Круговорот веществ в биосфере

     Главную роль в круговороте воды на континентах играет суммарное испарение (деревья и почва).

     Последняя составляющая круговорота воды на суше – сток. Поверхностный сток и  ресурсы подземных водоносных слоёв  обеспечивают питание водных потоков. Вместе с тем при уменьшении плотности растительного покрова сток становится основной причиной эрозии почвы.

     Как уже отмечалось, вода участвует и  в биологическом цикле, являясь  источником кислорода и водорода. Однако фотолиз её при фотосинтезе  не играет существенной роли в процессе круговорота. 

     Антропогенные воздействия на окружающую среду.

     Проблемы  народонаселения и ресурсов биосферы тесно связаны с реакциями  окружающей природной среды на антропогенные  воздействия. Естественное экологически сбалансированное состояние окружающей среды обычно называют нормальным. Это состояние, при котором отдельные группы организмов биосферы взаимодействуют друг с другом и с абиотической средой без нарушения равновесия круговоротов веществ и потоков энергии в пределах определённого геологического периода, обусловлено нормальным протеканием природных процессов во всех геосферах.

     Природные процессы могут иметь катастрофический характер, например извержения вулканов, землетрясения, наводнения, что, однако, также составляет «норму» природы. Эти и другие природные процессы постепенно, с геологической скоростью, эволюционируют и в то же время в течение тысячелетий (на протяжении одного геологического периода) остаются в квазистатическом сбалансированном состоянии. При этом квазистатически протекают малый (биологический) и большой (геологический) круговороты веществ и устанавливаются квазистатические энергетические балансы между различными геосферами и космосом, что объединяет природу в единое целое. Круговороты веществ и энергии в биосфере характеризуются определёнными количественными параметрами, которые квазистатичны и специфичны для данного геологического периода и для каждого элемента земной поверхности в соответствии с их географией.

     Обычно  в качестве основных параметров, характеризующих  состояние окружающей природной среды, выделяют следующие: 

     1. Энергетический:

     Е = Е0 + Е, где Е0 – запас энергии  в системе в момент времени t0;

     Е – энергетический баланс системы  за время t, т.е. в период от t = t0 до t = t0 + t .

     2. Водный:

     W = W0 + W, где W0 – запас воды в  системе в момент времени t0;

     W – водный баланс системы за  время t, т.е. в период от t = t0 до t = t0 +t

     3. Биологический:

     В = В0 + Вв - Вm, где B0 – начальная биомасса;

     Вв  – биологическая продуктивность;

     Вm – минерализация органики за время t .

     4. Биогеохимический:

     G = G0 + Gв - Gg, где G0 – запас химических  элементов в системе;

     Gв  и Gg – изменение запаса химических  элементов вследствие биологического  и геологического круговоротов  веществ. 

     Эти параметры состояния окружающей среды могут быть количественно определены экспериментальным путём для каждой точки, района, крупного региона, природной зоны или ландшафтно-географического пояса, наконец, для земного шара в целом; они количественно характеризуют состояние и пространственную неоднородность среды.

     Геохимический параметр состояния окружающей среды  также существенно изменился, особенно в отношении биологического и  геологического круговоротов. Под влиянием человеческой деятельности происходят большие изменения в распределении химических элементов в биосфере, природная и антропогенная трансформация веществ, а также переход химических элементов из одних соединений в другие. Природный биологический круговорот веществ нарушен человеком на площади, достигающей почти половины всей поверхности суши: антропогенные пустыни, индустриальные и городские земли, пашни, сады, вторичные низкопродуктивные леса, истощённые пастбища и т.д. 

     Нарушению геологического круговорота веществ  способствовали такие факторы:

1. Эрозия почвенного покрова и возрастания твёрдого стока в океан;

 

2. Перемещение огромных масс земной коры;

 

3. Извлечение  из недр значительных количеств руд, горючих и других ископаемых;

 

4. Перераспределение солей в почвах, грунтовых и  речных водах под влиянием орошаемого земледелия;

 

5. Применение минеральных удобрений и ядохимикатов;

 

6. Загрязнение среды сельскохозяйственными, промышленными  и коммунальными отходами;

 

7. Поступление в природную среду энергетических загрязнений.

 

     Таким образом, исследование изменений параметров состояния окружающей природной среды (хотя и на качественном уровне) позволяет сделать вывод об отсутствии в настоящее время глобального экологического кризиса. В то же время есть все основания считать теперешнее состояние биосферы нарушенным и аномальным. Такое состояние может перейти в кризисное, если человечество не проведёт специальные мероприятия по оздоровлению окружающей его среды.  
 
 
 

     2. Живое вещество биосферы 

     Живое вещество или биомасса — совокупность всех живых организмов на Земле, способность живого вещества к воспроизводству и распространению на планете, борьбу организмов за пищу, воду, территорию, воздух.

     Живое вещество связано с косным веществом  – атмосферой (до уровня озонового  экрана), полностью с гидросферой  и литосферой, главным образом  в границах почвы, но не только.

     Живое вещество биосферы неоднородно и  обладает тремя типами трофических  взаимодействий: автотрофностью, гетеротрофностью, миксотрофностью.

     Трофические экологические взаимодействия способствуют преобразованию неорганического (косного) вещества в органическое и обратной перестройке органиче6ских веществ в минеральные. Представители каждого царства, типа и класса выполняют свои функции в экологических взаимодействиях на уровне биосферы.

     Живое вещество характеризуется определенными  свойствами: это огромная свободная энергия; химические реакции, протекающие в тысячи и даже миллионы раз быстрее, чем в других веществах планеты; специфические химические соединения — белки, ферменты и другие соединения, устойчивые в составе живого; возможность произвольного движения — рост или активное перемещение; стремление заполнить все окружающее пространство; удивительное разнообразие форм, размеров, химических вариантов и т.п., значительно превышающее многие контрасты в неживом, косном веществе.

     Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

       Вместе с тем, все живое вещество  физико-химически едино. И в  этом состоит один из основных  законов всего органического  мира — закон физико-химического  единства живого вещества.

     Закон физико-химического единства живого вещества имеет принципиально важное значение для человеческой практики. Из него следует, что нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для остальных. Разница лишь количественная: одни организмы более чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора приспосабливаются быстрее, другие медленнее. При этом приспособление идет в ходе естественного отбора, то есть за счет гибели тех индивидов, что не смогли адаптироваться к новым условиям.  

     Второе  наиболее важное обобщение для живого вещества планеты состоит в законе константности количества живого вещества: количество живого вещества биосферы в пределах рассматриваемого геологического периода есть константа. Согласно закону биогенной миграции атомов, живое вещество оказывается энергетическим и химическим посредником между Солнцем и поверхностью Земли. Если бы количество живого вещества колебалось, то и энергетика планеты была бы непостоянной. Действительно, такие перемены случались в эволюции жизни на Земле, но они были очень редки. Обычно количество живого вещества планеты было равномерным, как и биохимические круговороты на ней.

     Количественное  постоянство характерно и для  числа видов. Однако в эволюции живого одни виды образовывались, другие вымирали. Такой процесс неизбежен из-за изменения условий жизни на планете  и в силу того обстоятельства, что  для нормального функционирования природных систем необходима множественность видов, особенно в управляющем звене экосистемы, т.е. среди консументов. Если бы число видов резко колебалось, биосфера потеряла бы свойство надежности. Поэтому во все геологические периоды массового вымирания организмов наблюдалось и бурное видообразование. Правило константности числа видов может быть сформулировано следующим образом: число нарождающихся видов в среднем равно числу вымирающих, и общее видовое разнообразие в биосфере есть константа.

     Для изучения живого вещества в экологии применяются определенные методы и  подходы. Одним из основных является экосистемный подход.

     Впервые определение экосистемы, как совокупности живых организмов с их местообитанием, было дано Тэнсли в 1935 г. При экосистемном подходе в центре внимания эколога оказываются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы. Его больше интересуют здесь функциональные связи (такие, как цепи питания) живых организмов между собой и с окружающей средой, чем видовой состав сообществ и определение редких видов или колебаний численности. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Классификация по типу питания 

     По  способу питания все обитатели  нашей планеты делятся на две  группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные (греч. autos. — сам, trophe —  пища) организмы обладают способностью создавать органические вещества из неорганических, которые затем используются гетеротрофными организмами. Использование органических веществ в качестве пищи у гетеротрофных организмов различное. Одни используют в качестве пищи живые растения или их плоды, другие — мертвые остатки растений и животных, третьи — убитых животных и т. д. Каждый организм в природе в конечном счете прямо или косвенно служит источником питания. В то же время сам он существует за счет других или продуктов их жизнедеятельности. Следовательно, в круговороте веществ участвуют следующие три группы организмов:

     1. Продуценты (производители) — автотрофные организмы, создающие органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Основным продуцентом в биосфере являются зеленые растения.

     Хемосинтез  – преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.

     Только  продуценты способны сами производить  для себя пищу. Более того, они  непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.

     2. Консументы (потребители) — гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных. К консументам первого порядка относятся, например, некоторые рыбы, питающиеся фитопланктоном; к консументам второго порядка — хищники и паразиты растительноядных организмов. Встречаются консументы третьего и четвертого порядка (сверхпаразиты, суперпаразиты и т. д.). Всего в цепях питания обычно бывает не более пяти звеньев.

     В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:

     - фитофаги (растительноядные) – это  консументы 1-го порядка, питающиеся  исключительно живыми растениями. Например, птицы едят семена, почки  и листву.

     - хищники (плотоядные) – консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными.

     - эврифаги (всеядные), которые могут  поедать как растительную, так  и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.