Биомасса наземных растений составляет от биомассы биосферы. Лауреат всероссийского конкурса по созданию новых учебников по общим естественнонаучным дисциплинам для студентов высших учебных заведений

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 

Глава ХVI Биосфера Охрана биосферы Тема Биомасса биосферы. Биомасса наземных растений составляет от биомассы биосферы


Биомасса биосферы

Documents войти Загрузить ×
  1. No category
advertisement advertisement
Related documents
«Понятие о биосфере». Урок контроля, оценки, коррекции и Глава V
Тест по теме Биосфера Земли
Тест «Биосфера – глобальная экосистема» 11 класс
Биосфера
Биосфера
РАБОЧИЙ ЛИСТ 11 КЛАСС. БИОСФЕРА. ПОНЯТИЕ БИОСФЕРЫ
Вопросы зачет
О с н о в н ы е т...
ТЕСТ 3 биосфера
Использование биомассы на пути к устойчивому развитию
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ТОПЛИВА
Скачать advertisement StudyDoc © 2018 DMCA / GDPR Пожаловаться

studydoc.ru

Биомасса биосферы. Круговорот элементов в биосфере

Тема: Биомасса биосферы. Круговорот элементов в биосфере

Задачи:

  • Изучить биомассу биосферы.
  • Рассмотреть круговорот химических элементов в биосфере.

Биомасса биосферы

Биомасса биосферы составляет примерно 0,01% от массы косного вещества биосферы, причем около 99% процентов биомассы приходится на долю растений, на долю консументов и редуцентов — около 1%.

На континентах преобладают растения (99,2%), в океане — животные (93,7%).

Биомасса суши гораздо больше биомассы мирового океана, она составляет почти 99,9%. Это объясняется большей продолжительностью жизни и массой продуцентов на поверхности Земли. У наземных растений использование солнечной энергии для фотосинтеза достигает 0,1%, а в океане — только 0,04%.

Биомасса биосферы

Биомасса различных участков поверхности Земли зависит от климатических условий — температуры, количества выпадаемых осадков. Суровые климатические условия тундры — низкие температуры, вечная мерзлота, короткое холодное лето сформировали своеобразные растительные сообщества с небольшой биомассой. Растительность тундры представлена лишайниками, мхами, стелющимися карликовыми формами деревьев, травянистой растительностью, выдерживающей такие экстремальные условия.

Биомасса биосферы

Биомасса тайги, затем смешанных и широколиственных лесов постепенно увеличивается. Зона степей сменяется субтропической и тропической растительностью, где биомасса максимальна.

Растительный покров обеспечивает органическим веществом и всех обитателей почвы — животных (позвоночных и беспозвоночных), грибы и огромное количество бактерий. Бактерии и грибы — редуценты, они играют значительную роль в круговороте веществ биосферы, минерализуя органические вещества. "Великие могильщики природы" — так назвал бактерии Л.Пастер.

Биомасса биосферы

Гидросфера "водная оболочка" образована Мировым океаном, который занимает около 71% поверхности земного шара, и водоемами суши — реками, озерами — около 5%. Много воды находится в подземных водах и ледниках.

В связи с высокой плотностью воды, живые организмы могут нормально существовать не только на дне, но и в толще воды, и на ее поверхности. Поэтому гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом , планктоном, нектоном и нейстоном .

Биомасса биосферы

Бентосные организмы (от греч. benthos — глубина) ведут придонный образ жизни, живут на грунте и в грунте. Фитобентос образован различными растениями — зелеными, бурыми, красными водорослями, которые произрастают на различных глубинах: на небольшой глубине зеленые, затем бурые, глубже — красные водоросли которые встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными — моллюсками, червями, членистоногими и др. Многие приспособились к жизни даже на глубине более 11 км.

Биомасса биосферы

Планктонные организмы (от греч. planktos — блуждающий) — обитатели толщи воды, они не способны самостоятельно передвигаться на большие расстояния, представлены фитопланктоном и зоопланктоном. К фитопланктону относятся одноклеточные водоросли, цианобактерии, которые находятся в морских водоемах до глубины 100 м и являются основным продуцентом органических веществ — у них необычайно высокая скорость размножения.

Биомасса биосферы

Зоопланктон — это морские простейшие, кишечнополостные, мелкие ракообразные. Для этих организмов характерны вертикальные суточные миграции, они являются основной пищевой базой для крупных животных — рыб, усатых китов.

Нектонные организмы (от греч. nektos — плавающий) — обитатели водной среды, способные активно передвигаться в толще воды, преодолевая большие расстояния. Это рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие и другие животные.

Биомасса биосферы

Нейстонные организмы — обитатели поверхностной водной пленки, прикрепленные к ней сверху или снизу.

Круговорот углерода

Деятельность живых организмов приводит к биогенной миграции химических элементов в биогеоценозах, к их круговороту.

Автотрофные организмы постоянно извлекают из косного вещества биосферы биогенные элементы, которые движутся по цепям питания, могут на длительное время выводится из круговорота в форме биогенного вещества, но, в конце концов, редуценты, деструкторы возвращают их в неживую природу.

Круговорот химических элементов рассмотрим на примере круговорота важнейших биогенных элементов — углерода и азота.

Круговорот углерода

Углерод входит в состав всех органических веществ любых живых организмов. Он извлекается из атмосферы в форме углекислого газа во время фотосинтеза, из углекислого газа и воды образуются углеводы и другие органические молекулы.

Часть углерода возвращается в атмосферу при дыхании самих растений (до 80%), другая часть начинает движение по пастбищным и детритным цепям питания. Большая часть потребленного каждым организмом органического вещества окисляется при дыхании и только 5-25% превращается в собственное органическое вещество. При переходе от одного организма к другому происходит потеря большей части энергии в форме тепла и разрушение органического вещества до углекислого газа и воды.

Круговорот азота

Несмотря на то, что растения буквально купаются в азоте (азота в атмосфере около 80%), они не могут использовать. Атмосферный азот химически инертен, его фиксация осуществляется только некоторыми свободноживущими бактериями, клубеньковыми бактериями и цианобактериями.

После их гибели соединения азота используются продуцентами, затем консументами. Часть азота фиксируется из атмосферы в виде оксидов во время грозовых разрядов. Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, это один из четырех элементов первой группы, на долю которых приходится до 98% от массы организма.

Круговорот азота

В результате жизнедеятельности происходит постоянное выведение из организма продуктов белкового обмена — аммиака, мочевины, мочевой кислоты и других.

После гибели организмов, при разложении органических веществ аммонифицирующие бактерии образуют аммиак ( NH 3 ).

Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов. Растения способны усваивать часть нитратов, вновь используя азот для синтеза белков. Возвращают азот в атмосферу денитрифицирующие бактерии, которые в процессе гниения остатков растений и животных превращают нитраты в свободный азот.

Повторение

Тест 1 . Термин "Биосфера" в 1875 году ввел:

Э.Зюсс.

В.И.Вернадский.

Ж.Б.Ламарк.

В.Н.Сукачев.

Тест 2 . Учение о биосфере было создано:

Э.Зюссом.

В.И.Вернадским.

Ж.Б.Ламарком.

В.Н.Сукачевым.

Тест 3 . Литосфера заселена на глубину:

1 км.

2 км.

4-7 км.

8-12 км.

Повторение

Тест 4 . Верхняя граница жизни проходит в атмосфере на высоте:

10 км.

20 км.

100 км.

800 км.

Тест 5 . Гидросфера заселена на глубину:

100 м.

200 м.

4 км.

До 11,034 км.

Тест 6 . Биомасса поверхности суши больше биомассы океана:

В 10 раз.

В 100 раз.

В 1000 раз.

Биомасса океана больше биомассы суши в 10 раз.

Повторение

Тест 7 . Биомасса зеленых растений суши составляет:

70,2% от общей биомассы суши.

80,2% от общей биомассы суши.

90,2% от общей биомассы суши.

99,2% от общей биомассы суши.

Тест 8 . Биомасса животных и микроорганизмов океана составляет:

93,7% от общей биомассы океана.

63,7% от общей биомассы океана.

43,7% от общей биомассы океана.

3,7% от общей биомассы океана.

Тест 9 . Использование энергии солнечного излучения на суше составляет:

10%.

0,1%.

0,04%.

0,004%.

Повторение

Тест 10 . Использование энергии солнечного излучения в океане составляет:

10%.

0,1%.

0,04%.

0,004%.

  • Почему углерод является важнейшим биогенным элементом?
  • Каким образом углерод из атмосферы попадает в живые организмы?
  • За счет каких процессов происходит возвращение углерода в атмосферу?
  • Назовите основные этапы круговорота углерода в природе.
  • Какова роль продуцентов, консументов и редуцентов в круговороте углерода? Почему азот является важнейшим биогенным элементом?
  • Могут ли растения фиксировать атмосферный азот?
  • Каким образом происходит связывание атмосферного азота?
  • Какие микроорганизмы способны фиксировать атмосферный азот?

Повторение

  • Какие микроорганизмы разлагают органические вещества с образованием аммиака?
  • Какие микроорганизмы окисляют аммиак до нитритов и нитратов?
  • Какие микроорганизмы возвращают азота в атмосферу? Какова биомасса биосферы?
  • Какой процент от общей биомассы Земли приходится на долю растений?
  • Какова биомасса автотрофных и гетеротрофных организмов поверхности суши?
  • Какова биомасса автотрофных и гетеротрофных организмов в океане?
  • Каков процент использование солнечной энергии для фотосинтеза на суше и в океане?

multiurok.ru

Функции живого вещества в биосфере

АрхеологияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБотаникаБухгалтерский учётВойное делоГенетикаГеографияГеологияДизайнИскусствоИсторияКиноКулинарияКультураЛитератураМатематикаМедицинаМеталлургияМифологияМузыкаПсихологияРелигияСпортСтроительствоТехникаТранспортТуризмУсадьбаФизикаФотографияХимияЭкологияЭлектричествоЭлектроникаЭнергетика

Живое вещество (совокупность живых организмов) по массе составляет 0,01—0,02% всего вещества био­сферы. Однако благодаря исключи­тельно высокой скорости химиче­ских реакций, катализируемых фер­ментами, способности к быстрому воспроизводству и освоению пространства, живое вещество играет ведущую роль в геологических процессах и преобразовании земной коры. Черпая энергию и вещество из окружающей среды, живые организмы осуществляют важнейшие биогеохимические функции: энерге­тическую, концентрационную, газо­вую, окислительно-восстановитель­ную и др., преобразуя окружающую их среду и биосферу в целом.

Энергетическая функция осуще­ствляется главным образом растения­ми, улавливающими солнечную энер­гию и превращающими ее в химиче­скую энергию органических соедине­ний. По расчетам В. И. Вернадского, растения ежегодно аккумулируют около 1019 ккал энергии, за счет кото­рой образуется около 150 млрд тонн чистой биологической продукции. Остальная часть энергии рассеивает­ся, переходя в тепло, а также накапли­вается в отмершем органическом веществе и образует биогенные полез­ные ископаемые (каменный уголь, торф, нефть, горючие сланцы и др.), которые В. И. Вернадский образно на­зывал «солнечными консервами».

Концентрационная функция за­ключается в способности живых ор­ганизмов избирательно накапливать химические элементы, рассеянные во внешней среде. Благодаря этому содержание некоторых элементов в клетках живых организмов может в сотни тысяч раз превосходить их концентрацию в окружающей среде. В клетках микроорганизмов, напри­мер, содержание железа иногда уве­личено по сравнению с природной средой в 65 000 раз, марганца — в 1 200 000 раз. В результате жизнедеятельности ми­кроорганизмов образовались залежи железных руд; известковые скеле­ты морских беспозвоночных сформи­ровали осадочные породы мела и известняка.

Газовая функция проявляется в выделении растениями О2 в процессе фотосинтеза, а животными и расте­ниями — СО2 при дыхании. Некото­рые бактерии образуют азот и серово­дород. С газовой функцией живых орга­низмов связано образование в атмо­сфере Земли кислорода и уменьше­ние концентрации СО2, которая сни­зилась от десятков процентов в ранний период развития жизни до 0,035% в настоящее время.

Окислительно-восстановитель­ная функция проявляется в интенси­фикации процессов окисления и вос­становления с помощью живых ор­ганизмов. В результате их жизнедеятельности ускоряется разложение и минерализация органического вещества мертвой биомассы, химическое разложение горных пород. Напри­мер, неорганические и органические кислоты, образуемые бактериями, грибами, водорослями и другими почвенными организмами, разруша­ют минералы, включая составляю­щие их химические элементы в био­геохимические циклы.

В результате комплексного прояв­ления указанных и многих других функций, организмы стали основ­ным фактором создания современ­ной природной среды. За время существования жизни на Земле продукция живого вещества составила примерно 2,4 х 1020т, что в 12 раз больше массы земной коры. Благодаря уникальной химической активности такой грандиозной мас­сы живой материи, действовавшей в течение сотен миллионов лет, была создана и поддерживается природная среда всех геологических составляю­щих биосферы. Изменился химический состав первичной атмосферы и вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный слой почвы и т. п. Скорость биогенной миграции атомов и превращения энергии в биосфере постоянно увеличивались вследствие появления все более совершенных организмов и постоянного роста темпов увеличения их численности. По вы­ражению В, И. Вернадского, «на Земле нет химической силы более могущественной по результатам своего действия, чем живые организмы, взятые в целом». С возникновением человеческого общества процессы воздействия на среду еще более уско­рились, а сам человек стал одним из самых мощных факторов преобразо­вания лика Земли.

Биомасса биосферы

 

Биомасса биосферы составляет примерно 2,423 х 1012 т. Она распре­деляется по трем средам обитания: литосфере, гидросфере и атмосфере. На долю литосферы и тропосферы приходится 2,42 х 1012 т биомассы, гидросфера содержит 0,003 х 1012 т живого вещества.

Биомасса литосферы

Биомасса литосферы образована, в основном, растениями (99,2%). Доля животных и микроорганизмов состав­ляет лишь 0,8% ее суммарной величи­ны. Основное количество биомассы со­средоточено в самом поверхностном слое литосферы, преимущественно в почве, толщина которой составляет от нескольких сантиметров до 2—3 м. Более глубоко проникают корни ряда растений и сопутствующие им орга­низмы. По трещинам земной коры анаэробные бактерии опускаются на глубину 2—3 км и на 1—2 км ниже дна океана. В нефтяных скважинах ана­эробные бактерии были обнаружены на глубине 7,5 км.

Большая часть организмов, насе­ляющих сушу, связана со своеобраз­ными биоценозами почвы — рыхлого поверхностного слоя коры Земли, из­мененного атмосферными влияния­ми и живыми организмами.

Почвы образуются из материн­ской породы, разрушившейся в про­цессе выветривания, которое вклю­чает физические процессы: замерза­ние — оттаивание, нагревание — ох­лаждение, механическое действие твердых частиц, переносимых водой или ветром, а также воздействие биологических факторов, например, давления и действия химических выделений корней растений, прони­кающих в мелкие трещины субстра­та. При выветривании растениям становятся доступны ионы биогенных (необходимых для жизни) эле­ментов (нитратов, фосфатов, и др.) и на осадочных породах начинает развиваться растительный покров. В грунте формируются детритные трофические цепи сапрофагов, в ре­зультате деятельности которых дет­рит перерабатывается в гумус — аморфное органическое вещество, в котором уже невозможно распо­знать первоначальный материал. Гумус находится в коллоидном со­стоянии. Отдельные его частицы прочно прилипают к глине и другим минеральным частицам почвы и об­разуют минерально-гуминовый комплекс.

Одновременно с процессом гумификации происходит процесс минера­лизации — превращение редуцента­ми органических соединений в неор­ганические, содержащие доступные для растений элементы минерально­го питания (нитраты, фосфаты, ка­лий, натрий, кальций и др.).

В гумусе почв накоплены огромные запасы химически связанной энер­гии, составляющие 1,2 х 1018 ккал, что соответствует запасам энергии во всей массе одновременно существую­щих живых организмов.

Почва — наиболее насыщенная организмами часть биосферы. Почвенный детрит поддерживает сложные пи­щевые цепи почвенных биоценозов, включающие множество видов чле­нистоногих, червей, моллюсков и других землероев, а также грибов, простейших и бактерий. Подсчита­но, что биомасса одних дождевых червей в суглинистых почвах дости­гает 1,2 т на 1 га, а количество бакте­рий в 1 г почвы составляет сотни мил­лионов. Некоторые позвоночные жи­вотные, например кроты и слепыши, всю жизнь проводят в почве. Многие грызуны (суслики, песчанки, полев­ки и другие животные) поддержива­ют высокую плотность своих популя­ций благодаря норному образу жиз­ни. Лисы, шакалы, барсуки в норах приносят потомство. Береговые лас­точки, удоды, сизоворонки гнездят­ся в норах.

В почве непрерывно протекают процессы газообмена и движения воды, совершаются разнообразные химические реакции, связанные с жизнедеятельностью многочислен­ных почвенных организмов. Ночью при охлаждении и сжатии газов в почву проникает некоторое количество воздуха. Проникающий в почву с воздухом кислород погло­щается растениями и животными, азот улавливается азотфиксирующими бактериями и превращается в форму, усваиваемую растениями. Днем при нагревании почвы из нее выделяются углекислый газ, амми­ак, сероводород и другие газы.

Дождевая и талая вода, попадая в почву, растворяет минеральные со­ли, при этом часть ее удерживается в ней, а часть выносится в реки и океан. Почва и растения в процессе транспирации испаряют поднимающуюся по мельчайшим порам грунтовую воду. В результате этих процессов в почве происходит постоянное движение растворов и выпадение солей в раз­ных почвенных горизонтах.

В каждой природной зоне почвообразова­тельные процессы приводят к формированию почвенного слоя разной мощности. В тундрах и полупустынях он составляет несколько сантиметров, на степных черноземах, особенно тучных, до 2—3 м. Для каждой природной зоны характерны свои типы почв: тундровая глеевая, подзоли­стая лесная, серая лесная, черноземная степ­ная, каштановая степная, пустынный серо­зем, тропический серозем и др.

Важнейшим компонентом биосфе­ры суши служит растительность. Она образует приземную пленку орга­нического вещества, заключенную между поверхностью почвы и верх­ней границей растительного покрова. Толщина этого слоя жизни варьирует от нескольких сантиметров (пусты­ни, тундры, болота и др.) до несколь­ких десятков метров (леса). Многие растения существуют в двух сферах: корни их находятся в литосфере, а стебли, листья и репродуктивные ор­ганы — в атмосфере. Наземная расти­тельность заключает около 90% биомассы биосферы и дает около 2/3 об­щей первичной продукции растений биосферы. Растительность имеет бо­лее или менее зональный характер и обнаруживает тесную связь с природ­ными климатическими поясами. Многие из них получили названия в соответствии с типом растительно­сти: зона тундры, зона хвойных ле­сов, зона смешанных лесов, и пр.

Биомасса растений, в соответст­вии с разнообразием условий сущест­вования, распределена весьма нерав­номерно, но имеет общую тенденцию к увеличению от полюсов к экватору. Так, в тундре она составляет в сред­нем 140 г/м2, в тайге — 800 г/м2, во влажных тропических лесах — 2200 и более г/м2. С севера к югу увеличивается так­же видовое разнообразие растений. В тундре, например, насчитывается около 1000 видов лишайников и мхов и около 1400 видов цветковых растений, тогда как в дождевых тро­пических лесах сосредоточено свыше 4/5 всех видов растений мира (флора Земли насчитывает около 375 тыс. видов растений). Однако, в зависимо­сти от количества осадков и распре­деления их по сезонам года, в одной природной зоне могут существовать биомы (крупные экологические так­соны) с очень большой и весьма не­значительной биомассой, например тропические дождевые леса, саван­ны, полупустыни и пустыни в тропи­ческой климатической зоне. Количество и видовое разнообра­зие животных различных биогеоце­нозов суши зависят от характера их фитоценозов и соответству­ют им.

Биомасса гидросферы

Объем вод гидросферы равен 1389,5 млн км3, 97,4% которых со­ставляют соленые воды. В их числе 96,5% — воды Мирового океана (1340,7 млн км3) и 0,9% — соленые подземные и озерные воды. На долю пресных вод приходится лишь 2,6% (35,8 млн км3) общего объема гидросферы. Это воды атмосферы, рек, озер, ледников, подземные и почвен­ные воды, а также воды, содержащие­ся в животных и растениях. Площадь Мирового океана равна 361,3 млн км2, что составляет 70,8% площади поверхности Земли (510,1 млн км2).

Основная среда гидросферы — вода — обладает рядом уникальных свойств, которые благоприятствуют развитию жизни. Вода — хороший растворитель. В ней растворяются кислород и угле­кислый газ, что особенно важно для жизни растений и животных. Темпе­ратура замерзания воды — 0 °С, а наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. Поэтому лед плавает на по­верхности воды, создавая изолирую­щий слой, препятствующий ее за­мерзанию. Даже у Северного полюса, где океан покрыт вечными льдами, под их толщей существуют разнооб­разные живые организмы. Высокая теплоемкость воды способствует сглаживанию изменений температуры водной среды в разные периоды года, а благодаря непрерывным перемещениям водных масс поддерживается относительно посто­янный физико-химический состав Мирового океана. Благоприятные для существования организмов свойства воды спо­собствовали тому, что гидросфера ста­ла местом зарождения и колыбелью жизни на нашей планете. В настоя­щее время гидросфера заселена жи­выми организмами по всей ее толще.

Особенности распространения биомассы в океане зависят от его структуры. В океане различают пелагиаль, которая включает толщу воды от по­верхности до дна, и бенталь — дно океана. Пелагиаль образуют прибрежные воды (до глубины 200 м) и зона от­крытого океана (океаническая об­ласть).

Бенталь состоит из нескольких частей. От берега до глубины пример­но 200 м (иногда больше) спускается материковый шельф. Ширина его может быть от нескольких десятков до сотен километров. Край континентального шельфа круто обрывается и переходит в материковый склон, который на глубине около 3000 м стано­вится все более пологим и образует ложе океана (рис. 20.2). Обитатели толщи воды по особенностям перемещения в ней делятся на две группы: планктон и нектон.

Планктон — совокупность организмов, не способных противостоять переносу течениями. Он включает фитопланктон, зоопланктон и бактериопланктон. Фитопланктон населяет поверхностные воды до глубины 50—100 м. Он состоит из различных водорослей и является основным продуцентом органического вещества в океане. Обилие фитопланктона зависит от содержания в поверхностном слое воды биогенных соединений, а также от интенсивности освещения, которое становится лимитирующим факто­ром в высоких широтах, вызывая сезонность в развитии планктона. Про­дукция фитопланктона, благодаря его интенсивному размножению, почти в 10 раз больше суммарной продукции всего животного населе­ния океана. Биомасса же его невели­ка (около 1,5 млрд т), так как он бы­стро поглощается зоопланктоном и более крупными животными.

 

 

Зоопланктон и планктонные бактерии обитают во всей толще воды, хотя с увеличением глубины их количество быстро убывает. В морском планктоне преобладают раз­личные ракообразные, многочислен­ные простейшие, кишечнополостные, некоторые моллюски, оболочники, икра и личинки рыб, личинки мно­гих беспозвоночных.

Нектон составляют организмы, актив­но плавающие в толще воды и способ­ные перемещаться на большие рас­стояния. К ним относятся рыбы, головоногие моллюски, морские че­репахи и змеи. В нектон входят так­же животные, размножающиеся на суше, но питающиеся в воде: ласто­ногие, пингвины и др. Хотя нектон представлен крупными животными, его биомасса приблизительно в 20 раз меньше массы планктона.

Совокупность организмов, обита­ющих на дне океана (в грунте или на ррунте), образует бентос. В его состав входят юрские звезды, голотурии, морские лилии, моллюски, многощетинковые кольчатые черви, некоторые рыбы (скат и камбала) и другие жи­вотные, а также бактерии и низшие грибы. На мелководьях произраста­ют водоросли и морские травы. Неко­торые бентосные животные прикреп­ляются к субстрату (коралловые и гидроидные полипы), другие — по­движны, как например, многощетинковые черви, моллюски, иглоко­жие, ракообразные и др. Ряд живот­ных ведут придонный образ жизни, опускаясь на дно лишь периодически (креветки, голотурии, придонные рыбы). Суммарная биомасса бентоса в океане составляет 10—12 млрд т.

Биомасса в океане распределена весьма неравномерно. Наибольшие «сгущения жизни» образуются на стыках сфер обитания, где условия существования разнообразны, а ре­сурсы особенно обильны. Наиболее густо населена при­брежная зона материкового шельфа. В этой зоне происходят резкие коле­бания температуры, смена водной и воздушной сред во время приливов и отливов, а также штормов. Переме­шивание поверхностных и глубинных вод приводит к выносу донных отложений, богатых биогенными элементами, что вызывает массовое размножение фитопланктона — на­чального звена пищевых цепей гид­росферы. Первичными продуцентами биомассы, особенно на участках с твердым дном, служат также круп­ные прикрепленные зеленые, бурые и красные водоросли, которые, в за­висимости от прозрачности воды, проникают на глубину до 60 м. Не случайно все крупное промышлен­ное рыболовство сосредоточено на материковом шельфе или недалеко от него.

Количество биомассы в океаниче­ской области в 10—100 раз меньше, чем в прибрежной зоне. Особенно бедны жизнью тропические области открытого океана, так как поверхностные слои здесь все время нагреваются и перемешивание воды очень незначительно. По количеству биомассы эти регионы можно сравнить с пустыней на суше. Они составляют около 63% акватории Мирового океана.

В приполярных районах Мирового океана более теплые и менее плотные глубинные воды, поднимаясь к поверхности, выносят с собой биогенные элементы, что способствует бурному развитию планктона. Такое обилие планктона наблюдается, например, у берегов Антарктиды, где он служит исходной кормовой базой для большинства обитающих здесь животных.

Повышение биологической продуктивности отмечается также в зо­нах апвеллинга — выноса глубин­ных вод к поверхности вследствие сгона поверхностных вод постоянно дующими вдоль побережий ветрами (например, у побережий Перу, Калифорнии и Южной Африки) или в рай­онах расхождения течений. Поэтому зоны апвеллинга служат важнейши­ми промысловыми районами Миро­вого океана.

Биомасса бентоса наибольших величин достигает на материковом шельфе (сотни и десятки г/м2) и про­грессивно убывает с увеличением глубины. На долю расположенных вблизи материков мелководий глу­биной до 200 м, занимающих менее 8% дна океана, приходится около 60% биомассы всего океанического бентоса. В центральных районах океанов, куда не поступают сносы органических веществ с материко­вых склонов, биомасса бентоса со­ставляет 0,01 г/м2и менее.

Условия жизни в глубинах океана весьма своеобразные. Свет здесь от­сутствует, температура составляет 1—2 °С, соленость — около 3,3% гидростатическое давление 300—600 атм. Скудным источником пищи служат вещества, поступающие из поверхностных слоев в виде детрита («дождь трупов»). «Оазисами жиз­ни» здесь являются сообщества орга­низмов, образующиеся вблизи выхо­дов горячих подземных вод, или рас­солов, насыщенных сероводородом. Их фауна включает многие ранее не­известные виды животных (моллю­сков, многощетинковых червей и др.). В основе жизни этих «оазисов» лежит процесс хемосинтеза. Окисляя сероводород, сульфаты, соединения железа, марганца и др. бактерии ис­пользуют полученную энергию для синтеза органических веществ в от­сутствие света.

В целом, биомасса животных Ми­рового океана в 20 раз больше общей биомассы водных растительных ор­ганизмов, что является прямой про­тивоположностью аналогичного со­отношения биомассы наземных рас­тений и животных. Различие обус­ловлено тем, что основную массу растений океана составляют интен­сивно размножающиеся мелкие и недолговечные организмы фитопланк­тона, быстро истребляемые много­численными консументами.

Биомасса всей гидросферы почти в 80 раз меньше биомассы суши. Ее доля в общем рационе человека со­ставляет только 2%. Объектом промысла служат, в основном, морские животные, за счет которых человек покрывает 15% своих потребностей в белке.

Биомасса атмосферы.

Значение атмосферы для существования жизни на Земле Жизнь в атмосфере связана с тропосферой. Для тропосферы характер­но постоянство газового состава, с увеличением высоты — понижение атмосферного давления и температу­ры (примерно на 6 °С на каждый кило­метр). В связи с понижением температуры теплый воздух от поверхности Земли поднимается вверх (конвекция). В результате его конденсации при охлаждении образуются облака и выпадают атмосферные осад­ки. Благодаря этому температура и влажность на большей части поверхности Земли соответствуют условиям, необходимым для нормальной жиз­недеятельности организмов. Вслед­ствие неравномерного нагрева зем­ной поверхности возникает циркуля­ция воздуха, которая обеспечивает горизонтальный перенос тепла, вла­ги и всех попадающих в воздух ве­ществ. Благодаря этому биосфера функционирует как единая экологи­ческая система, В стратосфере на высоте 15— 35 км свободный кислород под воз­действием солнечной радиации пре­вращается в озон, который образует озоновый экран, отражающий губи­тельное для живых организмов ульт­рафиолетовое излучение. Атмосфера защищает также поверхность Земли от разрушительного действия падаю­щих метеоритов, которые сгорают в ее верхних слоях.

Биомасса атмосферы сосредоточе­на в приземном слое, занятом растительностью. В горах продвижение растений в высоту по поверхности Земли ограничено, в основном, снижением парциального давления СО2. Вследствие этого на высоте более 6000 м над уровнем моря они сущест­вовать не могут.

Из животных к полету приспособились лишь птицы, насекомые и летучие мыши. Некоторые птицы совершают сезонные перелеты на тысячи километров, часто перелетая с одного материка на другой и даже с одного полушария в другое. В верх­ние слои тропосферы с воздушными течениями могут подниматься только очень мелкие организмы, глав­ным образом споры растений, грибов и бактерий. Все живое, проникающее выше озонового слоя, подверга­ется воздействию жесткого ультрафиолетового излучения и погибает.

 

studopedya.ru

Глава ХVI Биосфера Охрана биосферы Тема Биомасса биосферы

Глава ХVI. Биосфера. Охрана биосферы Тема: Биомасса биосферы. Круговорот элементов в биосфере Задачи: 1. Изучить биомассу биосферы. 2. Рассмотреть круговорот химических элементов в биосфере. Пименов А. В. 2005

Биомасса биосферы составляет примерно 0, 01% от массы косного вещества биосферы, причем около 99% процентов биомассы приходится на долю растений, на долю консументов и редуцентов — около 1%. На континентах преобладают растения (99, 2%), в океане — животные (93, 7%). Биомасса суши гораздо больше биомассы мирового океана, она составляет почти 99, 9%. Это объясняется большей продолжительностью жизни и массой продуцентов на поверхности Земли. У наземных растений использование солнечной энергии для фотосинтеза достигает 0, 1%, а в океане — только 0, 04%.

Биомасса биосферы Биомасса различных участков поверхности Земли зависит от климатических условий — температуры, количества выпадаемых осадков. Суровые климатические условия тундры — низкие температуры, вечная мерзлота, короткое холодное лето сформировали своеобразные растительные сообщества с небольшой биомассой. Растительность тундры представлена лишайниками, мхами, стелющимися карликовыми формами деревьев, травянистой растительностью, выдерживающей такие экстремальные условия.

Биомасса биосферы Биомасса тайги, затем смешанных и широколиственных лесов постепенно увеличивается. Зона степей сменяется субтропической и тропической растительностью, где биомасса максимальна. Растительный покров обеспечивает органическим веществом и всех обитателей почвы — животных (позвоночных и беспозвоночных), грибы и огромное количество бактерий. Бактерии и грибы — редуценты, они играют значительную роль в круговороте веществ биосферы, минерализуя органические вещества. "Великие могильщики природы" — так назвал бактерии Л. Пастер.

Биомасса биосферы Гидросфера "водная оболочка" образована Мировым океаном, который занимает около 71% поверхности земного шара, и водоемами суши — реками, озерами — около 5%. Много воды находится в подземных водах и ледниках. В связи с высокой плотностью воды, живые организмы могут нормально существовать не только на дне, но и в толще воды, и на ее поверхности. Поэтому гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом, планктоном, нектоном и нейстоном.

Биомасса биосферы Бентосные организмы (от греч. benthos — глубина) ведут придонный образ жизни, живут на грунте и в грунте. Фитобентос образован различными растениями — зелеными, бурыми, красными водорослями, которые произрастают на различных глубинах: на небольшой глубине зеленые, затем бурые, глубже — красные водоросли которые встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными — моллюсками, червями, членистоногими и др. Многие приспособились к жизни даже на глубине более 11 км.

Биомасса биосферы Планктонные организмы (от греч. planktos — блуждающий) — обитатели толщи воды, они не способны самостоятельно передвигаться на большие расстояния, представлены фитопланктоном и зоопланктоном. К фитопланктону относятся одноклеточные водоросли, цианобактерии, которые находятся в морских водоемах до глубины 100 м и являются основным продуцентом органических веществ — у них необычайно высокая скорость размножения.

Биомасса биосферы Зоопланктон — это морские простейшие, кишечнополостные, мелкие ракообразные. Для этих организмов характерны вертикальные суточные миграции, они являются основной пищевой базой для крупных животных — рыб, усатых китов. Нектонные организмы (от греч. nektos — плавающий) — обитатели водной среды, способные активно передвигаться в толще воды, преодолевая большие расстояния. Это рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие и другие животные.

Биомасса биосферы Нейстонные организмы — обитатели поверхностной водной пленки, прикрепленные к ней сверху или снизу.

Круговорот углерода Деятельность живых организмов приводит к биогенной миграции химических элементов в биогеоценозах, к их круговороту. Автотрофные организмы постоянно извлекают из косного вещества биосферы биогенные элементы, которые движутся по цепям питания, могут на длительное время выводится из круговорота в форме биогенного вещества, но, в конце концов, редуценты, деструкторы возвращают их в неживую природу. Круговорот химических элементов рассмотрим на примере круговорота важнейших биогенных элементов — углерода и азота.

Круговорот углерода Углерод входит в состав всех органических веществ любых живых организмов. Он извлекается из атмосферы в форме углекислого газа во время фотосинтеза, из углекислого газа и воды образуются углеводы и другие органические молекулы. Часть углерода возвращается в атмосферу при дыхании самих растений (до 80%), другая часть начинает движение по пастбищным и детритным цепям питания. Большая часть потребленного каждым организмом органического вещества окисляется при дыхании и только 5 -25% превращается в собственное органическое вещество. При переходе от одного организма к другому происходит потеря большей части энергии в форме тепла и разрушение органического вещества до углекислого газа и воды.

Круговорот азота Несмотря на то, что растения буквально купаются в азоте (азота в атмосфере около 80%), они не могут использовать. Атмосферный азот химически инертен, его фиксация осуществляется только некоторыми свободноживущими бактериями, клубеньковыми бактериями и цианобактериями. После их гибели соединения азота используются продуцентами, затем консументами. Часть азота фиксируется из атмосферы в виде оксидов во время грозовых разрядов. Азот входит в состав белков и нуклеиновых кислот, это один из четырех элементов первой группы, на долю которых приходится до 98% от массы организма.

Круговорот азота В результате жизнедеятельности происходит постоянное выведение из организма продуктов белкового обмена — аммиака, мочевины, мочевой кислоты и других. После гибели организмов, при разложении органических веществ аммонифицирующие бактерии образуют аммиак (NH 3). Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов. Растения способны усваивать часть нитратов, вновь используя азот для синтеза белков. Возвращают азот в атмосферу денитрифицирующие бактерии, которые в процессе гниения остатков растений и животных превращают нитраты в свободный азот.

Повторение Тест 1. Термин "Биосфера" в 1875 году ввел: Э. Зюсс. В. И. Вернадский. Ж. Б. Ламарк. В. Н. Сукачев. Тест 2. Учение о биосфере было создано: Э. Зюссом. В. И. Вернадским. Ж. Б. Ламарком. В. Н. Сукачевым. Тест 3. Литосфера заселена на глубину: 1 км. 2 км. 4 -7 км. 8 -12 км.

Повторение Тест 4. Верхняя граница жизни проходит в атмосфере на высоте: 10 км. 20 км. 100 км. 800 км. Тест 5. Гидросфера заселена на глубину: 100 м. 200 м. 4 км. До 11, 034 км. Тест 6. Биомасса поверхности суши больше биомассы океана: В 10 раз. В 1000 раз. Биомасса океана больше биомассы суши в 10 раз.

Повторение Тест 7. Биомасса зеленых растений суши составляет: 70, 2% от общей биомассы суши. 80, 2% от общей биомассы суши. 99, 2% от общей биомассы суши. Тест 8. Биомасса животных и микроорганизмов океана составляет: 93, 7% от общей биомассы океана. 63, 7% от общей биомассы океана. 43, 7% от общей биомассы океана. Тест 9. Использование энергии солнечного излучения на суше составляет: 10%. 0, 1%. 0, 04%. 0, 004%.

Повторение Тест 10. Использование энергии солнечного излучения в океане составляет: 10%. 0, 1%. 0, 04%. 0, 004%. 1. Почему углерод является важнейшим биогенным элементом? 2. Каким образом углерод из атмосферы попадает в живые организмы? 3. За счет каких процессов происходит возвращение углерода в атмосферу? 4. Назовите основные этапы круговорота углерода в природе. 5. Какова роль продуцентов, консументов и редуцентов в круговороте углерода? Почему азот является важнейшим биогенным элементом? 6. Могут ли растения фиксировать атмосферный азот? 7. Каким образом происходит связывание атмосферного азота? 8. Какие микроорганизмы способны фиксировать атмосферный азот?

Повторение 1. Какие микроорганизмы разлагают органические вещества с образованием аммиака? 2. Какие микроорганизмы окисляют аммиак до нитритов и нитратов? 3. Какие микроорганизмы возвращают азота в атмосферу? Какова биомасса биосферы? 4. Какой процент от общей биомассы Земли приходится на долю растений? 5. Какова биомасса автотрофных и гетеротрофных организмов поверхности суши? 6. Какова биомасса автотрофных и гетеротрофных организмов в океане? 7. Каков процент использование солнечной энергии для фотосинтеза на суше и в океане?

present5.com

Площади биомасса и продуктивность основных биомов земли

Площади, биомасса и продуктивность основных биомов Земли

Основные биомы, категория земель

Площадь, млн км

Биомасса

(сухое вещество)

Готовая продукция

т/га

млрд т.

т/га

млрд т.

Тундры и лесотундры

4,2

9

4

5

2,1

Таежные и горные хвойные леса

12,8

227

290

9

11,5

Лиственно-хвойные бореальные леса

6,2

280

174

14

8,6

Широколиственные листопадные леса

7,6

325

248

15

11,4

Субтропические леса

5,3

482

255

21

11,3

Влажные тропические леса

10,3

960

990

36

37,1

Саванна, чапаррель

6,2

100

62

15

9.2

Степи, прерии

2,8

26

7

13

3,6

Пустыни

22,7

7

16

2

4,2

Пашня, обрабатываемые земли

15,1

26

39

12

21,1 .

Освоенные и окультуренные пастбища

26,3

16

42

7

18,3

Воды суши

2,4

5

1

2

0,5

Сооружения, дороги, горные выработки

9,8

Полярные и горные льды

17,2

Итого для всей суши

148,9

2128

139

Океан

361,1

7

80

Всего

510,0

2135

219

В тех сообществах, где преобладают однолетние растения, травы (тундра, степи, обрабатываемые земли), годовая продукция мало отличается от среднегодовой биомассы. В лесах же продукция составляет лишь от 3,5 до 6,7% от биомассы. В океане продукция заметно превышает среднегодовую биомассу.

3.4. Биосфера

Пространство, занимаемое современной биосферой, охватывает приземный слой атмосферы, поверхностные горизонты земной коры континентов и гидросферу Земли. Верхняя граница основного слоя биосферы расположена на высоте нескольких десятков метров над поверхностью растительного покрова на суше или над океаном; нижняя - по горизонту грунтовых вод или максимального проникновения корней растений и роющих животных. В океане она ограничена слоем проникновения солнечных лучей, достаточным для осуществления фотосинтеза (не более 100 м) или глубиной сохранения биологической активности в донных осадках. За этими пределами остается ничтожная часть живых организмов, но находятся огромные массы продуктов их жизнедеятельности - ив атмосфере (газы, пары воды), и в гидросфере (растворенная и взвешенная органика).

В таблице 3.2 сопоставлены некоторые количественные характеристики биосферы и других геосфер Земли. Масса живого вещества биосферы сравнительно мала. Если ее распределить по всей поверхности планеты, то получится слой всего в 1,5 см. Эта «пленка жизни» (выражение В.И.Вернадского), составляя менее 10"6 массы других оболочек Земли, обладает несравненно большим разнообразием, и обновляет свой состав в миллион раз быстрее.

Биота биосферы обусловливает преобладающую часть химических превращений на планете. Отсюда суждение В.И.Вернадского об огромной преобразующей геологической роли живого вещества. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно (для разных круговоротов от 103 до 105) пропустили через себя, через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объем Мирового океана, большую часть массы почв, огромную массу минеральных веществ. И не только «пропустили», но и в соответствии со своими потребностями видоизменили всю земную среду.

Таблица 3.2

Сравнение биосферы с другими геосферами Земли

Геосферы

Масса, т

Разнообразие состава, V*

Время оборота состава, лет

Литосфера (кора выветривания)

2,5 *1018

1,85

5*107

Гидросфера

1,4 *1018

0.12

2*104

Атмосфера

5,2 *1015

0,38

3*104

Биота биосферы**

2,1 *1012

4,50

10

*Индекс разнообразия по Шеннону

** Живое вещество в расчете на сухой вес

Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы.

Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов (табл. 3.1), суммарная биомасса биосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 2 трлн т, ежегодная продукция биомассы в 10 раз меньше. Живое вещество биосферы на 99,5% представлено биомассой наземных растений. Суммарная продуктивность биоты биосферы охарактеризована в табл. 3.3. Общее количество энергии, преобразуемое биотой биосферы за год, превышает 1022 Дж. Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Растения сыграли решающую роль в смене восстановительной среды на окислительную в геохимической эволюции планеты и в формировании газового состава современной атмосферы. Они строго контролируют концентрации О2 и СО2, оптимальные для всей современной биоты.

Концентрационная функция. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. Это относится не только к биосинтезу органики, но и к таким явлениям, как строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков, месторождений серы, некоторых металлических руд, скоплений железомарганцевых конкреций на дне океана и т.п. Ранние этапы биологической эволюции проходили в водной среде. Организмы научились извлекать из разбавленного водного раствора необходимые для них вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле.

Таблица 3.3

Количественная характеристика биомассы и продуктивности современной биосферы

Показатель биомассы и продукции

млрд т

Биомасса живого вещества биосферы

6065

Сухое вещество биомассы биосферы

2135

Органическое вещество биомассы биосферы

2064

Годовая продукция живого вещества (брутто)

590

Сухое вещество продукции

219

Органическое вещество продукции

212

Годовое потребление и выделение СО2

360

Годовой обмен метаболической воды

105

Годовое потребление и выделение кислорода

255

Годовой приток нетто-энергии фотосинтеза (Дж • 1018)

11800

Окислительно-восстановительная функция живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях, например, молекулярный азот - один из важнейших биогенных элементов. Но живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами - ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим

фактором. Суммарный запас генетической информации биоты биосферы оценивается в 1015 бит. А общая мощность потока молекулярной информации, связанной с обменом веществ и энергии во всех клетках глобальной биоты, достигает 1036 бит/с (Горшков и др., 1996).

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они составляют мощную средообразующую функцию. Работа растений обусловила современный состав атмосферы. От состава атмосферы зависит радиационный и тепловой режим на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота - главное богатство планеты и окружающей человека среды - одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей. Следует четко представлять, что окружающая нас среда - это не фиксированная физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение воссоздаваемое работой множества живых существ.

Средообразующая функция биосферы связана со средорегулирующей функцией - биотической регуляцией окружающей среды. Ниже, при рассмотрении параметров биотического круговорота будет показано, что биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и долгое время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на исключительную сложность и динамичность регулируемой системы. Таким образом, биота биосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.

textarchive.ru

Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы.

Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов (табл. 3.1), суммарная биомасса биосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 2 трлн т, ежегодная продукция биомассы в 10 раз меньше. Живое вещество биосферы на 99,5% представлено биомассой наземных растений. Суммарная продуктивность биоты биосферы охарактеризована в табл. 3.3. Общее количество энергии, преобразуемое биотой биосферы за год, превышает 1022 Дж. Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Растения сыграли решающую роль в смене восстановительной среды на окислительную в геохимической эволюции планеты и в формировании газового состава современной атмосферы. Они строго контролируют концентрации О2 и СО2, оптимальные для всей современной биоты.

Концентрационная функция. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. Это относится не только к биосинтезу органики, но и к таким явлениям, как строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных известняков, месторождений серы, некоторых металлических руд, скоплений железомарганцевых конкреций на дне океана и т.п. Ранние этапы биологической эволюции проходили в водной среде. Организмы научились извлекать из разбавленного водного раствора необходимые для них вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле.

Таблица 3.3

Количественная характеристика биомассы и продуктивности современной биосферы

Показатель биомассы и продукции млрд т
Биомасса живого вещества биосферы
Сухое вещество биомассы биосферы
Органическое вещество биомассы биосферы
Годовая продукция живого вещества (брутто)
Сухое вещество продукции
Органическое вещество продукции
Годовое потребление и выделение СО2
Годовой обмен метаболической воды
Годовое потребление и выделение кислорода
Годовой приток нетто-энергии фотосинтеза (Дж • 1018)

 

Окислительно-восстановительная функция живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях, например, молекулярный азот - один из важнейших биогенных элементов. Но живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами - ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим

фактором. Суммарный запас генетической информации биоты биосферы оценивается в 1015 бит. А общая мощность потока молекулярной информации, связанной с обменом веществ и энергии во всех клетках глобальной биоты, достигает 1036 бит/с (Горшков и др., 1996).

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они составляют мощную средообразующую функцию. Работа растений обусловила современный состав атмосферы. От состава атмосферы зависит радиационный и тепловой режим на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота - главное богатство планеты и окружающей человека среды - одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей. Следует четко представлять, что окружающая нас среда - это не фиксированная физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение воссоздаваемое работой множества живых существ.

Средообразующая функция биосферы связана со средорегулирующей функцией - биотической регуляцией окружающей среды. Ниже, при рассмотрении параметров биотического круговорота будет показано, что биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и долгое время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на исключительную сложность и динамичность регулируемой системы. Таким образом, биота биосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.

Дата добавления: 2017-12-01; просмотров: 133;

znatock.org

БИОСФЕРА. Эволюция биосферы. Часть 2.

Основный экологические понятия и термины

Биомасса — это общая масса особей одного вида, групп видов или сообщества в целом (растения, животные, микроорганизмы), которое приходится на единицу поверхности (объема), места. проживания (в сыром или сухом виде). Выражают биомассу в килограммах на гектар, граммах на квадратный или кубический метр или в джоулях (единицах энергии). Наибольшую биомассу на суше среди гетеротрофов имеют беспозвоночные и грунтовые микроорганизмы (биомасса дождевых червей может достигать 1000—1200 кг/га), около 90% биомассы биосферы приходится на биомассу наземных растений, которые с помощью. фотосинтеза — биосферного процесса — усваивают свободную энергию и обеспечивают существование всего живого. Началом биологического кругооборота веществ есть именно фотосинтез. Но механизм фотосинтеза остается тайной для ученых и поныне. Есть несколько гипотез, которые объясняют механизм этого явления. Одна из последних - фотовольтаичная Г. Комисарова.

Наибольшей есть биомасса тропических лесов (до 1700 т/га), а наименьшей — тропических и субтропических пустынь (около-2,5 т/га). Биомасса луговых степей составляет 250 ц/га (наземная), лесной полосы (Полесье) -до 3500—4000 (наземная) и 960 ц/га (подземная).

Наземные растения за массой почти в 100 раз превышают наземных животных, а масса травоядных в столько же раз большая за массу хищников.

Скорость продуцирования биомассы на данной площади за единицу времени называют биопродуктивностью. Она может быть первичной (производительность, продуцентов) и вторичной (биомасса, которую продуцируют консументы и организмы которые разлагаются).

Первичная производительность материков составляет около 53 млрд т органического вещества, Мирового океана — до 30 млрд т. На суше основным источником первичной биомассы являются тропические леса, леса Полесья и Сибири, в океане — зоны подъема обогащенных фосфором и азотом глубинных вод возле материков в тропиках, а также материковые мели холодных морей.

Подсчитано, что ныне ежегодной биомассы планеты, которую собирает человечество, уже недостаточно для питания населения Земли, а вся биосфера способная прокормить не большее 7-10 млрд человек. Поэтому в ближайшее время следует прекратить обеднение биосферы и повысить ее производительность менимум вдвое.

На протяжении последних десятилетий все более часто употребляется термин «агроценоз». Агроценозы — молодые биоценозы, которые формируются в наше время, характеризуются видовой бедностью и однообразием и поддерживаются человеком благодаря разработанной ею системе агротехнических и агрохимических мероприятий. Это вторичные, видоизмененные человеком биогеоценозы (поля, огороды, сады, подводные плантации мидий и т.п.).

В агроценозах регуляторные связи очень ослаблены, что приводит к резкому увеличению численности вредителей и возбудителей разных болезней. Но агроценозы дают человечеству до 90 % продуктов питания.

Агроценозы - результат экстенсивного разорения земель, суперирригаций и неграмотных мелиораций, активного выпаса скота, вырубки лесов, суперхимизации земель, а также продолжительного выращивания одних и тех же культур на одних и тех же полях. Они существуют сравнительно с естественными очень непродолжительное время (зерновые агроценозы — год, садовые — 30-40 лет).

Агроценозы — следствие антропогенного обмена веществ, которое есть экологически очень несовершенным, незамкнутым, так как на входе этого обмена являются естественные ресурсы, а на выходе — агрохимические, промышленные и бытовые отходы, которые не возвращаются на производство, не депонируются и не разлагаются, как это обычно происходит в биосфере миллионы лет.

Важными есть также понятие биологический маленький и геологический большой кругооборот веществ, а также круговороты воды, азота, углекислого газа как главнейших, с экологической точки зрения, компонентов атмосферы, а также кругообороты серы, фосфора, углерода как важнейших жизненных веществ биосферы.

Кругооборот веществ — это их многоразовое участие в естественных процессах, которые извечно происходят в геосферах. Большую роль в кругооборотах веществ, а точнее химических элементов, играют живые организмы, на что впервые обратил внимание французский ученый Ж. Ламарк. В. Вернадский исследовал этот вопрос и сформулировал основные законы биогеохимического кругооборота.

Маленький, или биологический (биотический), кругооборот имеет место в границах маленьких экосистем, большой (геологический) в границах планеты, между океанами и континентами. Во время кругооборота происходит кругообразная циркуляция веществ между воздухом, грунтом, водой, растениями, животными и микроорганизмами, минеральные вещества, нужные для жизни, поглощаются, трансформируются, поступают из окружающей среды в состав растительных организмов, а от них через цепи питания в виде органических веществ — к животным, дальше через звено редуцентов - сновс в окружающую среду (в грунты, воды, воздух) в виде неорганических веществ.

Благодаря наличию в атмосфере и гидросфере большого резервного фонда углерода, азота, кислорода, серы, фосфора круговороты могут относительно быстро саморегулироваться.

Во время биологического кругооборота происходят очень характерные изменения энергии в процессе перехода с одного трофического уровня на другого. В трофический кругооборот экосистемы в среднем поступает около 1 % солнечной энергии, на следующие высшие трофические равные из низших переходит лишь 10 % усвоенной организмами энергии, а 80-90 % рассеиваются в экосистеме в виде тепла. Растения используют солнечную энергию с эффективностью от 0,1 до 1 %. Растенеядные животные потребляют около 10 % энергии, аккумулированной растениями, хищники — до 10 % накопленной травоядными животными (их биомассы), то есть всего около 0,001 % солнечной энергии, которая поступает на Землю. Этот факт разрешил построить экологические пирамиды биомасс, энергии, экосистем.

Приведем еще несколько важных экологических понятий.

Гомеостаз — состояние внутреннего динамического равновесия естественной системы, которая поддерживается путем регулярного восстановления основных ее структур, вещественно-энергетического состава т.е. постоянной функциональной саморегуляции ее компонентов. Это состояние характерный для всех природнил систем — от атома и организма к Галактике.

Иерархия экосистем - функциональное подчинение (принадлежность мелких и простых систем к больших и более сложных) экосистем разного уровня организации. Иерархический ряд имеет такой вид: биогеоценоз — биогеоценотический комплекс - ландшафт (ландшафтная провинция) - естественный пояс - биогеографическая область (подсфера биосферы, или экосистема суши, океана, атмосферы, глубин Земли) - биосфера. Экосистемы каждого уровня имеют свой кругооборот веществ.

Катаценоз — заключительная стадия вымирания биотической общности, деградация биотической среды.

Климакс — завершающая фаза биогеоценотической сукцессии; завершающий этап развития биогеоценозов в данных условиях существования; завершающая довольно стойкая фаза (не изменяется на протяжении десятилетий) естественной биогеноценотической су-кцессии, которая наибольшее отвечает экологическим условиям данной местности в определенный период геологического времени.

Негентропия — величина, обратная энтропии; мера отдаленности от состояния энергетического равновесия, стремление к неравномерности. Негентропия увеличивается с возрастанием организованности системы. Организмы и экосистемы имеют значительную негентропию.

Принцип Реди — живое происходит от живого, а между живым и безжизненным веществом существует непереходная граница.

Сукцессия - последовательное изменение биоценозов, которое возникает на одной и той же территории (биотопе) под влиянием естественных или антропогенных факторов.

nwpi-fsap.narod.ru


Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта