Границите на биосферата.

Биосфера- това е част от обвивката на Земята, населена с живи организми (фиг. 43).

Учението за биосферата е разработено от руския академик В. И. Вернадски (1863–1945). Той е първият, който разглежда всички живи организми на Земята като единен фактор, участващ в кръговрата на веществата в природата, акумулиращ слънчева енергия и определящ геоложките процеси на Земята.

Ориз. 43.Границите на биосферата

Границата на биосферата в атмосфератаразположен на височина 15–20 km, съвпадаща с границата на тропосферата. Озоновият щит предпазва живите организми от силно ултравиолетово лъчение. Ограничаващите фактори за разпространението на живот над тази граница са радиацията, липсата на влага, кислород и ниското налягане. Най-долният слой на тропосферата е гъсто населен до 50 m височина.

Границата на живота в хидросфератапреминава на дълбочина около 11 000 м (11 км), т.е. всъщност цялата водна обвивка е пропита с живот. Ограничаващите фактори тук са липсата на светлина и високото налягане. Организмите, обитаващи хидросферата, могат да бъдат разделени на три големи групи:

– самодвижещи се в средния и горния слой – нектон;

– микроскопични, носени от течението в горните слоеве – планктон;

- се наричат ​​бентосни организми бентос.

IN литосфераживотът е концентриран главно на дълбочина до 80 м. Но някои следи от живот са открити дори по-дълбоко, около 100 м, в пукнатини и кухини в земната кора. Долната граница на биосферата се дължи на термодинамични условия (висока подпочвена температура) и липса на течна вода. Най-гъсто населена с организми е повърхностната част на земната кора и особено почвения слой.

Условия и плътност на живот. Биомаса на Земята.Необходимо условие за съществуването на живите организми е наличието на вода, въздух, светлина и топлина. Температурният фактор, степента на влажност и осветеност определят разпространението на живота на планетата. Въпреки че живите организми са повсеместно разпространени на Земята, разнообразието и гъстотата на населението до голяма степен се определят от условията. В суровата Антарктида и в пустинята Сахара неговите прояви са ограничени поради температурни и водни фактори, но живите същества съществуват в тези условия. Живите организми са много издръжливи. Някои от тях дори живеят в термални извори, чиято температура достига 100 ° C и повече.

Животът на нашата планета е многослоен – в атмосферата, на сушата и във водата.

Съвкупността от живи организми на планетата - живо вещество, което има способността да расте, да се размножава и да се разпространява по планетата, е биомаса на земята.

Теглото на биомасата е 2423 10 9 тона сухо вещество, от които 97% са растения, а 3% са животни и микроорганизми. Плътността на живота не е еднаква в различните среди и на повърхността на Земята. Въпреки че 71% от цялата повърхност на земното кълбо е покрита с вода, основната биомаса е съсредоточена на сушата - 99,8%.

Биомаса на земната повърхностТова са всички живи организми, които живеят в земно-въздушната среда на повърхността на Земята. Освен това делът на растителните организми е 99%, докато животните и микроорганизмите са само около 1%. Плътността на живота на континентите е зонална, въпреки че има множество аномалии, свързани с местните природни условия (например в пустини или високи планини е много по-малка, а на места с благоприятни условия е повече от зонална). Тя е най-висока на екватора и намалява с приближаването към полюсите, което се свързва с ниските температури. Най-високата плътност и разнообразие на живот се отбелязват в тропическите гори.

почвена биомасае съвкупността от живи организми, които живеят в почвата. Те играят важна роля в образуването на почвата. В почвата живеят огромен брой бактерии (до 500 тона на 1 ха), зелени водорасли и цианобактерии (понякога наричани синьо-зелени водорасли) са често срещани в нейните повърхностни слоеве. Дебелината на почвата е просмукана с корени на растения, гъби. Това е местообитание за много животни: реснички, насекоми, бозайници и др.

Биомаса на океанитее съвкупността от живи организми в хидросферата. Както вече споменахме, неговата биомаса е много по-малка от биомасата на земята, а съотношението на растителните и животинските организми тук е точно обратното. В океаните растенията представляват само 6,3%, докато животните представляват 93,7%. Това се дължи на факта, че използването на слънчева енергия във водата е само 0,04%, докато на сушата е до 1%.

Функции на живата материя.Живата материя в биосферата изпълнява някои специфични функции, включително газ, концентрация, редокс.

газова функцияСъстои се в постоянен газообмен на организмите с околната среда в процеса на дишане и фотосинтеза.

функция на концентрациясе проявява в биогенната миграция на атоми, които първо се концентрират в живите организми в процеса на синтез на органични вещества, а след това след смъртта и минерализацията си преминават обратно в неживата природа. Последицата от тази функция на живите организми е появата на значителни количества химични съединения в определени места от земната кора (натрупване на минерали), като варовик, торф, въглища.

редокс функцияе в основата на метаболизма и енергията на тялото с външната среда. Изразява се в химичните превръщания на веществата в процеса на жизнената дейност на организмите. Образуването на вещества в живите организми е резултат от окислително-възстановителни реакции. По време на синтеза на органични вещества преобладават редукционните реакции и се изразходва енергия. А в процеса на разцепване и окисляване в присъствието на кислород преобладават окислителните реакции и се отделя енергия. Животът е непрекъснат процес на синтез и разпад на органични вещества, който обединява всички живи организми на Земята.

§ 40. Кръговрат на материята и енергията в биосферата

Всички живи организми са взаимосвързани с неживата природа и са включени в непрекъснатия кръговрат на материята и енергията (фиг. 44). В резултат на това възниква биогенна миграция на атоми. Химичните елементи, необходими за живота на организмите, преминават от външната среда в тялото. Когато органичната материя се разлага, тези елементи отново се връщат в околната среда.

Ориз. 44. Кръговратът на веществата в природата: 1 - кръговратът на водата, кислорода и въглерода; 2 - азотен цикъл

Атмосферата се състои от смес от газове. По време на фотосинтезата зелените растения приемат въглероден диоксид и отделят кислород. Въглеродният диоксид се използва за изграждане на органични вещества и чрез растителните организми под формата на хранителни вещества преминава в тялото на животните. Кислородът се използва от всички живи организми в процеса на дишане, за окисляване на органични вещества и при разлагане на мъртви останки от организми. В резултат на тези процеси въглеродният диоксид се освобождава обратно в атмосферата. Свободният атмосферен азот се абсорбира в почвата от азотфиксиращи бактерии и се превръща в свързано, достъпно за асимилиране състояние. Растенията получават азотни съединения от почвата за синтеза на органични вещества. След като умрат, друга група микроорганизми отделят азот и го връщат в атмосферата.

По този начин кислородът, азотът и въглеродният диоксид се абсорбират от живите организми и отново се освобождават в атмосферата в резултат на други процеси. Благодарение на балансираната циркулация на газовете съставът на атмосферата се поддържа постоянен.

Скалите съдържат големи количества фосфор. Когато скалите се разрушават, фосфорът попада в почвите, а оттам попада в живите организми. Част от фосфатите се разтварят във вода и навлизат в Световния океан, където се натрупват на дъното, образувайки седиментни скали.

Водата също участва в цикъла. В процеса на фотосинтеза се използва за синтеза на органични вещества, а при дишане и разлагане на органични остатъци се отделя в околната среда. Освен това водата е необходима за живота на всички живи организми. Разтваря необходимите за живите организми минерални соли и органични вещества. Във водната среда преминава кръговрата на елементите на натрий, магнезий, калций, желязо, сяра и други елементи, което общо е 1,7% от общото количество вещества, включени в цикъла.

В резултат на кръговрата на веществата има непрекъснато движение на химичните елементи от живите организми към неживата природа и обратно. Кръговратът на веществата включва два противоположно насочени процеса, свързани с натрупването на елементи в живите организми и минерализацията в резултат на тяхното разграждане. Освен това образуването на жива материя преобладава на повърхността на Земята, а минерализацията доминира в почвата и морските дълбини.

Едновременно с миграцията на атомите се извършва и трансформация на енергия. Единственият източник на енергия на Земята е Слънцето. Част от топлината се изразходва за нагряване на Земята и изпаряване на водата. И само 0,2% от слънчевата енергия се използва в процеса на фотосинтеза. Тази енергия се преобразува в енергията на химичните връзки на органичните вещества. При разграждането и окисляването на органичните вещества в процеса на хранене се освобождава енергия, която се изразходва за жизнените процеси на организмите: растеж, движение, размножаване, развитие, затопляне на тялото. Така непрекъснато постъпващата слънчева енергия се натрупва в органична материя и се използва от всички живи организми.

И така, биосферата е голяма система, състояща се от разнородни компоненти, свързани помежду си чрез процесите на миграция на енергия и материя. Слънцето е източник на енергия. Цикличността на миграционните процеси - циркулацията на веществата осигурява непрекъснатото съществуване на биосферата.

Количеството жива материя (биопродукти) варира: възпроизводството и растежът на живите организми водят до неговия растеж, потискането и ограничаването на скоростта на възпроизводство и растеж, смъртта на организмите допринасят за неговото намаляване.

Ограничаващите фактори включват концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата, липсата на влага, липсата на хранителни вещества, интензивността на светлината. Тези фактори ограничават не само скоростта на образуване на органична материя, но и скоростта на други геохимични процеси, протичащи в неживата природа.

§ 41. Географска обвивка

Компоненти на географската обвивка и тяхното взаимодействие.

Атмосфера, литосфера, хидросфера и биосфера - четирите черупки на земното кълбо са в сложно взаимодействие, проникват взаимно. Заедно се сдобряват географска обвивка.

Животът се развива в географската обвивка, проявява се активността на водата, леда, вятъра, образуват се почви, седиментни скали.

Географската обвивка е зона на сложно взаимопроникване, взаимодействие на космически и земни сили. Тя продължава да се развива и усложнява в резултат на взаимодействието на живата и неживата природа.

Горната граница на географската обвивка съответства на тропопаузата - преходният слой между тропосферата и стратосферата. Над екватора този слой се намира на височина 16-18 км, а на полюсите - 8-10 км. На тези височини процесите, генерирани от взаимодействието на геосферите, избледняват и спират. В стратосферата практически няма водна пара, няма вертикално движение на въздуха и температурните промени не са свързани с влиянието на земната повърхност. Животът тук е невъзможен.

Долната граница на сушата минава на дълбочина 3–5 km, т.е. там, където съставът и свойствата на скалите се променят, няма течна вода и живи организми.

Географската обвивка на Земята е интегрална материална система, качествено различна от другите геосфери на Земята. Неговата цялост се определя от непрекъснатото взаимодействие на твърди, течни и газообразни, а с възникването на живота – и на живи вещества. Всички компоненти на географската обвивка взаимодействат, използвайки слънчевата енергия, идваща към Земята, и енергията на вътрешните сили на Земята.

Взаимодействието между геосферите на Земята в рамките на географската обвивка възниква в резултат на циркулацията на вещества (вода, въглерод, кислород, азот, въглероден диоксид и др.).

Всички компоненти на географската обвивка са в сложни взаимоотношения. Промяната в един компонент задължително води до промяна в други.

Ритъм на явленията в географската обвивка.Географската обвивка на Земята непрекъснато се променя, взаимоотношенията между отделните й компоненти се усложняват. Тези промени се случват във времето и пространството. В природата има ритми с различна продължителност. Кратките, денонощните и годишните ритми са особено важни за живите организми. Техните периоди на почивка и активност са в съответствие с тези ритми. циркаден ритъм(смяна на деня и нощта) се дължи на въртенето на Земята около оста си; годишен ритъм(смяна на сезоните) - въртенето на Земята около Слънцето. Годишният ритъм се проявява в наличието на периоди на почивка и вегетация в растенията, в линеене и миграция на животните, в някои случаи - в зимен сън, размножаване. Годишният ритъм в географската обвивка зависи от географската ширина на местата: в екваториалните ширини той е по-слабо изразен, отколкото в умерените или полярните.

Ежедневните ритми се появяват на фона на годишните ритми, а годишните - на фона на дългосрочните. Също така има вековен,дългосрочни ритми, като промяна на климата (охлаждане - затопляне, изсушаване - овлажняване).

Промените в географската обвивка възникват и в резултат на движението на континентите, настъплението и отдръпването на моретата, в хода на геоложки процеси: по време на ерозия и акумулация, работа на морето, вулканизъм. Като цяло географската обвивка се развива прогресивно: от простото към сложното, от най-ниското към най-високото.

Райониране и секториране на географската обвивка.

Най-важната структурна характеристика на географската обвивка е нейното зониране. Закон за зониранее формулиран от великия руски естествоизпитател В. В. Докучаев, който пише, че местоположението на нашата планета спрямо Слънцето, нейното въртене и сферичност влияят върху климата, растителността и животните, които са разпределени по земната повърхност в посока от север на юг в строго определен ред .

Зонирането е по-добре изразено в обширните равнини. Въпреки това, границите на географските зони рядко съвпадат с паралели. Факт е, че разпределението на зоните се влияе от много други природни фактори (например релеф). В рамките на зоната се наблюдават значителни разлики. Това се обяснява с факта, че зоналните процеси се наслагват върху азоналните, поради вътрешни фактори, които не се подчиняват на законите на зонирането (релеф, разпределение на земята и водата).

Най-големите зонални подразделения на географската обвивка - географски зони,разграничават се според радиационния баланс (приход-разход на слънчева радиация) и характера на общата циркулация на атмосферата. На Земята съществуват следните географски пояси: екваториален, субекваториален (северен и южен), тропичен (северен и южен), субтропичен (северен и южен), умерен (северен и южен), субполярен (субарктически и субантарктически), полярен (арктически и антарктически) ) .

Географските пояси нямат правилна форма на пръстен, те се разширяват, стесняват, огъват под влиянието на континенти и океани, морски течения, планински системи.

На континентите и океаните географските пояси са качествено различни. В океаните те са добре изразени на дълбочина до 150 m, слабо - до дълбочина 2000 m.

Под влиянието на океаните на континентите в рамките на географските зони се формират надлъжни сектори(в умерения, субтропичния и тропичния пояс), океански и континентален.

На равнините в географските зони те се разграничават природни зони(фиг. 45). В континенталния сектор на умерения пояс в рамките на Източноевропейската равнина това са зони на гори, горски степи, степи, полупустини и пустини. Природни зони се наричат ​​подразделения на земната повърхност, характеризиращи се със сходни почвено-растителни и климатични условия. Основният фактор при формирането на почвената и растителната покривка е съотношението на температурите и влагата.

Ориз. 45.Основните биозони на Земята

Вертикално обяснение.Вертикално естествените компоненти се променят с различна скорост от хоризонтално. При изкачване в планината количеството на валежите и светлинният режим се променят. Същите явления се изразяват по различен начин в равнината. Различното изложение на склоновете е причина за неравномерното разпределение на температурата, влагата и почвено-растителната покривка. Причините за широчинната зоналност и вертикалната зоналност са различни: зоналността зависи от ъгъла на падане на слънчевите лъчи и съотношението на топлината и влагата; вертикална зоналност - от намаляване на температурата с височина и степен на овлажняване.

Почти всяка планинска страна на Земята има свои собствени особености на вертикалната зоналност. В много планински страни поясът на планинската тундра отпада и се заменя с пояс от планински ливади.

Ориз. 46.Растителността се променя в зависимост от географската ширина и надморската височина на района

Височинната зоналност започва от зоната, разположена в подножието на планината (фиг. 46). Най-важният фактор при разпределението на височините на коланите е степента на влага.

§ 42. Природни зони на Русия

Голямата дължина на Русия от север на юг и наличието на обширни равнини предопределиха ясно изразена географска ширина, а в големите планински системи - различни видове височинна зоналност. Зоналността е особено изразена в Източноевропейската и Западносибирската равнина.

Зона на арктическата пустиня.Архипелагът Земя на Франц Йосиф, Нова Земля, Северна Земля, Новосибирските острови и остров Врангел се намират в зоната на арктическата пустиня. Това е царството на огромни ледени покривки, които крият много острови и планински вериги под тях. Тук все още продължава ледниковата епоха. Дългите сурови зими и късите студени лета, въпреки полярния ден, допринасят за запазването на леда и снега.

В арктическите пустини почвената покривка се наблюдава само в долините на реки и потоци и на морските тераси, където снежната покривка се топи напълно. Животинският свят е беден на видове: леминг, или пъстър, арктическа лисица, северен елен, полярна мечка. Навсякъде има бяла яребица, снежна сова. По скалистите брегове на островите има много пазари за птици, където гнездят кайри, бели чайки, фумари, гаги. Южните брегове на Земята на Франц Йосиф, западните брегове на Нова Земля са непрекъсната птича колония.

Тундрова зона.Зоната на тундрата се простира по крайбрежието на моретата на Северния ледовит океан, на север от Арктическия кръг, спускайки се по бреговете на Берингово и Охотско море много по-на юг. Това се обяснява с факта, че на запад климатът на тундрата е омекотен от влиянието на Атлантическия океан.

Тундрите са безлесни територии с къси и студени лета и дълги и сурови ветровити зими. През всеки летен месец са възможни студове и снеговалежи. Въпреки изобилието от слънчева светлина в полярния ден, през лятото в тундрата няма достатъчно топлина. Слънцето не е високо над хоризонта, слънчевите лъчи трябва да проникнат през голяма дебелина на атмосферата, така че повечето от тях се абсорбират и разпръскват. Слабото изпарение и наличието на слой от вечна замръзналост са довели до широкото разпространение на блатата.

При ниски температури, наличие на вечна замръзналост и прекомерна влага, химичните и биологични процеси в почвата са затруднени. Дебелината на почвата е малка и съдържа малко хумус (2–3%). Поради прекомерната влага в тях се натрупва синкав железен оксид - глей,затова се наричат ​​тундрово-глееви.

Тундровата флора не е богата, малко растения успяха да се адаптират към неблагоприятните условия на живот и се състоят главно от многогодишни растения (през краткото северно лято едногодишните растения нямат време да завършат жизнения си цикъл), които се размножават вегетативно.

На юг от тундрата (в тясна ивица от 200-300 km) се простира лесотундра.Най-важната характеристика на тази преходна зона е появата на горски острови от смърч, лиственица и бреза на водосбори сред тундрата и по речните долини.

Горска зона.Това е най-голямата зона, обхващаща 34% от западната граница на Русия до подножието на Верхоянските планини на изток.

Климатът на горската зона се характеризира с голяма разлика в климатичните показатели при движение от запад на изток. Особено големи разлики се наблюдават в сумите на отрицателните температури: на запад - 300 °C, а на изток от Енисей - 4000 °C.

Валежите в тайгата надвишават изпарението, което допринася за изобилието от повърхностни води, интензивното измиване на почвите в междуречията и преовлажняването на територията не само в речните долини, но и на плоските водосбори. Измиването на почвата води до белезникав подзолистхоризонт. В горската зона преобладават дерново-подзолисти, подзолисти и вечно-мразовито-тайгови почви.

Горската зона е разделена на подзони иглолистни (тайга), смесениИ широколистни гори.Сред горите са разпространени ливади и блата.

Тъмните иглолистни тайгови гори (главно от смърч и ела) са разпространени от западната държавна граница до Енисей. На изток от Енисей, в същите географски ширини, доминира светлата иглолистна тайга (главно от лиственица, която може да расте в условия на вечна замръзналост). Смесените и широколистни гори са често срещани само в Източноевропейската равнина и Далечния изток, където климатът е много по-топъл и влажен.

В горската зона, особено в тайгата, има основните запаси от дървен материал и е концентрирана основната търговия с кожи.

Степи и горски степи. лесостепхарактеризира се с комбинация от горска и степна растителност, сиви горски и черноземни почви. Горската степ се простира от границата с Украйна до подножието на Алтай. На изток от Алтай релефът става издигнат, така че горската степ се формира само в междупланински котловини в отделни изолирани райони.

Студените зими отвъд Урал предотвратяват проникването на дъба на изток. Следователно в Източноевропейската равнина са представени гори в лесостепната зона дъбови гори,и в Западносибирската низина - така наречената бреза колчета.

В Източноевропейската равнина под дребнолистни и широколистни гори се образуват сиви горски почви, а под разнолистни степи се образуват излужени черноземи. В западносибирската лесостеп преобладават ливадно-черноземни почви, които се образуват върху слабо дренирани равнини. В депресиите, около езерата, специалните почви са често срещани - солени близалки.

Разположението на горската степ между гората и степта определя особения и сложен състав на нейния животински свят. Тук има контакт и взаимно проникване на животни от две рязко различни зони - гора и степ. Северните райони на горската степ се характеризират с преобладаване на горски животни, а южните райони - със степна фауна.

степизаемат обширни безлесни пространства в южната част на Източноевропейската и Западносибирската равнина. Непрекъсната ивица от степи на изток се простира само до подножието на Алтай. На изток от долината на Об степта е разпределена в отделни райони. Характерна особеност на степната зона е безлесието.Преди разораването на степните територии тревната растителност доминираше навсякъде с преобладаване на дернести треви - перушина, власатка, тънкокрака, степен овес и синя трева. Forb степите заемат само северните територии на зоната. При преместване на юг, поради увеличаване на сухотата на климата, те бяха заменени от тревно-власатки.

Климатът на степите се характеризира с топло, сухо лято и студена зима, малко валежи и преобладаване на изпарението над валежите.

Почвите на северните степи - мощни черноземи съдържат най-голямо количество хумус (8-10%). В сравнение с подзолистите почви, в които хоризонтът, съдържащ 2–3% хумус, има дебелина 10–12 cm, в дебелите черноземи хумусният хоризонт достига 70 cm.На юг се образуват кестенови почви, бедни на хумус (2– 4%).

Полупустини и пустини.В Русия има само в Каспийската низина полупустини.Лятото тук е по-горещо със сумата на активните температури 2800–3400 °C. Сумата от отрицателните средни дневни температури е 1000 °C. Зимата е студена, с много малко сняг. Пролетта е кратка, с най-много валежи в южната част на полупустините. Растителната покривка е оскъдна. Зоналният тип полупустинни почви е светъл кестен, с малък хумусен хоризонт (около 40 cm) и незначително количество хумус (<2–3%). Почвы формируются преимущественно на лёссовидных породах в условиях незначительного увлажнения под злаково-полынными степями.

Полупустините са добри пасища за дребен добитък. С изкуствено напояване може успешно да се развива селското стопанство.

пустинензаемат най-южната част на Прикаспийската низина. Климатът тук е континентален, с изобилие от слънчева топлина и светлина и малко валежи. Пустините се характеризират с резки колебания в температурата на въздуха през деня и годината. Зимите са умерено сурови, малоснежни, със сума от отрицателни среднодневни температури 800-1000 °C. Лятото е много горещо. Максималната температура на въздуха достига 45 °C, а почвата се загрява до 60 °C. Въздухът е сух. Влажността му често е 14%. Сумата на активните температури на въздуха достига 4600–5200 °C. Изобилието от топлина и липсата на влага обясняват наличието само на рядка, много рядка растителност.

Условията за натрупване на хумус (до 1–2%) са неблагоприятни, тъй като броят на растенията е малък и процесът на унищожаване на органичните остатъци е много бърз. Пустинните почви са слабо измити от атмосферни валежи и поради това съдържат голямо количество соли. Зоналният тип пустинни почви е сиво-кафява пустиня.

Субтропици.Субтропиците в Русия се намират на северната граница на глобалната субтропична зона на брега на Черно море от Туапсе до границата с Абхазия. Характерна особеност на тази зона е толкова мека зима, че растенията не спират да растат. Под закрилата на планински вериги субтропичната зона прониква на територията на Русия до 46 ° с.ш. ш. Тук са запазени древни почви и растителност от времето на палеогена.

Почвената покривка е представена от красноземи и жълтоземи - типични почви от влажни субтропици, с ниско съдържание на хумус; развити са под широколистни гори. Различните тонове на червения цвят се дължат на съдържанието на железен оксид в кората на изветряне.

Височинна поясност.Броят на височинните пояси във всяка планинска система на нашата страна и тяхното надморско положение се определят от географската ширина на мястото и положението на територията спрямо моретата и океаните. Колкото по-високо се издигат планините и колкото по на юг са разположени, толкова по-голям е броят на височинните зони, които имат.