Литература(1) / Зверев В.Л. -Экология России проблемы природопользования и среды обитания , краеведение и учебные

81

пустыням, но в нем есть сгущения жизни, например, коралловые рифы с высокой биомассой.

Ежегодная продукция живого вещества:

Несмотря на относительно малую биомассу океана, там идет быстрее ее круговорот и суммарное производство биомассы в год почти равно приросту

биомассы на суше.

Развитие биосферы и живых организмов привело к созданию

экологического механизма биогеохимического и биоэнергетического

взаимодействия живого вещества с минеральным миром. Деятельность природных экологических систем создала биосферу, планетарную экосистему.

Экосистема /биогеоценоз/ представляет собой единый природный комплекс, образованный живыми, организмами и средой их обитания /атмосфера,

почва, водоемы/, где живые и минеральные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии. Иначе - совокупность организмов и неорганических

определенных экологических условиях биотопа и связанных между собой общим потоком космической энергии, пищевыми цепями и общей историей происхождения:

82

Экосистема = Биотоп + Биоценоз.

Экосистема относительно устойчива во времена и термодинамически открыта для притока и оттока вещества и энергии. В некоторых экосистемах вынос вещества очень велик и их стабильность во времени поддерживается постоянным притоком вещества извне. Таковы реки.

Они имеют слабый внутренний круговорот, стабильность их меняется во времени. Более полный круговорот веществ и большую автономию,

обособленность, большую стабильность имеют леса и озера. Практически замкнут круговорот вещества в тропическом лесу, который снабжает кислородом сам себя.

Однако, ни одна экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота. Материковые экосистемы обмениваются веществом с океаном и атмосферой. Экосистема биосферы Земли обменивается веществом с космическим пространством.

Существуют пределы устойчивости и саморегулирования экосистем. Если изменения в среде /почва, климат, грунтовые воды/ выходят за пределы периодических колебаний, к которым организмы привыкли, то слаженность экосистемы необратимо нарушается. Болеет глубокие нарушения в экосистеме происходят, когда в самой экосистеме или в биологических цепях популяций организмов выпадает один или несколько элементов. Это может произойти по естественной или антропогенной причине. В таком случае экосистема переживает катастрофические изменения и коренную перестройку.

Например, часть химических элементов при развитии эрозии местности была удалена из экосистемы и поступила в биогеохимический цикл ландшафта,

83

перемещаясь с водными или воздушными массами. Миграция вещества в горизонтальном направлении /водная или воздушная/ служит важнейшим звеном в механизме самоуправления биосферы условиями жизни и элементами питания организмов. Общеизвестна транспортная роль речных вод в поймах, дельтах,

эстуариях при создании ландшафтов самой высокой биопродуктивности Земли,

где возникает своеобразная "лавинная седиментация" органического вещества.

Функциональные и структурные компоненты экосистем.

1.Среда обитания - совокупность природно-климатических и минеральных факторов биотопа.

2.Минеральные образования /О,С,N,Н2О,СО2,Р и др./,

циркулирующие в обмене веществ, основные структурные компоненты живых организмов.

3.Живое вещество, состоящее из продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты - автотрофные, самопитающиеся организмы - зеленые растения, создающие органические соединения из минеральных веществ

/H20,CО2/ путем фотосинтеза. Деятельность зеленых растений, способных использовать энергию солнца, аккумулировать ее в зеленом листе при фотосинтезе стала ключевым моментом развития биосферы.

Зеленые растения, продуценты при помощи хлорофилла консервируют солнечную энергию в белках, жирах, углеводах - органических соединениях,

которые K.А.Tимиpязeв назвал концентратами солнечной энергии или солнечными консервами:

6СО2 + 12Н2О +hν /673 ккал/ хлорофилл С6Н1206 + 602 + 6Н20

84

Готовой органикой, синтезированной растениями, питаются животные пожиратели - консументы, которые не умеют превращать неорганику в органику,

например копытные млекопитающие.

Остатки продуцентов и консументов разлагают редуценты - бактерии,

которые высвобождают минеральные вещества из органических остатков. Малый,

биологический круговорот или колесо жизни совершило полный оборот.

Мотором малого круговорота служит солнце. Малый круговорот замыкается на почве, создав которую природа навсегда решила проблему питания растений,

обеспечив неограниченное функционирование жизни при ограниченных минеральных ресурсах.

Перенос энергии пищи от ее источника - растения путем поедания одних организмов другими называется пищевой цепью.

Зеленые растения образуют I трофический уровень, травоядные - П,

хищники, поедающие травоядных - Ш, вторичные хищники - IV/. С точки зрения трофических отношений / от греч- "трофос" - питание / экосистема имеет два компонента:

1/автотрофный или самостоятельно питающийся, питающий сам себя - это зеленые растения.

2/ гетеротрофный - питаемый другими, использующий готовую органику в качестве пищи. Это паразитные растения, грибы, многие микроорганизмы, все животные, человек. Пищевые цепи обеспечивают снабжение экосистемы энергией, связанной фотосинтезом и запасом биофильных элементов / С, К, Р,

Са, Mg и др./, необходимых для жизни новых поколений живого вещества. Таким образом слагаются главные звенья биогеохимических круговоротов суши.

85

Экосистемы, сложившиеся в результате длительной эволюции,

приспособления видов и популяций между собой и к условиям среды, являются весьма слаженными, устойчивыми образованиями, способными путем саморегулирования противостоять как изменениям в среде, так и изменениям внутри экосистемы. Соответственно, сложные экосистемы, охватывающие ландшафты и природные зоны, а также вся биосфера в целом обладают способностью к саморегуляции. Таким образом, стабильность, устойчивость биосферы складывается из устойчивости отдельных экосистем,

функционирующих на основе циклических биогеохимических процессов. В свою очередь, живое вещество в биосфере выступает в качестве механизма регуляции геохимической миграции, которая определяет стабильность и эволюцию,

биосферы.

Природные экосистемы развиваются, увеличивая свое видовое разнообразие и так повышают свою устойчивость. Антропогенные экосистемы,

состоящие из монокультур / сады, поля, лесопосадки/ имеют невысокую устойчивость и легко поддаются заболеваниям. Антропогенная деятельность направлена на расширение сельскохозяйственных угодий и, следовательно, на расширение площади малоустойчивых экосистем, стабильность которых,

поддерживается искусственным внесением минеральных удобрений и ядохимикатов, которые, в свою очередь отравляют получаемые продукты питания.

3.4. Планетарный геологический круговорот вещества в биосфере.

86

Основные отличия большого круговорота от малого состоят в масштабах и скорости. Большой круговорот взаимодействует со множеством малых, он охватывает все геосферы и происходит геологически медленно. Если малый круговорот можно увидеть в природе или воспроизвести в модельных условиях в течение нескольких месяцев, то большой круговорот в целом не поддается непосредственному наблюдению. Он представляет собой очень сложную природную систему (Рис.4.), которую можно представить в виде 3

взаимосвязанных подсистем:

1/ Литосферно-осадочный цикл. 2/ Круговорот воды.

3/ Биогеохимические круговороты основных биофильных элементовуглерода, кислорода, азота, фосфора, серы, кальция.

Геологический круговорот служит источником минеральных веществ для биологических круговоротов, для функционирования экосистем.

Геологический круговорот происходит под влиянием солнечной энергии и внутренней энергии Земли.

1/ Литосферно-осадочный цикл обеспечивает глобальный круговорот горных пород. Согласно концепции новой глобальной тектоники плит или концепции мобилизма литосфера Земли представляет собой подвижную систему из литосферных плит. В литосфере ученые выделяют шесть крупных плит /

Евразийская, Индийская, Тихоокеанская, Американская, Антарктическая,

Африканская / и множество мелких, плавающих на относительно пластичном подкоровом веществе - астеносфере. Плиты перемещаются в горизонтальном направлении. В рифтовых / корытообразных / зонах земной коры происходит

87

расхождение / спрединг/ океанического дна с образованием молодой океанической коры и формированием срединно-океанических хребтов.

Срединно-океанические хребты образуют единую горную систему,

опоясывающую земной шар подводным каменным поясом длиной более 60 ООО

км . В зонах глубоководных желобов и островных дуг происходит сжатие и погружение /субдукция/ океанической коры под континентальный литосферный блок. Вещество земной коры уходит в мантию. Такой процесс происходит в районе Курильской островной дуги.

Движение плит происходит в результате конвекции согласно гипотезе О.Г.Сорохтина. По этой гипотезе первоначально холодная Земля подвергалась химико-плотностной дифференциации, при которой железо сконцентрировалось в ядре, а мантия обогатилась кремнеземом, глиноземом, оксидами кальция и магния. В недрах нашей планеты действуют две конвекционных ячейки, которые осуществляют обмен вещества между астеносферой и ядром. Центры восходящих потоков располагаются в двух точках антиподах: в районе Восточной Африки /Афарский треугольник/ и в юго-восточной части Тихого океана /о-в

Пасхи/. От этих фиксированных центров литосферные плиты двигаются к зонам нисходящих потоков, которым на поверхности отвечает обрамление Тихого океана.

Движение плит приводит к образованию определенных типов горных пород и месторождений полезных ископаемых. В рифтовых зонах, в условиях растяжения и наращивания плит выплавляются базальтовые магмы, несущие хром, платину, медь, свинец, цинк, редкоземельные элементы, ниобий, тантал. В

рифтовой зоне Красного моря обнаружено выделение глубинных горячих

88

металлоносных рассолов, обогащенных хлором, натрием, кальцием, железом,

марганцем, медью, кобальтом, никелем, свинцом. В 10-метровом слое рудных осадков на глубине более 2 км содержится ~3млн.т цинка, 1млн.т меди, 4500 т

серебра, 45 т золота.

Одновременно с движением литосферных плит происходит разрушение материков сверху, под действием экзогенных геологических процессов выветривания и денудации. В результате эрозионного смыва осадочного материала в Мировой океан ежегодно поступает 12км3 горных пород. При таких масштабах сноса все континенты утонули бы в морских волнах всего через 10-20

млн. лет, если бы не существовало процесса поступления вещества из недр благодаря движению литосферных плит. На суше и в морских бассейнах,

происходит формирование осадочных пород, осадочной оболочки Земли,

состоящей из обломочных, глинистых, песчаных, химических и биохимических осадков. Среди них количественно преобладают карбонатные породы -

известняки и доломиты, образование которых происходит в самом тесном взаимодействии с биогехимическими круговоротами биофильных элементов углерода, кислорода, кальция.

Осадочная оболочка служит субстратом для формирования почвенного покрова, где развиваются наземные экосистемы с малыми биологическими круговоротами вещества, которые включаются в общий миграционный процесс геологического круговорота.

2/ Круговорот воды. Большую роль в геологическом круговороте играет вода - главный транспорт химических элементов на Земле. "Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с

89

ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов.

Нет земного вещества минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не заключало", - писал В.И. Вернадский в своей работе "История минералов земной коры". В. И. Вернадский обратил внимание на "обводненность" биосферы, где вода самое распространенное вещество. Около 40 млн. т водяного пара в год выбрасывают в атмосферу все вулканы Земли. Любой минерал или горная

порода, нагретые до 500° С растрескиваются под давлением водяного пара,

заключенного внутри микроскопических трещин и полостей. Вода - основной компонент жизни, например, у человека она составляет 60-70% массы тела, у

грибов 80%, у медуз 98%. Как говорил французский зоолог Р.Дюбуа жизнь есть

"одушевленная вода". Поверхность планеты Земля фактически представляет собой водную оболочку, 71% площади планеты покрыто океанами и морями. "Вода определяет и создает всю биосферу, она создает основные черты механизма земной коры ,"- писал В.И. Вернадский.

Вода находится на Земле в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном, что , в свою очередь, влияет на климат и динамику атмосферы.

Движение воды вызывает размыв, денудацию горных пород, а перемещение,

отложение твердых частиц и химическою осаждение растворенных в воде соединений образует осадочные горные породы, осадочную оболочку Земли. Вода присутствует в трех главных оболочках Земли - атмосфере, гидросфере, литосфере.

Вода в биосфере распределена крайне неравномерно (Рис. 5).

В океане сосредоточено 97% общей массы планетарной воды. Основную роль в циркуляции воды играет атмосферная влага, распределенная в атмосфере

90

крайне неравномерно. Вода поступает в атмосферу при испарении с водной поверхности под влиянием солнечной радиации. Нагретый влажный воздух поднимается в верхние слои атмосферы, где он охлаждается и водяной пар конденсируется, образуя облака, которые возвращают воду на сушу или в море в виде атмосферных осадков /дождя, снега, града/. Над океанами выпадает 7/9

общего количества осадков, над континентами 2/9. Таким образом, главный по массе круговорот воды происходит между атмосферой и океаном. Вода,

выпавшая на сушу расходуется на просачивание, испарение /транспирацию/ и

сток.

Просачивание или инфильтрация снабжает водой почву и растительность.

Просачиваясь ниже почвенного покрова вода поступает в грунтовые воды и частично в подземные воды. Испарение с поверхности почвы обычно перекрывается процессом транспирации - выделением влаги в атмосферу растениями. Гектар леса за день испаряет 20-50 т воды.

Транспирация и испарение с поверхности почвы играют главную роль в круговороте воды на континентах. В некоторых лесных зонах существуют локальные круговороты воды, когда атмосферные осадки, в основном формируются благодаря транспирации и испарению, и в значительно меньшей степени на водный баланс влияют осадки приносимые с океанов.

Средняя продолжительность общего цикла обмена углерода, азота и воды,

вовлеченных в биологический круговорот составляет 300-400 лет. Сток -

последняя составляющая круговорота воды на суше. При недостаточном растительном покрове сток служит причиной эрозии, размыва почв. Сток транспортирует в океан поверхностные воды и извлеченные из горных пород