Рассмотрите рисунок 157. В чем особенности круговоротов химических элементов в биосфере? Какую роль в этих процессах играют организмы?
Биосфера - иерархически построенная система, состоящая из нескольких взаимосвязанных между собой уровней организации живой материи. В ней постоянно идут круговороты веществ, энергетические и информационные потоки. Существование всех компонентов биосферы подчиняется действию космических и планетарных сил, оказывающих на нее воздействие.
Целостность биосферы. Каждый компонент биосферы существует не изолированно, а испытывает влияние со стороны других компонентов и сам на них воздействует. Изменение любого из компонентов вызывает изменение других. Наиболее подвержены изменениям животный и растительный мир, менее изменчивы почва, гидросфера и атмосфера. Еще меньшим изменениям подвержены климат, рельеф и литосфера. Скорость изменения компонентов биосферы убывает в следующем порядке: животный мир → растительный мир → почва → гидросфера → атмосфера → климат → рельеф → литосфера.
Круговороты веществ и биогеохимические циклы. Стабильность биосферы поддерживается постоянно происходящими в ней круговоротами веществ. Они разнообразны по масштабам и качеству явлений. Еще до появления организмов на Земле существовал геологический, или большой, круговорот. Например, круговорот воды в природе. С появлением живого вещества геологический круговорот дополнился биологическим, или малым, круговоротом, в котором ведущую роль стали играть организмы. В противоположность геологическому в биологическом круговороте перемещается незначительная часть веществ и энергии. Однако, энергия, вовлеченная в биологический круговорот, преобразуется автотрофами в продукцию первичного органического вещества, используемого в дальнейшем другими организмами биосферы.
С появлением на Земле организмов химические элементы, входящие в их состав, стали непрерывно циркулировать в биосфере, переходя из внешней среды в состав живых тел и обратно во внешнюю среду. Такую циркуляцию называют биогеохимическими циклами элементов, например, биогеохимический цикл углерода и азота (рис. 157). Ученые предполагают, что за последние 600 млн лет характер биогеохимических циклов на нашей планете существенно не менялся: происходило накопление кислорода, связывание углекислого газа и азота, осаждение кальция и др.
Рис. 157. Биогеохимические циклы углерода (1) и азота (2) в биосфере
Ритмичность явлений в биосфере. Для биосферы характерна повторяемость во времени явлений, обусловленных различными воздействиями, главные из которых - гравитационные и корпускулярные. Первые связаны с изменениями орбит вращения Земли и Солнца под влиянием других планет и галактик. Вторые вызваны элементарными частицами, излучаемыми звездами и распространяемыми в космическом пространстве.
Гравитационные воздействия служат причинами климатических циклов, сменяющихся на Земле с четкой периодичностью в 0,4; 1,2; 2,5; 3,7 млн лет. Например, 400-тысячелетний цикл вызывает крупномасштабные изменения климата на планете. Это приводило в прошлом к вымиранию или эволюционному расцвету отдельных групп организмов (рис. 158). Резкое повышение в результате вулканической деятельности содержания углекислого газа в атмосфере девонского и каменноугольного периодов (около 350 млн лет назад) стало причиной бурного роста лесов из плаунов, хвощей и папоротников. «Кислородная вспышка» в мезозое (около 130 млн лет назад), ставшая результатом фотосинтетической деятельности палеозойских лесов, способствовала появлению и расцвету динозавров.
Рис. 158. Вымирание систематических групп организмов в прошлом (им соответствуют провалы на диаграмме)
Корпускулярные воздействия связаны с влиянием на биосферу 11-летнего ритма солнечной активности, открытые отечественным ученым А.Л. Чижевским (рис. 159). Проанализировав историю 80 стран мира и сопоставив ее с астрофизическими данными о вспышках на Солнце, он сделал вывод об обусловленности процессов жизни периодичностью солнечной активности. Главная его идея состояла в установлении связи различных событий с годами активного и пассивного Солнца. Идеи Чижевского, развитые гелиобиологией, ознаменовали начало новой вехи в понимании влияния космических факторов на процессы в биосфере. Представление о Солнце, как источнике энергии, настраивающим на определенный ритм все земные процессы, в том числе и общественно-исторические, дает человечеству возможность их взаимной координации. Так, если бы удалось согласовать космические циклы с проводимыми в разных странах социально-экономическими реформами, человечество получило бы в свое распоряжение мощный ускоритель их полезных эффектов и гаситель негативных.
Рис. 159. Александр Леонидович Чижевский (1897-1964)
Зональность биосферы. Наиболее существенная закономерность существования биосферы - зональность. Она проявляется в распределение на поверхности Земли тепла, влаги, почв, растительного и животного мира. Главный фактор зональности - солнечное излучение в сочетании с шарообразностью Земли. Лучи Солнца, падающие на Землю в высоких широтах, распределяются по большей площади. Поэтому их интенсивность здесь ниже, чем вблизи экватора. Помимо этого на распределение тепла по земному шару влияют высота местности, соотношение суши и моря, морские течения.
Зональность биосферы проявляется в существовании ландшафтно-географических зон, в пределах каждой из которых формируются характерный для нее биом (от греч. bios - жизнь и лат. - ота - окончание, означающее целостность) - совокупность организмов и абиотической среды (рис. 160). Широтную зональность биосферы, проявляющуюся в существовании биомов, нарушают вулканизм, складчатость земной коры и другие процессы. Их следствием становится формировании высотных поясов - высотной зональности, в основном повторяющей широтную (рис. 161). Так, температура, от которой зависит характер растительности, понижается по мере продвижения вверх по горному склону или по мере удаления от экватора. При наличии обильных осадков растительность в широтной и высотной зональностях биосферы сходна.
Рис. 160. Карта распределение биомов поверхности суши Земли
Полярная асимметрия биосферы. Эта закономерность существования биосферы проявляется в различиях, имеющихся между природой Северного и Южного полушарий. Так, в Северном полушарии огромные пространства умеренного пояса занимают хвойные леса - тайга. В Южном полушарии эта ландшафтногеографическая зона аналога не имеет, так как суша на этой широте отсутствует. В Австралийской биогеографической области в Южном полушарии распространены млекопитающие из отрядов Однопроходные и Сумчатые, которых нет в Голарктической биогеографической области в Северном полушарии, где сходные экологические ниши занимают плацентарные.
Рис. 161. Широтная и высотная зональности биосферы
Целостность биосферы; круговороты веществ: геологический, биологический; биогеохимические циклы элементов; воздействия на биосферу: гравитационные и корпускулярные; зональность биосферы, биомы, полярная асимметрия.
1. Докажите целостность биосферы как живой оболочки нашей планеты. 2. Расскажите о биогеохимическом круговороте углерода и азота. 3. В чем проявляется ритмичность явлений в биосфере? Приведите примеры гравитационных и корпускулярных воздействий на биосферу. 4. С чем связана широтная и высотная зональности биосферы? 5.Что такое биом? Приведите примеры биомов суши. 6. В чем проявляется полярная асимметрия биосферы?