4. Структура биосферы. Вертикальные пределы биосферы. «Живое вещество», его определение и химический состав. Масса живого вещества и его продукция.

Биосфе́ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

В составе биосферы различают:

1.живое вещество, образованное совокупностью организмов;

2.биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

3.косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

4. биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Атмосфера. Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны:кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

Биосфера по вертикали разделяется на две четко  обособленные  области: верхнюю,  освещенную  светом,   -   фотобиосферу,   в   которой   происходит фотосинтез, и нижнюю,  «темную»,  -  меланобиосферу,  в  которой  фотосинтез невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового  экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу  до глубинных слоев океана. В. И.  Вернадский  отмечал,  что  «пределы  биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». 

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества.

Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6·10¹² т (в сухом весе) и составляет менее 10⁻⁶ массы других оболочек Земли. Живые организмы со­стоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются  С, О, N и Н.Живые организмы, используя солнечную энергию, способны накапливать ее в органическом веществе, т. е. создавать продукцию. Выделяют первичную продукцию — органическое вещество, создаваемое растениями за единицу времени (год), и вторичную продукцию — увеличивающуюся биомассу животных — потребителей первичной органической продукции. Оба вида продукции измеряются массой либо полученного сухого вещества, либо содержащегося в продукции углерода, либо энергией, эквивалентной данной биомассе в джоулях (Дж).Кроме того, различают валовую (общую) первичную продукцию, которая соответствует общей массе углерода, поглощенного автотрофами, и чистую первичную продукцию — разность между валовой продукцией и потерями ее на собственные нужды растений. Валовая первичная продукция эквивалентна части солнечной энергии, поглощенной этими организмами. Она составляет 1% общей энергии (около 21 • 10²⁰ кДж), ежегодно получаемой Землей (Рамад, 1981). Чистая первичная продукция представляет собой продуктивность (урожайность) растительного покрова.

8. Водоемы и их животное население: экологические группы и механизмы приспособлений к среде. Влияние периодических и непериодических колебаний уровня воды на животное население речных долин, побережий морей, озер, водохранилищ.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных и 10 000 растений, что составляет соответственно всего 7 и 8 % от общего числа видов Земли

Экологические группы гидробионтов

Наибольшим разнообразием жизни отличаются теплые моря и океаны (40 тыс видов животных) в области экватора и тропиках, к северу и югу происходит обеднение флоры и фауны морей в сотни раз. Что касается распределения организмов непосредственно в море, то основная масса их сосредоточена в поверхностных слоях (эпипелагиаль) и в сублиторальной зоне. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, морские обитатели подразделяются на три экологические группы: нектон, планктон и бентос. Нектон - активно передвигающиеся крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения: рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах к нектону относятся и земноводные и множество насекомых.

Планктон - совокупность растений (фитопланктон: диатомовые, зеленые и сине-зеленые водоросли, растительные жгутиконосцы, перидинеи и др.) и мелких животных организмов (зоопланктон: мелкие ракообразные, из более крупных - крылоногие моллюски, медузы, гребневики, некоторые черви), обитающих на разной глубине, но не способных к активным передвижениям и к противостоянию течения, пассивно плавающее «временное» население самого верхнего слоя воды.

Бентос - гидробионты дна. Представлен в основном прикрепленными или медленно передвигающимися животными (зообентос: фораминефоры, рыбы, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие моллюски, асцидии, и др.), более многочисленными на мелководье. На мелководье в бентос входят и растения (фитобентос: диатомовые, зеленые, бурые, красные водоросли, бактерии). На глубине, где нет света, фитобентос отсутствует. У побережий встречаются цветковые растения зостера, рупия. Наиболее богаты фитобентосом каменистые участки дна.

В озерах зообентос менее обилен и разнообразен, чем в море. Его образуют простейшие (инфузории, дафнии), пиявки, моллюски, личинки насекомых и др. Фитобентос озер образован свободно плавающими диатомеями, зелеными и сине-зелеными водорослями; бурые и красные водоросли отсутствуют.

Основные пути приспособления живых организмов к условиям среды

Во всем разнообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным условиям среды можно выделить три основных пути.

Активный путь - это усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на отклонения фактора от оптимума (образование подкожного жира в холодный период).

Пассивный путь - подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. При недостатке тепла это приводит к угнетению жизнедеятельности и понижению уровня метаболизма, что способствует экономному использованию энергетических запасов. Компенсаторно повышается устойчивость клеток и тканей организма Элементы пассивной адаптации присущи и типичным гомойотермным животным, обитающим в условиях крайне низких температур. Это выражается в некотором снижении уровня обмена, замедлении темпов роста и развития, что позволяет экономнее тратить ресурсы по сравнению с быстро развивающимися видами.

Избегание неблагоприятных воздействий - третий возможный путь приспособления к среде. Общий способ для всех групп организмов - выработка таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года. Для животных основным способом избегания пессимальных температур являются разнообразные формы поведения.Например, некоторые виды рыб могут мигрировать в поисках лучших мест для кормления и нерестилища.

Избегание, уход от действия крайних температур или недостатка влаги свойствен организмам в той или иной мере и при активном, и при пассивном пути адаптации к среде. Все три пути приспособления характерны и по отношению к другим экологическим факторам среды. Чаще всего приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптаций.

Влияние периодических и непериодических колебаний воды на животных

К периодическим относятся подъемы и спады уровня под влиянием приливообразующих сил. Непериодические зависят от неравномерности стока рек, сейсмических явлений, осадков, водообмена с другими водоемами, а также нагонов и стонов воды под воздействием ветра.

Известно, что в результате таяния снегов и дождей повышается уровень воды в реке, увеличивается скорость течения, мутность и, следовательно, снижается степень прозрачности воды, которая существенно влияет на ее освещенность. Прозрачность воды зависит от содержания в толще воды неорганических и органических взвешенных частиц, а также мельчайших растительных и животных организмов. Чем больше в воде содержится взвешенных частиц и микроорганизмов, тем меньше ее прозрачность и, наоборот. Поздней осенью и зимой вода бывает более прозрачна, чем весной и летом, так как весенний паводок и летние ливневые дожди приносят в водоем большое количество неорганических и органических веществ, в это же время года в воде бурно развиваются одноклеточные водоросли и беспозвоночные животные.

Большое количество взвешенных частиц глины и песка в воде вызывает отмирание фито- и зоопланктона, затрудняет дыхание рыб и ухудшает их питание. Мутность воды, образованная взвесью частиц из отмерших растительных и животных организмов, ухудшает гидрохимический режим водоема.

От освещенности у большинства рыб зависит строение органа зрения, которое играет значительную роль при их ориентировке во время движения и суточном ритме активности. Этот фактор среды обусловливает возможности охоты хищника за жертвой и защиты жертвы от хищника.

Освещенность влияет на развитие рыб. Так, у многих видов рыб в эмбриональный период нарушается обмен веществ, если развитие происходит в несвойственных для них условиях освещенности. Примером этому может быть развитие зародышей и предличинок лососевых на свету.

Освещенность оказывает также большое влияние на нерестовые миграции проходных и полупроходных рыб из моря в реку, их нерест и миграцию их молоди из реки в море. Однако на эти процессы влияет не только свет, но и уровень воды в реке, скорость течения и температура. Поэтому влияние этих факторов среды на рыб необходимо рассматривать не отдельно, а при их совместном воздействии.

Уровень воды, скорость течения и освещенность влияют на миграцию личинок и молоди рыб из рек в море.