полно улавли­вать воду, интенсивная транспирация влаги при известной обеспе­ченности ею и пр.).

На животный мир недостаточная влажность воздушной среды оказывает неблагоприятное воздействие. Но у животных, как и у растений, также имеются разного рода приспособления, обеспечи­вающие выживание их в условиях сухого и жаркого климата: раз­витие малопроницаемых покровов (ороговение эпителия, хитино­вый панцирь, раковины, перья, чешуи и т. п.), а также развитие внутренних органов дыхания (легкие, легочные мешки, трахеи), образование специальных органов выделения влаги и пр.

Вода, выпадающая на поверхность Земли в виде атмосферных осадков, прежде всего, оказывает непосредственное воздействие на все живые компоненты биогеоценозов, обеспечивая их влагой, ко­торая жизненно необходима им, тем более что тело их на 50—98% состоит из воды; во-вторых, атмосферные осадки оказывают воз­действие на почвенный покров, а, следовательно, и на органический мир путем растворения различных минеральных веществ в почве, перемещения их в вертикальном и горизонтальном направлениях, обогащения почвы органическими и минеральными веществами, принесенными с водой из атмосферы или смытыми с поверхности растений, путем изменения температурного режима почвы и ее аэрации; в-третьих, количеством, интенсивностью и продолжитель­ностью атмосферных осадков, а также физическим испарением воды и транспирацией ее растениями определяется гидрологиче­ский (водный) режим поверхностных и грунтовых вод местности в пределах водосборного бассейна.

Рассмотрим третий составной элемент атмосферы — газовый состав. До начала бурного развития всех отраслей производства газовый состав атмосферы действительно был неизмен­ным (азота —78,08%, кислорода — 20,95, аргона — 0,94, углекис­лоты и пр. — 0,03%). Постоянство его в указанном по объему со­отношении всех составных компонентов обеспечивалось тем, что поглощение организмами кислорода и углекислого газа при осу­ществлении разнообразных жизненных процессов компенсирова­лось выделением их в ходе других процессов (фотосинтеза, дыха­ния и т. п.).

Однако за последнее столетие содержание в составе атмосферы биогенных газов и их процентное соотношение в той или иной мере изменились. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Количество свободного кислорода в атмосфере в настоящее время состав­ляет 1,5 х 10¹⁵ т. За все время существования человечества на сжига­ние топлива израсходовано кислорода (по заниженным расчетам) 273 млрд т, из которых 246 млрд т — за последние 50 лет; за счет частичного использования кислорода за последние полвека обра­зовалось углекислого газа 288 млрд т, что увеличило содержание его в воздухе на 12%. Следует принять во внимание и то, что в начале 70-х годов расход кислорода на сжигание топлива во всем мире ежегодно составлял 10 млрд т, а углекислого газа выделялось в атмосферу 14 млрд т. В дальнейшем мировое потребление кислорода будет возрастать в среднем на 10% ежегодно; будет увеличиваться и образование углекислого газа, что, очевидно, при­ведет к дальнейшему изменению газового состава атмосферы.

Различные по своим природным свойствам и процентному соотношению в составе атмосферы биогенные газы оказывают раз­личное воздействие на живые компоненты и почвенный покров биогеоценозов и играют неодинаковую роль в функционировании биокосных систем. Роль газообразного азота, несмотря на высокий процент содержания его в воздухе, в жизни организмов и проте­кающих в биогеоценозе процессах невелика, так как непосред­ственно он усваивается лишь азотфиксирующими бактериями. В почву же азота, преимущественно в виде аммиака, поступает чрез­вычайно мало — несколько кг/га в год.

Гораздо большее значение в жизни организмов и обменных процессах биогеоценозов по сравнению с газообразным азотом, как отмечает А.А. Молчанов (1964), имеют кислород и углекислый газ. Кислород используется, как известно, всеми живыми суще­ствами на дыхание во всех средах жизни — воздушной, почвенной, водной; он вступает во множество химических реакций в живой природе, участвует в минерализации органических веществ в био­геоценозах и биогеосфере. Особенно сильно ощущается нужда в кислороде для дыхания животными, ибо не многие из них могут некоторое время пребывать в анаэробных условиях (черви в иле, некоторые моллюски в грунте водоемов, личинки комаров в воде). Кислород в теле животных обеспечивает окислительные процессы с освобождением энергии, используемой ими на процессы своей жизнедеятельности. Разные животные по-разному реагируют па содержание кислорода в среде обитания: более стойки к недостат­ку кислорода птицы, особенно перелетные, а также подземные и водные млекопитающие. У некоторых животных развиваются спе­циальные приспособления к обитанию в анаэробных условиях: у китов высокое содержание гемоглобина в крови, альвеолы легких запираются специальными мускулами для удержания воздуха в них на глубине, у кашалота образуется запасной воздушный мешок и т. п. К обитанию в замкнутых убежищах (в почве, ходах под корой и древесине) приспособились и беспозвоночные животные. Однако потребляется кислород организмами и расходуется враз­личных процессах неживой природы необратимо, лишь зеленые растения способны не только поглощать его при дыхании, нои вы­делять при фотосинтезе.

Из сказанного следует, что главным источником углекислого газа в атмосфере является дыхание животных, растений и гниение их органических остатков и отбросов, а также так называемое поч­венное «дыхание», т. е. выделение углекислоты в процессе разло­жения органических веществ в почве микроорганизмами. Исполь­зуется же углекислый газ как источник углерода только зелеными автотрофными растениями на процессы фотосинтеза органических веществ. Количество углекислого газа в атмосфере, несмотря на низкий процент содержания его, в общем достаточно для обеспе­чения потребностей в нем. Но в связи с неравномерностью потреб­ления углекислоты растениями в течение суток и по сезонам в отдельные периоды имеет место недостаток ее, что ведет к сни­жению интенсивности фотосинтеза растений.

Углекислый газ выполняет также весьма важную планетарную функцию в биосфере, а именно регулирует температуру воздуха на поверхности Земли, пропуская тепловые лучи из космоса на Землю, но задерживая тепло на ее поверхности, препятствуя рас­сеиванию его в космическом пространстве.

Атмосферный воздух, окружающий сплошным мощным слоем поверхность нашей планеты, далеко не везде и не всегда находит­ся в первозданно чистом состоянии. Обычно он бывает в той или иной мере загрязнен мельчайшими твердыми частицами различ­ного происхождения (вулканического, транспортного, промышлен­ного, бытового) либо газами, большей частью вредными, также различного происхождения (окисью углерода, сернистым газом, сернистым ангидридом, хлором и пр.).

Как твердые, так и газообразные примеси или включения в состав естественной воздушной оболочки Земли оказывают, как правило, неблагоприятные воздействия на живые компоненты био­геоценозов, в особенности на растительный покров. Они отрицательно влияют на содержание хлорофилла в вегетативных органах растений, вызывают увядание растений или задерживают их рост, задерживают распускание по­чек и развитие листьев у деревьев, уменьшают прирост древесных пород, вызывают повреждения и даже гибель их. Особенно сильно страдают от различных вредных газов хвойные природные и искусственные лесные насаждения. Правда, растительность, в осо­бенности лесная, содействует очищению воздуха от пыли и газов, но за счет нарушения своего нормального состояния, снижения жизненности и продуктивности.

Четвертый и последний составной элемент воздушной оболочки Земли — это общая циркуляция атмосферы, представляющая собою систему или совокупность крупномасштабных воздушных течений над поверхностью земного шара. Она включает перемещение воз­душных масс в горизонтальном направлении (ветер) и в верти­кальном (конвекция). Основная причина циркуляции воздушных масс по лику Земли и на ограниченных участках ее поверхности — это неравномерность нагревания атмосферы за счет теплового излучения солнечной радиации, а также разность атмосферного давления на разных широтах земного шара, с одной стороны, на материках и в океанах — с другой. Обычно различаются следую­щие типы воздушных течений: а) основные зональные переносы воздуха, например западный перенос в тропосфере и стратосфере умеренных широт и восточные ветры в нижней части тропосферы тропических широт;

б) возмущения зональных переносов, вызы­ваемые влиянием суши и моря; в) крупные атмосферные вихри (циклоны и антициклоны). Общая циркуляция атмосферы меняет­ся в годовом цикле — по сезонам и в многолетнем — от года к году (по годам).

Наряду с общей циркуляцией атмосферы известны также мест­ные циркуляции ее, охватывающие сравнительно небольшие участ­ки территории или акватории, например бризы, горно-долинные ветры и т. п. Они обусловлены специфическими особенностями самих этих участков (резким контрастом температуры, некоторыми особенностями рельефа и т. п.).

На основе закономерностей общей циркуляции атмосферы в Северном и Южном полушариях формируется система широтно-зональных типов воздушных масс: а) арктический воздух; б) по­лярный (умеренный) воздух; в) тропический воздух; г) экватори­альный воздух (общий для обоих полушарий). Названные типы воздушных масс разделяются неширокими (в несколько десятков километров) пограничными полосами, получившими название кли­матические фронты.

Таким образом, общая циркуляция атмосферы — явление обще­планетарного порядка. Отсюда и воздействие ее па природные процессы также носит общепланетарный характер. Так, общая циркуляция атмосферы: а) играет ре­шающую роль в формировании климатов земного шара; б) опре­деляет погоду и ее суточные и сезонные изменения; в) смягчает контрасты тепла и холода; г) выравнивает газовый состав воздуха и т. п.

Тем не менее, местные циркуляции воздуха, обусловленные местными же особенностями территории, оказывают влияние на ход тех или иных процессов в пределах не только более или менее крупных биогеоценотических массивов, но и, отдельных биогеоце­нозов. Так, по свидетельству А.А. Молчанова (1964), ветер в лес­ном биогеоценозе усиливает физическое испарение и транспирацию влаги растениями, способствует внутреннему и внешнему газооб­мену; влияет на развитие корней и сбежистость стволов; иногда обнажает корни растений, повреждает всходы и молодые посадки, вызывает буреломы и ветровалы; зимой способствует накоплению снега на лесных опушках, полянах, в понижениях рельефа; уча­ствует в опылении некоторых растений и распространении семян и плодов и пр.

После рассмотрения всех элементов воздушной оболочки Зем­ли — атмосферы — и воздействия каждого из них на компоненты и те или иные стороны биогеоценозов и биогеосферы следует поды­тожить роль атмосферы в целом в жизни и функционировании биокосных систем.

Н.В. Дылис (1978) так характеризует роль атмосферы в жиз­ни и деятельности биогеоценозов и биогеосферы, которая проявля­ется в трех направлениях.

Прежде всего, атмосфера участвует во всех превращениях веществ и энергии на нашей планете, оказывая влияние на все звенья биогеоценотнческого процесса на земной по­верхности, на его масштабы, направление, ритм и конечный резуль­тат его.

Во-вторых, атмосфера воздействует на все компоненты биогеоценозов, в особенности на растительность, являющуюся экраном, воспринимающим вещества и энергию из атмосферы и ближайшего космоса. Так, она определяет физико-химическое вы­ветривание горных пород, влияет на почвообразовательный процесс и физико-химические свойства почв; она накладывает значитель­ный отпечаток на экобиоморфный состав растений и животных, характер и степень участия их в биогеоценотическом процессе, режим и интенсивность биогеохимической работы растительности, миграцию животных, активизацию и оцепенение их в определенные сезоны года и т. п.

В-третьих, атмосфера является условием существования всей биогеосферы Земли: по­средством так называемого озонового экрана — слоя воздуха с повышенной концентрацией молекулярного кислорода на высоте 22-25 км — защищает все живое на Земле от губительного дей­ствия ультрафиолетовых и других излучений Солнца, а посред­ством углекислого газа предохраняет земную поверхность от излу­чений тепла в космическое пространство; она служит проводником солнечной энергии в биогеосферу и является средоточием огром­ных материальных ресурсов биогеосферы — кислорода, углекислого газа, атмосферной влаги и пр.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: