Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической частей.
Абиотическая часть представлена:
1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства;
2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;
3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы
В основе биогенной миграции в биосфере лежат два биохимических принципа:
¨ стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;
|
|
¨ обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.
Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть.
Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера.
Один из вариантов границ биосферы приведен на рис. 6.5.
При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе, как о некой общей живой массе планеты.
Под живым веществом В. И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое.
Его химический состав подтверждает единство природы ¾ он состоит из тех же элементов, что и неживая природа (рис. 6.3), только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное (рис. 6.4).
Рис. 6.3. Участие различных химических элементов атмосферы, гидросферы и литосферы в построении живого вещества (относительные числа атомов) (по В. Лархеру, 1978).
Выделены самые распространенные элементы
Рис. 6.4. Структурные формулы некоторых органических соединений живой клетки
Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.
По подсчетам ученых его масса составляет 2420 млрд т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли ¾ атмосферы.
Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду ¾ в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.
|
|
«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считает, что этот захват продолжается.
На рис. 6.5 наглядно показаны границы биосферы ¾ от высот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает до 12 тыс. атм.
Это стало возможным потому, что пределы толерантности температур у различных организмов практически от абсолютного нуля до плюс 180 °С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме.
Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов ¾ от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов).
Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности к распространению.
Рис. 6.5. Распределение живых организмов в биосфере:
1 ¾ озоновый слой; 2 ¾ граница снегов; 3 ¾ почва; 4 ¾ животные, обитающие в пещерах; 5 ¾ бактерии в нефтяных водах (высота и глубина даны в метрах)
Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их местообитание, существует биогенный ток атомов.
Этот ток не смог бы иметь место, во всяком случае в наземных условиях, если бы не было почв.
Почвы ¾ важнейший компонент биосферы, оказывающий, наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом.
Именно почвы обеспечивают питание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов.
Почвы на Земле разнообразные и их плодородие тоже разное.
Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности.
Наиболее богаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация идет медленно.
Наименее богаты гумусом лесные почвы, где минерализация по скорости опережает гумификацию.
Выделяют по различным признакам множество типов почв.
Под типом почв понимается большая группа почв, формирующаяся и в однородных условиях, характеризующаяся определенным почвенным профилем и направленностью почвообразования.
Поскольку важнейшим почвообразующим фактором является климат, то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической зональностью:
арктические и тундровые почвы,
подзолистые почвы,
черноземы,
каштановые,
серо-бурые почвы
и сероземы, красноземы и желтоземы.
Распространение основных типов почв на земном шаре показано на рис. 6.6.
Рис. 6.6. Схематическая карта зональных типов почв мира:
1 ¾ тундра; 2 ¾ подзолы; 3 ¾ серо-бурые подзолистые почвы, бурые лесные почвы и т. д.;4 ¾ латеритные почвы; 5 ¾ почвы прерий и деградированные черноземы; 6 ¾ черноземы; 7 ¾ каштановые и бурые почвы; 8 ¾ сероземы и пустынные почвы; 9 ¾ почвы гор и горных долин (комплекс); 10 ¾ ледяной покров
Время формирования почв зависит от интенсивности гумификации.
Скорость накопления гумуса в почвах можно определить в единицах, измеряющих мощность (толщину) гумусового слоя по отношению к времени их формирования, например, в мм/год.
Такие цифры приводятся в табл. 6.4.
Таблица 6.4