Почва как компонент биосферы

Понятие о биосфере. Биосфера – это оболочка жизни, которая включает в себя растения, животные и микроорганизмы. В определенном смысле к биосфере могут быть отнесены человек как биологический вид и почва как продукт деятельности живых организмов.

Термин «биосфера» впервые употребил Э.Зюсс (австрийский геолог) в 1875 г., а учение о биосфере было создано лишь в начале XX века трудами В.И. Вернадского.

В настоящее время термин «биосфера» трактуется двояко: в широком смысле – биосфера отождествляется с географической оболочкой (с той лишь разницей, что географическая оболочка старше биосферы); в узком смысле – биосфера – это пленка, «сгусток жизни», и рассматривается параллельно с другими оболочками Земли.

За верхнюю границу биосферы принимают озоновый экран, находящийся на высоте 25-27 км (это высота, на которой еще могут встречаться некоторые споры и бактерии). Нижняя граница биосферы проходит в литосфере на глубине 3-5 км (там, где залегают органогенные горные породы и могут быть бактерии). Эти границы определяются для биосферы, понимаемой в широком смысле.

Наибольшая концентрация жизни находится в сравнительно узких пределах, в зоне контакта трех сред: воды, воздуха и суши (почвы). Наиболее

заселенными являются гидросфера, нижняя часть тропосферы и почва. Этот тонкий горизонт с наибольшей концентрацией живого вещества получил название биострома (живого покрова).

Считают, что зарождение жизни произошло приблизительно 3 миллиарда лет назад (в конце архея) в мелководных водоемах, из которых жизнь распространилась на океан, а уже затем и на сушу (в отсутствии озонового экрана вода хорошо задерживала губительное ультрафиолетовое излучение). В период зарождения жизни климат на Земле был теплым и влажным.

Длительное время жизнь «размещалась» в географической оболочке пятнами, т.е. биосфера была слабо развита и очень прерывиста. На протяжении геологической истории увеличивалось разнообразие живых организмов, усложнялась их организация, возрастала их общая масса. Развитие жизни шло неравномерно. Одни виды сохранились с архея до наших дней (например, сине-зеленые водоросли), развитие других линий привело к возникновению сложных форм живого (приматы, человек), развитие третьих закончилось их вымиранием (динозавры, мамонты и т.д.).

За всю историю биосферы существовало около 500 миллионов видов, а в настоящее время насчитывается лишь около 2 миллионов видов.

Широкому распространению живых организмов на Земле помогла их способность приспосабливаться к самым разнообразным условиям среды и высокая способность к размножению. Так, микроорганизмы были обнаружены в исландских гейзерах при температуре +93^оС, и даже в многолетнемерзлых грунтах при очень низких температурах. Споры некоторых бактерий сохраняют жизнеспособность при t^о +100^оС и ниже –200^оС. Потомство одной из бактерий при соответствующих благоприятных условиях могло бы за 5 суток заполнить весь Мировой океан, а клевер за 11 лет мог бы покрыть всю поверхность Земли.

В настоящее время по составу в биосфере преобладают животные – их насчитывается около 1,7 миллионов видов. Растений на Земле около 400 тысяч видов, зато по массе вещества растения во много раз превышают массу животных. На долю растений приходится почти 97% всей биомассы Земли и лишь 3% - на массу животных и микроорганизмов. Подавляющая часть биомассы сосредоточена на суше, она превышает биомассу океана в 1000 раз. В океане гораздо беднее и видовое разнообразие.

Растительность на суше образует почти сплошной покров – фитосферу. Растительная масса состоит из надземной (стволы с ветками, листьями, хвоей; кустарники, травянистый и мохово-лишайный покров) и подземной (корни растений). Например, для смешанного леса растительная масса составляет почти 400 т/га, из них на наземную часть приходится около 300 т/га, а на подземную – 100 т/га. На суше биомасса в целом увеличивается от полюсов к экватору, в этом же направлении возрастает и количество видов растений и животных. В тундре биомасса составляет приблизительно 12 т/га, в тайге – около 320 т/га, в смешанных и широколиственных лесах – 400 т/га, в степях снижается до 25 т/га, а в пустынях даже до 12 т/га, в саваннах вновь увеличивается до 100 т/га и более, в тропических лесах достигает максимума – 500 т/га. Наименьшее количество видов растений и животных - в арктических пустынях и тундрах, наибольшее – в экваториальных лесах.

Растения на суше содержат более 99% всей биомассы суши, а животные и микроорганизмы – всего лишь менее 1%. В океане это соотношение обратное: растения составляют более 6%, а животные и микроорганизмы – около 94%. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,13% биомассы всей биосферы, хотя океан и занимает площадь, равную 71%. Таким образом, открытый океан представляет собой, в сущности, водную пустыню.

Рассмотрим подробнее компоненты биосферы и их роль в географической оболочке Земли.

Микроорганизмы (микробы) – это мельчайшая из форм жизни и всепроникающая. Микробы были открыты в XVII в. А.Левенгуком. Различают следующие группы микробов:

а) по строению: одноклеточные организмы (водоросли, грибки, простейшие одноклеточные) – они имеют сравнительно крупную клетку сложного типа (эукариоты); бактерии – организмы более простые в структурном отношении (прокариоты);

б) по химическому признаку (источнику энергии для биохимических процессов): фотосинтезирующие микроорганизмы – используют в качестве источника энергии лучистую энергию Солнца и преобразуют углекислый газ в органический углерод (первичные производители); гетеротрофные микроорганизмы – получают энергию путем разложения молекул органического углерода (молекулярные хищники); фотосинтезирующие и гетеротрофные микроорганизмы играют огромную роль в географической оболочке: они поддерживают в постоянном движении имеющийся на Земле углерод;

в) по использованию кислорода: аэробные – потребляют кислород; анаэробные – не потребляют кислород.

Количество видов микроорганизмов огромно, и на Земле они распространены повсюду. Они разлагают органическое вещество, ассимилируют атмосферный азот и т.д.

Растения – одно из царств органического мира. Главное их отличие от других живых организмов – способность создавать органические вещества из неорганических, поэтому их называют автотрофами. При этом зеленые растения осуществляют фотосинтез – процесс преобразования солнечной энергии в органическое вещество. Растения – главный первичный источник пищи и энергии для всех других форм жизни на Земле.

Растения являются источником кислорода на Земле (экваториальные леса называют «легкими» нашей планеты). Растения считаются первичными продуцентами – производителями. Растения кормят все человечество, в конечном итоге являются источниками энергии и сырья. Растения защищают почву от эрозии, регулируют сток и газовый состав в атмосфере.

В настоящее время известно почти 400 тысяч видов растений, которые делятся на низшие и высшие. С середины XX в. из царства растений выделяют самостоятельное царство – грибы, которые раньше относили к низшим.

Из 40 тысяч видов растений на Земле 25 тысяч видов – покрытосеменные (цветковые). Самой богатой флорой на Земле является флора тропиков.

Животные – организмы, составляющие одно из царств органического мира. Животные являются гетеротрофами, т.е. питаются готовыми органическими соединениями. Почти все животные являются активно подвижными. На Земле существует более 1,7миллионов видов животных, из которых наибольшее число видов составляют насекомые (около 1 млн.)

Животные создают вторичную продукцию, оказывают влияние на растительный покров, на почву, разрушают и минерализируют органические вещества. Животные, как и растения, играют огромную роль в жизни человека.

Компонентом биосферы в определенном смысле может выступать и почва. Почва – верхний рыхлый плодородный слой земной коры, в котором распределены корни растений. Почва – это сложное образование, состоящее из двух основных частей: минеральной (разрушенные горные породы) и органической (гумус). Почвы покрывают тонким слоем – от 0 до 2 м – большую часть поверхности Земли.

Важным свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность почвы производить растения. Почва является основой произрастания растений, обиталищем большого числа живых существ. Почвы регулируют водный баланс, оказывают влияние на формирование ландшафта. Известный русский почвовед В.В.Докучаев называл почвы «зеркалом ландшафта».

Почвы аккумулируют и преобразуют солнечную энергию. Почва – это основа сельскохозяйственного производства.

В биосфере непрерывно протекает биологический (малый) круговорот. Взаимодействие живых организмов с атмосферой, гидросферой, литосферой происходит посредством биологического круговорота веществ и энергии.

Биологический круговорот складывается из двух процессов:

– образование живого вещества из неживого за счет солнечной энергии;

– разложение и превращение органического вещества в простое минеральное (косное).

Первый процесс связан с фотосинтезом, осуществляемым зелеными растениями на суше и в океане (воде). В зеленом листе растения за счет солнечного света при участии хлорофилла из углекислого газа и воды образуется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Кроме того, растения своей корневой системой поглощают из почвы растворимые минеральные вещества: соли азота, калия, кальция, серы, фосфора – и также превращают эти вещества в органические.

Разложение органического вещества происходит, главным образом под воздействием микроорганизмов. Микроорганизмы для своих жизненных процессов используют органическое вещество, и, хотя часть его идет на образование нового органического вещества (тело микроорганизма), значительная часть органического вещества при этом минерализуется, т.е. органическое вещество разлагается до простейших соединений.

Образование и разрушение органического вещества – противоположные, но неотделимые друг от друга процессы. Отсутствие одного из них неизбежно приведет к исчезновению жизни. Современная жизнь существует на Земле благодаря биологическому круговороту.

Благодаря биологическому круговороту живые организмы оказывают влияние на все оболочки Земли. Так, почти весь кислород в атмосфере Земли биогенного происхождения. Если прекратится процесс фотосинтеза, то свободный кислород быстро исчезнет.

Велика роль живых существ и в гидросфере. Организмы непрерывно потребляют и выделяют воду. Особенно интенсивен процесс транспирации (испарение воды растениями). Газовый и солевой состав вод океана также определяется деятельностью живых организмов. Воды суши становятся химически активными также в значительной степени под воздействием живых организмов.

Воздействием живых организмов на литосферу особенно глубоко и многообразно. Оно проявляется в разрушении горных пород (биологическое выветривание), в образовании органогенных пород: известняки, торф, бурый и каменный уголь, нефть, газ, горючие сланцы. Запасы накопленного в земной коре органического вещества огромны. Они во много раз превосходят живое органическое вещество. Железные, марганцевые руды, фосфориты тоже могут иметь биогенное происхождение. Их образование связано с деятельностью особых бактерий.

Только под воздействием живых организмов на Земле образовались почвы. Почвы считаются сложным биокосным образованием, которое формируется в процессе взаимодействия живого вещества с неживым. Основой для образования почв являются горные почвообразующие породы, а главным фактором почвообразования служат микроорганизмы и растения, в меньшей степени – почвенные животные.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: